VHDL实现的8位模型计算机设计与仿真

"这篇学士学位论文主要探讨了基于VHDL的8位模型计算机的设计与实现，通过这种简化版的计算机模型，便于理解和研究计算机的内部构造和工作原理。作者详细介绍了8位模型计算机的构成，包括10个关键功能模块，并在Quartus II 9.0环境下进行了仿真验证。" 在计算机科学领域，尤其是硬件设计部分，VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种重要的硬件描述语言，用于描述数字系统的结构和行为。本论文的核心就是利用VHDL来设计一个8位模型计算机，该计算机能够模拟真实计算机的基本操作，帮助学习者深入理解计算机的内部工作流程。 首先，8位模型计算机的原理是基于早期的微型计算机概念，它具备了一台完整计算机的基础功能，但规模较小，便于分析和实验。论文中，作者详细解释了8位模型计算机的运作机制，这通常包括以下几个核心组件： 1. **算术逻辑运算单元（ALU）**：执行基本的算术和逻辑运算，如加法、减法、逻辑与、逻辑或等。 2. **累加器**：用于暂存计算结果，通常是运算过程中的中间值。 3. **控制器**：协调各个部件的操作，根据指令集解码并产生控制信号。 4. **地址寄存器**：存储当前要访问的内存地址。 5. **程序计数器（PC）**：保存下一条要执行的指令地址，随着程序的执行动态更新。 6. **数据寄存器**：暂时存储数据，供ALU进行处理。 7. **存储器（Memory）**：保存程序和数据，包括只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。 8. **节拍发生器**：提供稳定的时钟信号，控制整个系统的工作节奏。 9. **时钟信号源**：提供计算机运行所需的时钟脉冲。 10. **指令寄存器和指令译码器**：接收和解码从内存读取的指令，转换成相应的控制信号。 在设计过程中，作者使用了Altera的Quartus II 9.0软件，这是一个强大的FPGA（Field-Programmable Gate Array）开发平台，支持VHDL代码的编译、仿真和硬件实现。通过Quartus II，8位模型计算机的每个模块都被转化为具体的逻辑门电路，实现了硬件级别的功能仿真，验证了设计的正确性。 这篇论文的贡献在于将理论知识与实际设计相结合，为学习者提供了直观的计算机体系结构理解途径。同时，通过VHDL的实践，也展示了现代数字系统设计的方法和流程。关键词涵盖了8位模型计算机、Quartus II软件以及VHDL语言，表明了论文的主要研究对象和技术手段。