FPGA在模型计算机设计中的应用——基于Quartus-Ⅱ的实现

"基本模型计算机设计与实现-毕业论文.doc" 这篇毕业论文主要探讨了基本模型计算机的设计与实现，这是在计算机组成原理课程设计中的一个课题。论文作者属于信息工程学院计算机科学与技术专业，通过GW48 C+计算机组成原理实验台进行了实践学习。GW48 C+实验台采用了模块化系统结构，便于学生逐步理解并设计CPU的各个组成部分。 论文的核心内容围绕以下几个关键知识点展开： 1. FPGA技术：FPGA（Field-Programmable Gate Array）现场可编程门阵列是电子系统设计中的重要技术，尤其在通信、国防、工业自动化等领域，其应用日益广泛。如今，许多复杂的硬件设计，包括CPU，都借助VHDL等硬件描述语言在FPGA上实现。 2. 模型计算机设计：作者通过一系列基本单元实验，如运算功能、控制功能、总线结构、指令系统设计等，逐步构建了一个功能相对完整的模型计算机系统。这一过程中，CPU的微指令实现是关键，它涉及到指令译码器、指令寄存器、控制信号、内部寄存器和数据寄存器等核心组件。 3. Quartus-Ⅱ软件：Quartus-Ⅱ是Altera公司开发的FPGA设计工具，用于硬件描述语言的编译、仿真和综合。在本设计中，该软件用于仿真CPU的工作状态，观察仿真波形，帮助理解CPU执行指令的过程。 4. 硬件仿真：设计的CPU电路可以下载到FPGA中，进行硬件层面的仿真。通过实时观察CPU内部的数据总线、地址寄存器、程序计数器等信息，可以直观地了解每条指令及微指令的执行过程，深化对计算机工作原理的理解。 5. 计算机组成原理教学：作为计算机科学技术的核心课程，计算机组成原理的实践教学至关重要。传统的接插式实验正在被基于EDA技术、FPGA和硬件描述语言的现代实验系统取代，这能提供更灵活、直观的学习体验，有助于提升学生对计算机硬件和指令系统的理解。 6. 时间和空间概念：通过这样的课程设计，学生能够更好地理解和掌握计算机的时间（指令周期、时序）和空间（数据存储、内存结构）概念，为后续深入学习计算机系统打下坚实基础。 关键词包括FPGA、模型机、微程序控制以及Quartus-Ⅱ，表明论文关注的重点在于FPGA在计算机设计中的应用，以及如何通过微程序控制实现计算机的指令执行。此外，论文还强调了现代教育技术在提升计算机科学教育质量上的重要性。