16位模型计算机设计：微程序控制与指令系统

"16位模型计算机的设计是石家庄经济学院信息工程学院计算机组成原理课程设计的一个项目，旨在让学生通过实际操作来理解计算机的设计原理。设计过程中，学生需要使用QUARTUS 5.0软件进行VHDL编程和仿真，以构建一个基于微程序控制方式的16位单总线计算机模型。该模型支持直接寻址和寄存器寻址两种寻址方式，以及双操作数、单操作数和零操作数类型的指令。设计内容包括指令系统的规划，微指令格式设计，微程序控制器的实现，以及使用VHDL编写程序代码并进行调试仿真。通过这个项目，学生能够巩固理论知识，提升设计和实践技能，为未来在计算机领域的研究和设计工作奠定基础。" 1. **计算机组成原理课程设计的目的**： - 学生需要利用所学的计算机组成原理知识，动手设计并组装一个基本的16位模型计算机，这包括理解并掌握计算机的整机概念、设计机器指令系统，以及编写和调试程序在设计的计算机上运行。 - 通过设计模型机，学生能深入理解计算机的控制原理和控制过程，灵活应用理论知识，同时提升设计能力和实践操作技巧。 2. **开发工具**： 使用QUARTUS 5.0作为开发工具，这是一个用于FPGA设计的软件，可以编写和调试VHDL程序，进行功能仿真，以验证设计的正确性。 3. **设计方案**： - 设计的16位模型计算机采用微程序控制方式，具有单总线结构。 - 提供直接寻址和寄存器寻址两种寻址模式，以及双操作数、单操作数和零操作数的指令格式。 - 微程序控制方式下，机器指令被分解为多步微指令，这些微指令存储在控制存储器中，按顺序执行。 4. **指令系统设计**： - 指令格式分为三类：双操作数指令、单操作数指令和零操作数指令，每条指令都是16位长，其中8位用于操作码，包含了操作数类型、寻址方式和操作类型的信息。 5. **微程序执行过程**： - 微程序的执行开始于取指令操作，通过微地址形成部件获取指令入口地址。 - 控存中的微指令被逐条读取并执行，执行完对应机器指令的微程序后返回取指微程序，继续处理下一条指令。 6. **VHDL程序**： - VHDL代码用于实现模型计算机的逻辑功能，包括各种逻辑门电路和控制逻辑，以及微程序的编码。 - 调试仿真阶段，会检查VHDL代码的功能是否符合设计要求，确保模型计算机的正确运行。 7. **学习收获**： - 这个课程设计不仅巩固了理论知识，还提升了学生在计算机硬件设计、微程序控制、VHDL编程和系统集成方面的实践能力，为他们未来从事计算机研发和设计工作奠定了坚实的基础。