基于FPGA的8位模型機的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、目前，計算機組成實驗室現(xiàn)有的實驗平臺是純硬件化的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本固定，學(xué)生按照原理圖連線，只能做一些驗證性的實驗。實驗內(nèi)容的擴展性不強，學(xué)生的自主創(chuàng)新能力得不到發(fā)揮。為了提高教學(xué)質(zhì)量，增強實驗系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)的靈活性，我們采用FPGA芯片技術(shù)來徹底更新現(xiàn)有的實驗平臺。
　　基于FPGA的模型機系統(tǒng)，從功能部件，到最小的基本的門電路的設(shè)計，都可以通過軟件編程實現(xiàn)。本系統(tǒng)的功能強大，可以實現(xiàn)模型機的整機實驗，也可以實現(xiàn)運算器實驗、存

2、儲器實驗、時序電路設(shè)計實驗和運算溢出實驗等。FPGA可以實現(xiàn)重復(fù)編程，學(xué)生可以學(xué)習(xí)和修改系統(tǒng)中的模塊功能，體現(xiàn)自主的設(shè)計與創(chuàng)新精神。
　　計算機組成實驗的最終目的是在學(xué)生了解CPU的各個功能部件的基礎(chǔ)上能夠設(shè)計CPU。但前提是設(shè)計一個基于FPGA芯片技術(shù)的實驗平臺,然后根據(jù)學(xué)生需要自主設(shè)計各個功能部件及CPU，最后下載到FPGA芯片中，實現(xiàn)設(shè)計。
　　本模型機系統(tǒng)采用單總線結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、加減運算、移位、跳轉(zhuǎn)、循環(huán)和

3、輸入輸出等30多條指令。整個系統(tǒng)設(shè)計輸入是由原理圖和VHDL語言混合設(shè)計而成。它的功能實現(xiàn)靈活多樣，既可以用原理圖實現(xiàn)又可以用VHDL語言編程實現(xiàn)，每個功能模塊又是一個獨立的實驗，并能在裝有FPGA芯片的開發(fā)板DE2上一一實現(xiàn)。
　　論文分析了EDA技術(shù)的各個構(gòu)成要素，詳細(xì)介紹了CycloneⅡ系列的FPGA芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，本模型機系統(tǒng)采用VHDL為編程語言，在開發(fā)工具QuartusⅡ上設(shè)計實現(xiàn)，最后在Altera公司的