Реализовать эмулятор процессора — виртуальную машину, с помощью переменных эмулирующую память и регистры и исполняющую машинные команды.
К виртуальной машине должен быть реализован ассемблер, транслирующий мнемоники в образ памяти, с поддержкой меток.
Описание хорошо подходящего для данной задачи 8-битного процессора Intel 8080 здесь. Возможно использовать другой процессор, а то и выдумать систему команд самому.