本书以线上线下结合的方式，使用FPGA平台完成数字电路及计算机组成原理实验，并用Python编程的方式与自己设计的硬件系统交互，来进行系统验证与调试。全书包含三大部分内容： 首先是实验所用的软硬件工具和平台； 其次是实验设计方法； 最后介绍实验内容安排的建议。书中主要讲述了PYNQ平台与基于Python的软硬件交互、Vivado开发工具、硬件描述语言简介、RISCV开源项目及组成原理实验内容建议等。 本书可用作高等院校计算机类、电子信息类专业的数字电路与组成原理相关课程的实验教材，也可作为FPGA及嵌入式系统软硬件学习的参考用书。

本书针对计算机组成原理实践环节涉及的实验平台、交互方式、实验内容进行了改进，以更好地适应系统能力培养的需求。（1）实验平台方面。介绍了“线上线下结合、课内课外一体化”的实验环境。（2）交互方式方面。介绍了采用Python程序与所设计的硬件模块进行交互的方式。以“软件定义交互”突破实验平台物理I/O的局限，在提升交互便利性的同时可锻炼学生的软硬件协同设计能力。（3）实验内容方面。考虑到硬件开源开放的背景，本书实验内容由浅入深，最终介绍如何基于RISC-V及开源项目进行实验，以使学生所学内容在将来可以更好地和企业界进行对接。

前言 随着人类社会迈向万物互联的物联网时代，借由人工智能技术替代手工方式对大数据进行高效实时的处理已成为社会发展的必然选择，万物互联的未来之路一定走向万物智能，而人工智能的构成要素包含数据、算法及计算力。在此背景下，无处不在的人工智能对计算系统的计算能力提出了挑战性的需求，目前如火如荼的边缘计算即是对这一挑战的积极应对。而使得计算力需求更加充满挑战的原因是： 长期以来半导体行业遵循的摩尔定律和登纳德缩放定律已难以为继，这意味着芯片计算能力的提升已经无法在保持架构基本不变的情况下仅靠工艺的提升来完成，也意味着未来我们将更多地需要依赖架构创新，为应用定制芯片、根据应用需求深度优化软硬件系统。因此高校培养的人才也要比过去更多地掌握硬件设计及软硬件协同优化的知识，这也是近年来教育部高等学校计算机类教学指导委员会一直在大力推进“计算机系统能力”培养的原因。 经过若干年的努力，与系统能力紧密相关的课程，尤其是以“计算机组成原理”为代表的课程的教学及实践已经有了长足的进步。越来越多的学校开始采用FPGA作为实验教学的平台，并尝试将“数字逻辑”“计算机组成”“体系结构”“编译原理”甚至“操作系统”等多门课程的实践环节贯通，以此培养学生的软硬件系统能力。以清华大学、北京航空航天大学、浙江大学、华中科技大学、东南大学、同济大学等为代表的一些高校在此方面做了大量的工作并已取得了丰硕的成果。 总体上看，目前围绕计算机组成原理进行的软硬件系统能力培养具有如下特点： （1） 从实验平台来看，已采用FPGA的学校主体上仍是以线下的FPGA实验设备为载体进行实验，从时间和空间上限制了学生...