《计算机组成原理》是计算机专业的一门核心课程，该课程涉及学科知识较多，需要硬件，软件，数字电路，程序设计方法学等课程的支撑，让学生们参与课程实验是学好这门课程的一个非常有效的方法，因此，该课程的实验教学也越来越受到各所高校的重视。而该课程所用到的模型机根据控制器的不同，分为组合逻辑控制器模型机和微程序控制器模型机。为了丰富组成原理课程教学，完善组成原理课程设计，认识和理解CPU的内部结构和工作原理，本文设计实现了组合逻辑控制器模型机。组合逻辑控制器模型机按照冯·诺依曼结构设计，总线宽度设为8位，指令系统的设计借鉴了精简指令系统（RISC），包括23条功能指令和3条面板指令，主要由简单并且使用频率高的指令构成，包括了寄存器操作类指令、内存访问类指令、跳转类指令和输入输出指令。控制器部分采用CPLD设计，用指令译码器完成对指令的译码，通过分析指令执行过程，确定机器周期节拍数为8个，使大部分指令能在一个周期内完成，个别复杂指令由两个周期完成指令执行任务，然后通过分析控制信号的形成过程，列出控制信号的逻辑表达式，最终搭建出组合逻辑电路，完成控制器部分的设计，和外围运算器和存储器组成完整的模型机。与微程序控制器模型机相比，组合逻辑控制器模型机在速度上有很大的优势，而由CPLD实现的控制器有效地增强了设计的灵活性，并缩小了机器体积，提高了整体性能。