天津大学《数字逻辑与数字系统》实训课程

以处理器为核心的各类芯片是我国产业的核心和基础,也是我国信息化建设的薄弱环节,是实施“自主可控”国家信息产业战略的关键。突破这一局面的关键在于人才培养,而“数字逻辑与数字系统”课程是学生未来设计处理器等高端芯片的重要基石。天津大学智能与计算系教学团队响应国家号召,结合多年教研经验,推出了“数字逻辑与数字系统”实训课程,大力支持培养以芯片为核心的计算机系统设计创新人才。该课程已在途格平台正式上线,未来将继续拓展课程资源,为师生提供更优质的课程服务。同时,也欢迎致力于基础软硬件人才培养的老师们加入我们,共同为自主可控的信息化人才培养而努力!

教学与实践课程

课程介绍

天津大学“数字逻辑与数字系统”课程主页

本课程由天津大学智能与计算系“计算机作文”教学团队开发设计。围绕“数字逻辑与数字系统”核心知识体系,采用硬件描述语言(SystemVerilog/Verilog)设计了16个实训项目,共46个任务级别。课程内容主要来自《基本数字逻辑器件结构与功能规范》、《组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法》、《通用数字逻辑电路模块》、《基于硬件描述语言的数字逻辑电路建模方法》 ”和“基于硬件描述语言的测试方法”5个级别。课程教学主要针对“

教学目标

本课程适合计算机科学与技术、集成电路设计与集成系统、微电子学、电子科学与技术等专业的学生,​​可作为数字逻辑与数字系统、数字电路设计、EDA技术与应用、硬件描述语言。相关课程的辅助实验教学课程。通过实践和掌握本实践课的知识点,学生可以掌握硬件描述语言的语法结构和书写规范,熟悉基于硬件描述语言的主要建模方法和测试方法,熟悉“功能规范-原理图-波形图-代码”实现“四合一数字逻辑电路设计流程,

实验电路模型设计总结

课程特色

知识体系全面覆盖:课程各任务层级涉及组合逻辑电路和时序逻辑电路中的大部分典型基础模块,帮助学生通过动手实践将理论知识落地,实现知行合一。

任务描述具体详细:每个任务关卡对应一个特定的知识点,让学生在练习前“复习旧习”。对于比较复杂的任务,除了知识点外,还给出了相应的电路原理图和仿真波形图,让学生“心中有电路,代码中有电路”。

任务描述知识点总结

强烈支持任务案例:大部分任务级别(如ALU、使能时钟、边缘检测、寄存器文件、内存等)与工程实践密切相关,后续课程如计算机组成与架构、system-on – 芯片(SoC)设计,嵌入式 为学生设计和开发处理器等复杂芯片形成强有力的支持,奠定知识和能力的基础。

智能教学提高效率:在线实践平台为课程提供智能教学方法和过程监控机制。在线评估,即时学习与实践,即时评估,快速反馈,丰富的数据帮助学生独立思考和探索,提高其主动学习能力,也让教师从繁琐的作业批改中解放出来,专注于发现问题,掌握学习情况,形成一个教学闭环。

课程章节

本课程分为组合逻辑设计电路设计和时序逻辑电路设计两部分。课程团队未来将持续更新课程资源,为师生提供优质的课程服务。

01 组合逻辑设计电路设计(上)

本章将引导学生熟悉多路复用器、二进制普通编码器、优先级编码器和码转换器的逻辑功能,掌握使用硬件描述语言进行数字电路设计中常用的行为建模和结构建模方法。

1-1 多路复用器(基础版)

1-2 解码器(基础版)

1-3 编码器(基础版)

02 组合逻辑设计电路设计(下)

本章将使用硬件描述语言d触发器的逻辑功能,使用常见的中小型集成电路芯片(如74LS253、74LS138、74LS148等)完成组合逻辑电路的建模。此外,本章还将讲授算术逻辑单元ALU的功能、结构和建模方法。

2-1多路复用器(高级版)

2-2解码器(高级版)

2-3编码器(高级版)

2-4 名操作员

2-5 组合逻辑电路的测试程序

03 时序逻辑电路设计(上)

本章将使用硬件描述语言完成D触发器、寄存器、计数器的建模描述,掌握D触发器、寄存器、计数器的基本功能和时序,形成建模能力。

3-1 触发器和寄存器

3-2 计数器

3-3 移位寄存器

04 时序逻辑电路设计(下)

本章将学习在实际工程中广泛使用的基于计数器和移位寄存器的时序逻辑电路的结构、工作原理和时序,并使用硬件描述语言完成电路建模。

4-1 计数器的应用

4-2 移位寄存器的应用

05 时序逻辑电路设计(三)

本章将使用硬件描述语言完成有限状态机的建模描述,阐明Moore型状态机和Mealy型状态机的区别,掌握三阶段状态机的建模方法和共同记忆的建模。掌握寄存器文件、ROM、数据存储器等常用存储器组件的基本结构和功能,并能够使用硬件描述语言对其进行建模。

5-1 有限状态机(SystemVerilog)

5-2 内存(SystemVerilog)

课程章节将不断更新…

学习导航

本课程的所有级别都配备了详细的知识点。以“时序逻辑电路设计”实训项目为例,学生可以在补充代码前充分利用左侧的教学指导书帮助自己学习新事物。为了更加贴合真实的硬件实验环境,教学团队在知识点讲解中穿插了关键的图文页面,供学生参考和理解,如“寄存器文件”实训级的寄存器文件结构示意图. 为学生详细介绍了读写端口和读写方法,帮助学生在对寄存器文件进行编码和建模时,达到脑中有电路的效果。所以,

以上寄存器文件级别显示

教师介绍

魏继增 天津大学智能与计算系副教授、主任助理

长期讲授数字逻辑与数字系统、计算机组成与体系结构、计算机系统基础等课程。多年来,围绕微处理器和SoC设计的“卡脖子”问题,以系统能力培养过程中的实践教学为抓手,改革教学内容和教学方法。出版教材2本,分别为《SoC设计方法与实现》和《计算机系统设计》,前者为《十一五国家规划教材》,共出版3万册,被50余人使用学院和大学。主持教育部产学研合作项目5项,校级教改项目3项,参与市级教改项目2项。曾多次率队参加全国大学生系统能力培养大赛(龙芯杯)并获得二、三等奖。曾获天津大学优秀教材一等奖、天津大学项目型课程一等奖、天津大学“教书育人”先进工作者、优秀青年教师称号。此外d触发器的逻辑功能,承担和参与国家、省部级项目5项,在各类会议/期刊发表论文近30篇。曾多次率队参加全国大学生系统能力培养大赛(龙芯杯)并获得二、三等奖。曾获天津大学优秀教材一等奖、天津大学项目型课程一等奖、天津大学“教书育人”先进工作者、优秀青年教师称号。此外,承担和参与国家、省部级项目5项,在各类会议/期刊发表论文近30篇。曾多次率队参加全国大学生系统能力培养大赛(龙芯杯)并获得二、三等奖。曾获天津大学优秀教材一等奖、天津大学项目型课程一等奖、天津大学“教书育人”先进工作者、优秀青年教师称号。此外,承担和参与国家、省部级项目5项,在各类会议/期刊发表论文近30篇。天津大学先进工作者、优秀青年教师。此外,承担和参与国家、省部级项目5项,在各类会议/期刊发表论文近30篇。天津大学先进工作者、优秀青年教师。此外,承担和参与国家、省部级项目5项,在各类会议/期刊发表论文近30篇。

于永新 天津大学智能与计算系副教授,硕士生导师

主要承担《数字逻辑与数字系统》、《计算机接口技术》、《计算机软件技术基础2》等课程的教学任务,负责《C++软件实践》和《计算机接口课程》的实践教学任务设计”。参与国家项目4项,参与教改项目2项,主持横向项目8项,发表SCI论文4篇。

李友萌 天津大学智能与计算系副教授、硕士生导师

主讲《数字逻辑与数字系统》、《计算机系统基础》、《现代嵌入式系统》、《专业课程设计》等课程。参与编写教育部-英特尔精品教材:《英特尔凌动平台嵌入式应用与实践》,发表多篇教学改革论文。曾获天津大学第十二届教师本科教学大赛一等奖。主持和参与多项学校教改项目和国家、省、校级科研项目。

王力天津大学智能与计算系副教授、硕士生导师

教授《数字逻辑与数字系统》、《计算机系统基础》等课程。参与教改项目,承担教育部产学研合作办学项目和天津大学新工科教育教学改革项目。长期从事物联网和RFID领域的技术研究工作,申请国内发明专利30余项,国际专利10余项。参与多项省部级以上科研项目,发表SCI论文十余篇。

罗涛 天津大学智能与计算系副教授、硕士生导师

主讲《数字逻辑与数字系统》课程,承担并参与了多项教育部产学研合作办学项目。承担国家重大研发项目子课题一项,国家省部级项目多项,发表高水平论文多篇。

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