FPGA实现的简单微处理器设计

该资源主要介绍了微处理器的设计与实现，特别是基于FPGA的实现方法。实验旨在结合理论与实践，设计一个简单的四位操作数微处理器，能够执行基本的运算操作，如四位二进制数的乘法，并通过VHDL语言和MAXPLUSII软件进行实现。 在微处理器硬件系统中，主要包括以下几个关键部分： 1. **程序计数器PC**：存储即将执行的指令地址，确保程序的顺序执行。 2. **指令存储器IRAM**：存储用户编写的指令，容量为16个8位字节的RAM或寄存器堆，通过开关S控制读写操作。 3. **指令寄存器IR**：保存当前执行的指令操作码，直接供控制器使用。 4. **控制器CON**：生成时序逻辑信号，协调各部件执行指令，支持四位数的运算操作。 5. **通用寄存器堆RAM**：由四个四位寄存器组成，用于存储运算过程中的数据。 6. **缓冲寄存器RS和RD**：临时存储操作数。 7. **运算器ALU和进位寄存器C**：ALU执行四位算术逻辑运算，进位寄存器保存运算进位。 8. **结果显示**：运算结果通过七段数码管以十六进制形式显示。 微处理器的指令系统包括： 1. **寄存器指令**：涉及两个寄存器的运算，如加、减等，由OP、CC、S和D字段定义。 2. **转移指令**：改变程序执行流程，如跳转到特定地址，由11CCADDR编码。 3. **停机指令**：停止微处理器运行，编码为1100LHD。 这些指令构成了微处理器的基础操作集，使得微处理器能够执行各种计算任务。通过VHDL语言，可以描述微处理器的逻辑行为，然后在FPGA上实现硬件逻辑。MAXPLUSII软件则用于综合和配置FPGA，将VHDL设计转化为实际硬件电路。 这个实验不仅涵盖了微处理器的基本结构和工作原理，还涉及到数字逻辑设计和FPGA应用，是理解和实践微处理器设计的重要途径。通过这样的实践，学生能够深入理解计算机系统的内部运作，并掌握硬件描述语言和开发工具的使用。