东北大学秦皇岛分校计算机组成原理课设——指令系统与计数器设计

"东北大学秦皇岛分校的计算机与通信工程学院为计算机科学与技术专业的学生提供了一项关于计算机组成与结构的课程设计，该设计主要涵盖了指令系统和计数器的设计。学生们需要完成6号、23号、29号和42号指令的设计，以及输出寄存器OUT和一个8位二进制计数器的设计，使用PC机作为硬件平台，Xilinx ISE和ModelSim作为软件工具，以VHDL为编程语言。设计报告包括设计任务、前言和设计主体三个部分，旨在通过实际操作加深对计算机系统原理的理解，并掌握FPGA/CPLD设计和EDA工具的使用。" 在本次计算机组成原理课设中，学生需设计一套16位模型机的指令系统，包括特定的指令。6号指令ADD@R?用于将间址存储器的值加到累加器A中，采用寄存器间接寻址方式；23号指令ANDA,MM执行累加器A与存储器MM地址值的逻辑“与”操作，采用存储器直接寻址；29号指令MOVA,R?则实现将指定寄存器R?的值传送到累加器A，同样是寄存器直接寻址；而42号指令JZMM是条件跳转指令，在零标志R_Z为1时跳转到MM地址。 此外，学生们还需要设计一个输出寄存器OUT，这通常用于将CPU内部处理的数据输出到外部设备或存储器。同时，他们需要构建一个带异步清零和计数使能的8位二进制计数器，这样的计数器不仅能够进行基本的加法计数，还能通过异步清零功能快速重置计数值，并通过计数使能信号控制计数过程的开启和关闭。 在设计过程中，学生会学习如何使用VHDL这种硬件描述语言来实现逻辑功能，并通过Xilinx ISE进行逻辑综合，ModelSim进行仿真验证，这些是现代电子设计自动化（EDA）工具的典型应用。通过这样的实践，学生可以更好地理解计算机硬件的运作原理，同时提升他们的独立研究能力和工程实践经验。 设计报告的前言部分强调了课程设计的目的，不仅要求学生理论联系实际，加深对计算机组成原理的理解，还在于掌握FPGA/CPLD设计流程和工具，以及体验这种技术相比传统设计方法的优势。设计主体部分详细描述了系统的设计架构，包括CPU的逻辑结构框图和各个指令的具体功能，以及微操作控制信号的设计，这些都是确保计算机系统正确执行指令的关键组成部分。