指令系统与ALU设计：模型计算机课程设计解析

"计算机组成原理课程设计——模型计算机设计" 在计算机组成原理的课程设计中，学生们通常会被要求设计一个模型计算机，这有助于他们深入理解计算机系统的内部运作。本设计项目专注于指令系统和算术逻辑单元（ALU）的设计，以及两输入三态门电路的构建，这些都是计算机硬件基础的重要组成部分。 首先，设计任务包括了第19号和48号指令的制定。第19号指令（SUBCA, EM）是一个算术运算指令，它的功能是从累加器A中减去间接存储器地址的值，并考虑进位。这种指令在执行计算时非常有用，特别是在处理复杂数据操作时。另一方面，48号指令（CALLEM）是一个程序控制指令，用于调用内存中指定地址的子程序，这是实现程序流程控制的关键。 接下来，8功能ALU的设计是另一个核心任务。ALU是计算机中执行基本算术和逻辑操作的硬件单元，它能完成加法、减法、与、或、进位加法、进位减法、取反和输出等操作。这样的ALU设计能够覆盖大部分基本计算需求，是计算机运算能力的基础。 此外，设计还包括了一个两输入三态门电路。三态门允许输出信号处于高电平、低电平或高阻态，这种特性在多路复用和数据传输中非常关键，因为它能控制信号的通断和隔离。 在系统设计部分，逻辑框图展示了模型机的整体架构，包括CPU、程序存储器和其他组件的连接。CPU逻辑框图细化了内部结构，揭示了如何通过微操作控制信号如XRD（外部设备读信号）和EMWR（程序存储器写信号）来协调内部操作。 这个课程设计项目旨在让学生通过实际操作掌握计算机组成原理中的核心概念，包括指令集架构、ALU逻辑设计和控制信号的生成。同时，通过使用VHDL进行FPGA/CPLD设计，学生还能了解到现代电子设计自动化（EDA）工具的使用，提升其硬件描述语言编程能力和实践技能。这样的设计不仅巩固了理论知识，还培养了解决实际问题的能力，对于未来进入IT行业是非常有益的准备。