利用Quartus II和FPGA进行计算机组成原理课程设计实验【100013091】

简介：
本简介介绍如何使用Quartus II软件及FPGA技术开展《计算机组成原理》课程中的设计实验，旨在增强学生对硬件描述语言的理解与实践能力。 微指令实现模型机操作的关键在于整个机器的运行是有顺序和步骤（“周期”或者说是“节拍”）的，程序执行包括各种算术运算和逻辑运算是分步进行的。设计的核心是确保这些步骤有序进行，主要通过下地址形成部件来完成。该部分包含选择器用于提取指令寄存器(IR)以确定微程序入口，并使用μPC（微程序计数器）来决定下一步执行哪条微指令；一条宏指令通常由多条微指令组成，而一种操作又可能需要一系列的宏指令才能完成。 在设计过程中，将具体的操作分解为若干个步骤：首先将其划分为不同的宏观命令，然后进一步细化成具体的微观命令。每条微指令都包含了μIR27至μIR0之间的多个控制位端口，并通过这些端口实现相应的功能如运算控制、程序计数器(PC) 控制和选择器控制等。 硬布线电路的设计基于上述微指令体系架构，具体包括各种控制信号（例如M, S0-S3, CN）、时钟脉冲(CPR0-1,CPMAR,CPIR,CPPC)、读写操作(RD WR)以及选择器(MA RA PB RB)等的直接硬件实现。其中设计的关键在于节拍发送器和控制信号生成部件。 通过这次实验，我对计算机组成原理有了更深的理解，无论是微指令还是微操作或是寻址方式乃至CPU总线上的运算执行过程都有了更清晰的认识，并且在调试过程中对脉冲、步骤以及指令的灵活运用也得到了提升。此外还能够亲手设计底层元件并实现一个简易的CPU运算器。