《计算机组成原理》是一门实践性较强的课程,通过实验能有助于学生较好地掌握理论课所讲述的知识点,掌握计算机系统的基本设计方法。传统的实验方法采用实验台进行,实验项目固定设计,只能按单一的结构模式完成,局限性大。即使是整机设计项目,学生通过设计可将实验平台上已有的各功能模块如ALU、MEM、REG等利用导线连接起来而构成整机系统,并完成实验,使学生有了一定的发挥空间,但学生仍然缺乏主动性,不利于学生自主学习。本论文采用FPGA芯片和QuartusⅡ仿真软件作为实验平台,很大程度上提高了实验的灵活性。实验由VHDL语言描述不同的硬件逻辑,并加载到FPGA芯片进行实验。由于FPGA芯片具有重复编程能力,使得系统内硬件的功能可以像软件一样被编程,这种称为“软”硬件的全新系统设计概念,使实验系统具有极强的灵活性和适应性。它使学生根据自己思路设计出不同的实验变为可能。本文重点基于FPGA芯片和QuartusⅡ仿真软件设计了一些典型的计算机组成原理的相关实验,通过实验使学生逐步掌握计算机组成原理的知识点。本文实验设计的基本思想是由简单到复杂、由部分到总体,逐步引入,达到对知识点的深入理解。实验主要分为三部分,第一部分是CPU主要功能模块的设计与实现。第二部分是实现基本功能CPU实验的设计与实现,在第一部分实验的基础上,将所设计的各功能模块有机的组合在一起,通过统一的时序控制使得各个功能模块能够协调工作,最终形成一个基本功能的CPU。第三部分是CPU的流水线实验,流水线是提高CPU性能的一个重要手段,通过流水线实验使学生进一步掌握流水线的工作原理。本论文的研究,为FPGA在实际教学中的应用提供了研究思路和参考方案。