VHDL实现：16位模型计算机的微程序控制设计

"这篇计算机组成原理的课程设计论文主要涵盖了VHDL设计CPU的过程，包括设计目的、开发工具选择、方案选择、指令系统设计、模型机框图设计、微指令格式和微程序设计，以及VHDL代码实现和调试仿真。" 在计算机组成原理的课程设计中，学生被要求运用所学知识设计一个基本的模型计算机，以理解计算机的控制原理和设计方法。设计目的主要有两个方面：一是通过实际操作解决计算机设计问题，将部件单元电路组合成系统，并设计机器指令系统；二是通过设计过程提升学生的理论应用能力、设计能力和实践操作技巧。 开发工具方面，选择了QUARTUS 5.0软件进行VHDL程序的编写和调试，该软件支持功能仿真，能够帮助学生验证设计的正确性。 方案选择上，设计了一台16位的模型计算机，采用单总线结构，并使用微程序控制方式。四种寻址方式包括直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址和变址寻址。微程序控制通过微指令译码产生，一条机器指令通常由多步微指令组成，这些微指令存储在控制存储器中。微程序执行过程涉及从控存中取出微指令，根据指令操作码找到入口地址，执行微指令，完成机器指令的步骤，然后返回取指操作，继续处理下一条指令。 指令系统设计方面，模拟机的指令字长固定为16位，提供了五种基本操作码，包括STA（存储）、ADD（加法）、SUB（减法）、AND1（按位与）、OR1（按位或）以及SHL（左移）。每种操作码都有特定的编码方式。 模型机的数据通路设计是关键部分，文中提到了模型机采用单总线结构，但具体细节如ALU（算术逻辑单元）、寄存器、控制单元等组件如何连接和协同工作并未在摘要中详细展开。 整个设计过程中，VHDL编程用于实现硬件逻辑，调试仿真则用来检查设计的功能是否符合预期。最后，课程设计还包括回顾总结，以评估学习成果和设计经验。 这个课程设计项目不仅让学生深入理解计算机的内部工作原理，还提供了实际设计和实现计算系统的实践经验，对于提升学生的专业技能有着显著作用。