本书按照课程培养目标进行CPU的优化实验，在FPGA开发板上对基本硬件电路、CPU各个基础模块、单周期CPU以及多周期CPU的实现等基础上，着重介绍如何对CPU进行优化，以及如何设计流水线CPU，并依次实现多功能静态流水线CPU、多功能动态流水线CPU，以及三级存储体系。全书共分为4篇： 第1篇（第1章）为环境篇；第2篇（第2章）为工具软件篇；第3篇（第3～6章）为应用篇；第4篇（第7章）为综合应用篇。本书提供了大量的实验代码，均在相关知识点后面，以便读者进行学习和测试。 本书可作为高等院校计算机、软件工程专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为对UML比较熟悉并且对软件建模有所了解的开发人员、相关科技工作者和研究人员的参考用书。

本书实验与理论教学融合，指导流水线CPU的设计与性能评价，是专业的系统结构实验指导书

前言 随着计算机技术的发展，国内各个高校基本都开设了计算机专业或者与其紧密相关的专业，然而，在该专业的学生培养方案和课程设置方面出现了一些偏颇——过多开设了计算机相关的理论课程，而缺少了实践课程的开设，同时，对已开设的实践课程也没有贴近实际、相互贯通、整体综合的系统性提高。 本书建立在同济大学计算机专业已有的硬件综合实践培养方案的基础上，进行再扩展、再拔高、再实践。同济大学计算机专业的本科生已经在“数字逻辑”“计算机组成原理”这两门课程中完成了在FPGA开发板上对基本硬件电路、CPU各个基础模块、单周期CPU以及多周期CPU的实现，然而现实应用中的CPU大多都是流水线CPU，因为流水线CPU技术能够极大地提高CPU的处理效率。因此，本书是在已经完成的单周期和多周期CPU的基础上，按照课程培养目标进行CPU的优化实验，设计流水线CPU，依次实现多功能静态流水线CPU和多功能动态流水线CPU，并实现完备的三级存储体系，使学生具备自己设计、开发、实现计算机系统的能力。 “计算机系统结构”课程实验项目的具体任务包括多个CPU设计的基本实验和一个三级存储体系设计的综合性实验。具体包括： 首先以FPGA开发板、Vivado和ModelSim软件作为实验开发平台，引导学生设计自己的54条MIPS指令的单周期CPU，掌握CPU的组成部件及基本工作原理。 基本实验二以FPGA开发板、Vivado和ModelSim软件作为实验开发平台，引导学生设计一个自己的8条MIPS指令的五级静态流水线CPU，初步建立流水线的基本概念与流水线的设计方法。 基本实验三以FPGA开发板、Vivado和M...