针脚型cpu的性能指标（CPU系列-ALU指令编码及解析）

对于一个8位CPU来说，指令可以分为两大类，一类为ALU相关指令，主要包括需要ALU参与完成的相关指令，比如加法、移位、比较等；另一类是非ALU相关指令，比如加载数据，存储数据，跳转等。

无论哪种指令，都可以分为前4位和后4位，前四位和动作有关，后四位和数据有关。

我们先说ALU相关指令，其基本定义如下：

最高位为1表示该条指令为ALU指令，接下来三位为操作码，表示ALU要干的具体工作；后四位的前两位和后两位表示ALU运算所需要的数据所在寄存器的编码，具体定义如上图所示。

比如，有一条ALU(1)指令执行加法(000)运算，被加的内容是Resister 2(10)里的数据与Resister 3(11)的数据，结果存放在Resister 3(11)里面，那么它对应的指令就是：

如果把这条指令(1000 1011)存入RAM中，地址为10，那么当IAR设为10时，开启计算机，它就会从IAR为10的RAM中读取该条指令，通过总线传输至IR，然后在Control Section的控制下，去计算R2和R3之和。

如果ALU指令是单输入指令，比如SHL，SHR或者NOT，数据内容将来自Reg A，经过ALU运算，结果会被存在Reg B中。可以选在从一个寄存器取数，结果存到另外一个寄存器，比如R1→R3；可以选在从一个寄存器取数，结果存到同一个寄存器，比如R2→R2。

如果ALU指令是双输入指令，Reg A和Reg B将会被送到ALU，运算结果送到Reg B，Reg A和Reg B可以是同一个寄存器。

通过以上分析我们知道，ALU面对的是两个输入：Reg A和Reg B。Reg A和Reg B的逻辑相对是比较明确的，那就是Reg A (ALU) Reg B→Reg B，Reg A和Reg B经过ALU运算，结果存在Reg B里面，具体实现方式如下：

数据流总结如下：

Step 4：“读”和“写”使能端有两个条件：指令寄存器IR最高位为1，Stepper 4的clk信号为高；通过控制“读”“写”两个信号，实现Reg B的内容加载到TMP里面；

Step 5：“读”和“写”使能端有两个条件：指令寄存器IR最高位为1，Stepper 5的clk信号为高，实现Reg B的内容加上TMP里面存的Reg A，结果传输至Reg B；Stepper 5的clk信号还作为ALU操作码产生信号的控制，也就是说，只有在step 5才产生非000的ALU操作码。

Step 6：只要不是比较运算（操作码111），都要将ACC的计算计算结果存储至Reg B。

可见，对于ALU指令操作，就是Reg A和Reg B两个寄存器的数据运算和存储。但是呢，我们手上有4个寄存器：R0、R1、R2、R3，每一个Reg A或Reg B可以是R0、R1、R2、R3中的任意一个，因此，我们需要对R0、R1、R2、R3编码，这样，就可以实现对任何一个寄存器的操作，如下图所示：

这样就可以通过指令后四位的寄存器编码，实现对寄存器里面数据的操作。

助记符如下：