项目代码下载
请大家首先准备好本项目所用的源代码。如果已经下载了，那就不用重复下载了。如果还没有下载，那么，请大家点击下方链接，来了解下载本项目的CPU源代码的方法。
上述链接为本项目所依据的版本。
在讲解过程中，我还时不时地发现自己在讲解与注释上的一些个错误。有时，我还会添加一点新的资料。在这里，我将动态更新的代码版本发在下面的链接中。
讲课的时候，我主要依据的是CSDN文章链接。然后呢，如果你为了获得我的最近更新的版本，那就请在Gitee项目链接里下载代码。
准备好了项目源代码以后，我们接着去讲解。
本节前言
在上一节，我讲解了【instruct_unit】模块的代码。这是一个连接模块，用于连接控制中心与具体的指令部件。从本节开始，我们来讲解具体的指令部件。
本节，我们要去讲解的，是【sdal】指令。
这一指令所在的文件，为位于【......\cpu_me01\code\Instruct_Unit\】路径里面的【sdal.v】代码文件。
一. 指令功能
【sdal】指令的格式如下：
Sdal n
其功能为：将8位立即数n，送入累加器da的低8位，并扩充为16位无符号整数。
本条指令的操作码，为 0B00100 。
我们接着往下学习。
二. 端口列表
图1
图1所示，便是【sdal】模块的端口列表。其实它与【instruct_unit】的端口列表，是一模一样的。那么，对于图1中所示的端口列表的基本介绍，请大家参考下面的链接所示的介绍。
在上述链接所示文章的第一分节中，就有介绍端口列表。
在你了解了端口列表的内容以后，我们接着往下看。
三. 关于指令的有限状态机
在硬件编程中，大概，有限状态机，是一个很重要的东西。在理论知识的学习中，我们知道，有限状态机，可以分为两种类型。一种是摩尔类型，一种是米里类型。这俩类型，分别是啥意思，请大家看相关的理论书籍。这种理论知识，在数字电路教材中，在Verilog 教材中，应该是都有讲解。
在我这里，我不对两种类型的有限状态机的概念进行细讲。因为，我在学习的时候，对这两种有限状态机，也学得迷迷糊糊。不过呢，虽说学的时候，对概念掌握的不清晰。但是呢，不影响我去写具体的代码。写代码的时候，基本上，我不会考虑说，要使用摩尔类型的有限状态机，还是要去使用米里类型的有限状态机。
在实际使用有限状态机的时候，我只是根据自己的设计，看看，要将整个工作，划分为多少个执行状态，然后呢，各个状态，要分别执行什么任务，以及，不同的状态之间，要如何切换。实际写代码的时候，考虑的是这些个问题。
不过，虽说，我自己暂时地，对有限状态机的不同类型理解不清晰，但是呢，有条件的话，最好呢，你自己还是需要将这种概念，给理解清楚。
理论问题，有理论问题的作用。搞清楚了理论之后，更方便你去谋划，分析，决策。在这里，我还是偷个懒。这会儿，我不想去深究两种类型的有限状态机的具体概念与区别。
我们来看一下，在本节，我将【sdal】指令划分为了多少个状态。
图2
在图2里面，我是采用了【localparam】关键字，设置了几个本地参数，将【sdal】指令，划分为了六个状态。
第一个状态，是【IDLE】状态。这个状态，它是一个闲置状态。也就是，本指令没有被激活的时候，或者说，CPU目前没有运行【sdal】指令的时候，那么，【sdal】模块就处于【IDLE】状态。它是一个闲置状态，是一个尚未运行的状态。从图1的19行代码来看，我们将【IDLE】这个本地参数，定义为 0 。
关于这个【idle】，在硬件编程里，我们会接触到这个东西。其实呢，在软件编程里面，我们同样会接触到这个东西。大家心里有个数就行。以便呢，以后大家去学习软件课程的时候，见到这个【idle】，能够有一个印象。
第二个状态，是【UPDATE_IP】状态。什么叫做更新 IP？IP就是指令指针【instruct pointer】的意思。在CPU执行取指令操作的时候，IP 的值是多少，我们的这个 CPU，就会到哪个指令内存地址里面，去获取指令码。在我们的这个系统里，更新 IP，统一地，都是将当前的指令指针 IP 的值，加1，指向下一条指令内存地址。由图2中的第20行代码可知，本地参数【UPDATE_IP】的值，是 1 。
在英特尔8086CPU之中，更新 IP，可以有多种方式。将指令指针加上本条指令的长度，这个是一种方式。还有其他的方式，以适应于条件转移指令。在这里，我不想对条件转移展开讨论。因为有点麻烦。等以后，我去写 6502 CPU 的时候，我再去细琢磨条件转移指令的视线方式。在此处，我不想去细琢磨，也不想细讲。实际上，这会儿，我就是去讲，估计也暂时讲不清楚。
对于这个更新 IP，大家需要了解的就是，我们的这个项目，统一采用的，是一种简便的方式，都是将现有的指令指针 IP 的值加1，指向下一条指令。具体的逻辑，我们在下面的讲解里面，再去细研究。
第三个状态，是【IMM_NUM_READ】。由图2中的21行代码可知，本地参数【IMM_NUM_READ】的值，是 2 。
第四个状态，是【REG_WRITE】。由图2中的22行代码可知，本地参数【REG_WRITE】的值，是 3 。
第三个状态和第四个状态，是【sdal】指令的核心操作状态。
【sdal】指令，它的功能是将指令中的8位立即数，加载到累加器 da 中。这个功能，我主要是将其分为两步来完成的。第一步，将指令中的8为立即数加载到一个内部寄存器里面。第二步，将这个内部寄存器中的值，传递给累加器 da 。那么，在这里，第一步的工作，其实就是第三个状态【IMM_NUM_READ】所要执行的任务。而第二步工作，就是第四个状态【REG_WRITE】所要执行的任务。
我们接着往下看。
第五个状态，和第六个状态，都是用来完成指令的执行，也就是用来结束本条指令的执行的。它们分别是【INSTRUCT_DONE0】和【INSTRUCT_DONE】状态，对应的值分别为 4 和 5 。
四. 局部变量
我们来看一下本代码文件的局部变量。
图3
图3中的第26行代码，它是用来指示本条指令的操作码的。想要指示本条指令的操作码，不一定非得是采用wire型变量，也可以采用宏代码，用【`define】来定义一个宏，这个是可以的。其实也可以用【parameter】或者【localparam】关键字，来定义可覆盖参数或者不可被覆盖的本地参数。通过定义参数的方式，也可以指示本条指令的操作码。
不过呢，在我这里，我还是采用了wire型变量，并且呢，将其赋值为一个固定的常数。根据图3的39行代码，我们是将【op_code_this】变量赋值为了【5'b00100】，它和本节文章中的第一分节中谈到的操作码，是一致的。
图3中的第27行和第28行代码，它们是两个缓存变量，分别用于将输入端口中的【reserve_bit_receive】和【op_rand_receive】给缓存下来。我们在下面的讲解中，仍将会看到这俩缓存变量的讲解。
图3中的第30行代码，是状态变量。它会被赋值为本篇文章的第三分节中的几个状态中的某一个。闲来无事之时，状态变量【state】会被赋值为【IDLE】状态。
图3中的第31行代码，是计数变量。计数，英文单词为【count】，不过，在代码中，常常将其简写为【cnt】。这个计数变量，它在指令的有限状态机的每一个状态开始的时候，它都会被清零。这个变量很有用。具体啥用处，后面会有讲解。
图3中的32行代码，是忙标志。忙标志为 1，就表示本条指令在工作之中。如果为 0，则表示本条指令处于闲置未工作的状态。只有在某一个指令处于忙标志为1 的状态之时，这个指令的各个状态才会有实际的工作，以及会进行状态的转换。如果某一个指令单元的忙标志为 0，则不会有指令状态的跳转，也不会执行对应的状态机中的工作任务。
图3中的34行到37行，是几个代理变量。根据图3中的40行到43行代码，34到37行所示的四个代理变量，分别是对端口列表中的控制总线，地址总线和数据总线的代理，和对端口【job_ok】的代理。
所谓的代理变量，它是指，某某wire型变量，本身不可以直接在过程赋值语句之中，参与组合逻辑与时序逻辑。但是呢，我们可以设置与之对应的 reg 型变量，让 reg 型变量在过程赋值语句之中，参与组合逻辑与时序逻辑。然后呢，将 wire 型变量与 reg 型变量，通过 assign 语句，通过这种数据流语句逻辑，将 reg 型变量和 wire 型变量绑定在一起。这样一来，我们就说，某某 reg 型变量是对应的 wire 型变量的代理变量。
代理变量的概念，是我起的名字。所以呢，你在其他人那里，大概是不方便去使用这种概念的，因为不通用。
这样一来呢，本条指令单元的局部变量，我也讲完了。我们接着往下看。
五. 缓存保留位与操作数
图4
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if (sys_rst_n == 1'b0)
begin
reserve_bit_buf <= 3'h0;
op_rand_buf <= 8'h0;
end
else if (exe_en == 1'b1 && op_code_this == op_code_receive)
begin
reserve_bit_buf <= reserve_bit_receive;
op_rand_buf <= op_rand_receive;
end
else
begin
reserve_bit_buf <= reserve_bit_buf;
op_rand_buf <= op_rand_buf;
end从图4可以看出，缓存变量【reserve_bit_buf】和【op_rand_buf】的逻辑是，在系统复位时，它们俩被清零。在【else】分支中，也就是闲来无事之时，它们俩分别保持现有值不变。而在满足条件【exe_en == 1'b1 && op_code_this == op_code_receive】之时，这俩缓存变量分别将输入端口中的保留位【reserve_bit_receive】与操作数【op_rand_receive】给缓存下来。
在这里，【exe_en == 1'b1 && op_code_this == op_code_receive】，这个条件是什么意思呢？
【exe_en】，我们还需要到控制中心里面去看。
图5，控制中心模块中的代码
从图5可以看出，当系统复位之时，执行使能信号【exe_en】被清零，同时呢，输出给指令单元的操作码信号【op_code_out】，保留位信号【reserve_bit_out】和操作数信号【op_rand_out】也被清零了。
在处于【else】分支，也就是闲来无事之时，执行使能信号【exe_en】被清零了。而输出给指令单元的操作码信号【op_code_out】，保留位信号【reserve_bit_out】和操作数信号【op_rand_out】则是保持现有值不变。
而在译码完成信号【decode_done】为 1 之时，【exe_en】会变为高电平，输出给指令单元的操作码信号【op_code_out】，保留位信号【reserve_bit_out】和操作数信号【op_rand_out】会分别被赋予输入端口中的【op_code_in】，【reserve_bit_in】和【op_rand_in】。这两对信号，都是分别表示着操作码，保留位和操作数。后缀为【_in】的，表示说，它是由译码模块【decode_unit】传过来的输入信号。后缀为【_out】的，表示说，它是缓存了译码模块中的对应信号以后，将其公布给指令单元的输出信号。
在这里，输出给指令单元的操作码信号【op_code_out】，保留位信号【reserve_bit_out】和操作数信号【op_rand_out】的总体逻辑是，系统复位时清零，在【else】分支，也就是闲来无事之时，保持现有值不变。只有在译码完成信号为 1 之时，才会被更新。
而【exe_en】的总体逻辑是，在系统复位与【else】分支里面，它都是 0 值。只有在译码完成信号【decode_done】为 1 之时，它才会被赋值为 1 。而译码完成信号【decode_done】仅仅会维持一个时钟的高电平，因此，【exe_en】的高电平状态也是仅仅会维持一个时钟周期而已。
在这里，译码完成信号【decode_done】是由译码单元【decode_unit】传递过来的。在译码完成信号【decode_done】为1的时候，控制中心里面的【op_code_in】，【reserve_bit_in】和【op_rand_in】会分别保存着译码单元传递过来的，一条指令码中的操作码，保留位和操作数三个部分。
如果大家还没有学习过本项目中的译码单元，那么，可以参考下述链接来学习。
我们还得接着说【exe_en】信号。由控制中心中的代码可以看出，在某一个指令的周期中，当完成了译码工作以后，【exe_en】会变为高电平，同时控制中心会将操作码，保留位与操作数，通过操作码信号【op_code_out】，保留位信号【reserve_bit_out】和操作数信号【op_rand_out】传递给指令单元中的【op_code_receive】，【reserve_bit_receive】和【op_rand_receive】。而【sdal】指令单元在检测到【exe_en】为1，且输入信号中的操作码信号【op_code_receive】与本模块中的局部wire型变量【op_code_this】的值相同之时，本模块会将保留位【reserve_bit_receive】与操作数【op_rand_receive】缓存到【reserve_bit_buf】与【op_rand_buf】之中。
在这里，【exe_en】为 1 ，代表着说要开启某一条指令的执行了。那么，要去执行的是哪一条指令呢？这要通过操作码来区分。当指令执行使能信号【exe_en】为1，且待执行的指令的操作码【op_code_receive】与【sdal】指令单元中的本地操作码变量【op_code_this】中的值【5'b00100】相同的时候，那么，就来进行着保留位与操作数的缓存操作。
缓存保留位与操作数的讲解任务，我就完成了。我们接着往下看。
六. 忙标志的逻辑
图6
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if (sys_rst_n == 1'b0)
busy_flag <= 1'b0;
else if (exe_en == 1'b1 && op_code_this == op_code_receive)
busy_flag <= 1'b1;
else if (state == INSTRUCT_DONE)
busy_flag <= 1'b0;
else
busy_flag <= busy_flag;忙标志的逻辑还是很有意思的。根据图6的63行与64行的代码，在系统复位之时，忙标志被复位。
根据图6的65和66行代码，当指令执行使能信号【exe_en】为1，且输入端口中的操作码信号【op_code_receive】与【sdal】指令单元的本地操作码变量【op_code_this】的值相同，均为【5'b00100】的时候，忙标志会变为 1 。
在这里，这个忙标志，它并非是仅仅维持一个时钟周期。变为 1 以后，一般地，系统会处于【else】分支。在【else】分支里面，忙标志会保持现有值不变，依旧是 1 值，也就是会持续处于忙的状态。
而根据图6的67和68行代码，当满足【state == INSTRUCT_DONE】的条件的时候，也就是本条指令执行完毕的时候，忙标志会被清零。清零了以后，此后的一段时间里，系统又会处于【else】分支，会保持当时的 0 值不变。
那么，忙标志的逻辑是，系统复位时，被清零。当指令执行使能信号【exe_en】变为 1 了，并且接收到的输入信号中的操作码与本地指令的操作码一致，则本条指令的忙标志会变为 1 。接下来，在指令的执行过程中，忙标志会一直为 1 。而当指令执行完毕，当【state == INSTRUCT_DONE】条件满足之时，忙标志又会被清零。并且，在后续的执行里，若是没有执行到本条指令，则本条指令的忙标志会一直为 0 。
七. job_ok 的逻辑
图7
图6中的【job_ok_represent】变量是对【job_ok】的代理。【job_ok_represent】的逻辑是，系统复位时，为高阻态。在【else】分支里面，也是高阻态。然后呢，在【state == INSTRUCT_DONE0】的时候，【job_ok_represent】被赋值为 0 ，在【state == INSTRUCT_DONE】的时候，【job_ok_represent】被赋值为 1 。先被赋值为 0，然后才是被赋值为 1 ，这么处理，是因为，直接从高阻态赋值为1，有可能，控制中心模块接收不到 1 值。而先赋值为0，然后赋值为1，则控制中心模块可以顺利地接收到1值。
【state == INSTRUCT_DONE】，这个条件所表达的意思是，某条指令执行完毕。
'所以，代理变量【job_ok_represent】及其绑定的变量【job_ok】的逻辑是，平时为高阻态，而在执行完了某一条指令的时候，它会临时地变为1值。在这里，我暂时忽略了变为0值的过程，目的在于突出变为1值，标记指令技术的核心作用。
八. 状态切换
本分节，讲解的是状态变量【state】的逻辑。
图8
在图8里面，根据第83行和第84行，系统复位之时，【state】为【IDLE】状态，也就是为闲置状态。根据97和98行，在【else】分支里面，也就是在闲来无事之时，【state】保持现有值不变。
剩余的几行，都是状态切换的逻辑了。
图8的85和86行，它表示说，在指令执行使能为1时，并且输入端口中的操作码信号【op_code_receive】所传递的操作码，与【sdal】指令单元的本地操作码变量【op_code_this】相同，都是【5'b00100】，则状态变量【state】转入更新 IP 状态【UPDATE_IP】。
根据87行和88行，当状态变量【state】处于更新 IP 状态【UPDATE_IP】之时，且【work_ok】为 1 时，则状态变量【state】转入【IMM_NUM_READ】状态。
在这里，【work_ok】为1 ，就代表着一个指令的某一个微操作执行完毕。一个具体的指令可以划分为多个微操作，每一个状态机，都可以代表着一个微操作。完成了一个微操作，也就是完成了某一个状态的任务。完成了某一个状态的任务以后，就应该转入其他的状态了。
【work_ok】与【job_ok】不同，【work_ok】表示的是某一个指令的某一个微操作完成了，而【job_ok】表示的是某一个指令所有的微操作都完成了。
根据图8的第89行和第90行代码，当状态变量【state】处于【IMM_NUM_READ】状态，且【work_ok】为1的时候，状态变量【state】转入【REG_WRITE】状态。
根据图8的第91行和第92行代码，当状态变量【state】处于【REG_WRITE】状态，且【work_ok】为1的时候，状态变量【state】转入【INSTRUCT_DONE0】状态。
最后，根据第93行到96行的代码，状态变量进入了【INSTRUCT_DONE0】状态以后，下一个周期会变为【INSTRUCT_DONE】状态，再往下一个时钟周期，则会变为【IDLE】状态。
九. 计数变量 cnt 的逻辑
图9
在图9中，根据101行和102行的逻辑，在系统复位之时，【cnt】被清零。
根据图9的103和104行的逻辑，在指令执行使能标志【exe_en】为 1 ，且输入信号中的操作码信号【op_code_receive】与【sdal】指令单元的本地操作码变量【op_code_this】相同，都是【5'b00100】的时候，则【cnt】被清零。
根据105行和106行的逻辑，每当【work_ok】为1时，【cnt】还是会被清零。
根据图9的107行和108行的逻辑，当【busy_flag】为 0 值时，则【cnt】被赋值为 100 。
根据109行和110行的逻辑，当【busy_flag】为1，且 【cnt】小于 100 时，则每一个时钟周期，cnt 会自加 1 。
根据图9的111行与112行的逻辑，在【else】分支里面，cnt保持现有值不变。
那么，根据以上的讲述，大体上，【cnt】会在忙标志为 1 时工作，忙标志为 0 时，【cnt】会被赋值为100。为啥要被赋值为 100，我也忘了。你没看错，这个CPU是我写的，然而，它的某些代码的含义，我自己也给忘了。所以呢，如果你的 CPU 知识学得好，那么，你可能会比我更加地了解本 CPU 的逻辑。
然后呢，在忙标志为 1 时，【cnt】标量开始工作，从0数到100，到了100以后，不再往下数。然后呢，在忙标志为 1 的时候，每当完成了一个微操作，导致【work_ok】为 1，那么，【cnt】会被清零。然后呢，在忙标志依然为 1 的情况下，又会从 0 数到 100。最后呢，当指令的所有微操作都完成了，导致忙标志为 0 的时候，【cnt】会被赋值为 100 。
十. 向系统总线发布信号
某一个指令，它之所以能够完成各种的微操作，乃至完成整个的指令功能，就是因为，在适当的时机，指令单元会向系统总线发布各种总线信号。发布了总线信号以后，控制中心会接收到总线信号。并且呢，控制中心会根据接收到的总线信号，向内存读写单元，寄存器读写单元，算术逻辑单元等等的执行部门发布内部总线信号。通过这种信号的传递机制，某一个具体的指令的微操作得到了执行。一个一个的微操作完成了，那么，最终，单独的一个指令功能，也就跟着完成了。
我们还是来看一看，【sdal】指令单元是如何发布总线信号的吧。
图10
图11
图12
图13
图14
根据图10和图14，在系统复位，或者是处于【else】分支时，三大总线代理变量都会被赋予高阻态值，也就是，【sdal】会让本模块的三大总线变量与同名的三大系统总线断开连接。
根据图11，当状态变量【state】处于更新 IP 状态【UPDATE_IP】之时，若是【cnt】为 1，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为【16'hffff】，也就是，同名的系统控制总线会被赋予【16'hffff】值。此时，【sdal】的地址总线变量和数据总线变量则会通过各自的代理变量，各自被赋予高阻态值。也就是，【sdal】指令单元的地址总线变量与数据总线变量，会与同名的系统地址总线和系统数据总线断开连接。
根据图11，当状态变量【state】处于更新 IP 状态【UPDATE_IP】之时，若是【cnt】为 2 ，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为 24 ，也就是，同名的系统控制总线会被赋予 24 这个十进制值。而【sdal】指令单元的地址总线变量与数据总线变量，依然会与同名的系统地址总线和系统数据总线断开连接。
也就是说，在状态变量【state】处于更新 IP 状态【UPDATE_IP】之时，分别在【cnt】为 1 和 2 的时候，【sdal】指令单元向系统控制总线先后写入 【16'hffff】值与 24 这个值。
其实，更新 ip 这个微操作，其核心操作，便是向系统控制总线写入 24 这个值。然而，【sdal】却先写入了 【16'hffff】这个值，然后才是写入目标值 24 。
为啥要这样子呢？为啥要先写入【16'hffff】这个值呢？
【sdal】模块里面的三大总线变量，在系统复位时和在【else】分支里面，都是被赋予高阻态值，都是与同名的三大系统总线断开连接的。由高阻态的状态，直接向总线写入有效的信号，那么，控制中心有可能会收不到有效的总线信号。而先写入无关的【16'hffff】值，再写入有效值，则控制中心是可以顺利地接收到有效的总线信号的。
对于这种，先向总线写入无关值，再写入有效值的技术，我们之前多次讲过。在这里，我又一次重复讲解了，是因为，我担心某些个初次接触本专栏的同学，不清楚我的讲解风格。
在这里，我们来看一看，向控制总线写入 24 这个值，它代表着什么含义。
我还是将控制总线的各个信号贴出来。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【0 <= ctrl_bus < 4】，表示本次操作为寄存器写操作。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【4 <= ctrl_bus < 8】，表示本次操作为寄存器读操作。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【8 <= ctrl_bus < 12】，表示本次操作为内存写操作。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【12 <= ctrl_bus < 16】，表示本次操作为内存读操作。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【16 <= ctrl_bus < 20】，表示本次操作为立即数读操作。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【20 <= ctrl_bus < 24】，表示本次操作为算术逻辑运算。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【24 <= ctrl_bus < 28】，表示本次操作为更新指令指针寄存器【ip】。
如果【ctrl_bus】的取值范围是【28 <= ctrl_bus < 32】，表示本次操作为停机操作。
根据控制总线的信号列表，当我们向控制总线发布24这个信号的时候，表示说，【sdal】指令单元，它在向控制中心发布指令，让控制中心执行更新 ip 的微操作。
关于更新 ip 的微操作，我们在下述文章有讲解过。
根据上述链接的讲述，当我们向控制总线发布的值，它的范围【大于或等于24，且小于28】时，则表明发布的指令是更新指令指针寄存器 ip 。而更新的方式，取决于控制总线的低2位的值，也就是位1与位0的值。16位的控制总线的低2位，其实就是除以4以后的余数部分。【sdal】在更新 ip 阶段，向控制总线写入的信号值是 24，24 除以 4，余数为 0 。当余数为 0 时，更新 ip 的方式是，让指令指针寄存器 ip 自加 1。如下图所示。
图15
在这里，我并未将更新 ip 相关的全部的控制总线的讲解给讲出来。这是因为，详细的讲解，都在下面的文章链接里面。
到了这里，【sdal】指令单元的更新 ip 的微操作，我就算是讲完了。我们接着来讲下一个微操作。
下一个微操作，如图12所示。
根据图12，当状态变量【state】处于立即数读 状态【IMM_NUM_READ】之时，若是【cnt】为 1，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为【16'hffff】，也就是，同名的系统控制总线会被赋予【16'hffff】值。此时，【sdal】的地址总线变量会通过它的代理变量，被赋予高阻态值。也就是，【sdal】指令单元的地址总线变量，会与同名的系统地址总线断开连接。同时，【sdal】的数据总线变量会通过它的代理变量，被赋予 0 值。也就是，与【sdal】指令单元的数据总线变量同名的系统数据总线会被赋予 0 值。
根据图12，当状态变量【state】处于立即数读 状态【IMM_NUM_READ】之时，若是【cnt】为 2 ，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为 16 ，也就是，同名的系统控制总线会被赋予 16 这个十进制值。而【sdal】指令单元的地址总线变量依然会与同名的系统地址总线断开连接。而【sdal】指令单元的数据总线变量会通过它的代理变量，被赋值为 {8'h0, op_rand_buf} ，也就是，将缓存下来的 8 位操作数 op_rand_buf 放在低8位，而将高8位 赋予 0值，并且将这个新的 16位的值，通过【sdal】指令单元的数据总线变量的代理变量，将其赋值给【sdal】指令单元的数据总线变量，进而赋值给同名的系统数据总线。
根据控制总线的信号列表，当 我们向控制总线发布 16 这个值时，这代表着说，【sdal】指令单元，在指示控制中心，进行立即数读操作。在立即数读操作里面，控制总线的低 2 位，也就是位1和位0，也就是除以4以后的余数部分，它指示了，将数据总线中传入的立即数的数值，放在四个内部寄存器中的哪一个里面。
在立即数读 状态【IMM_NUM_READ】里面，【sdal】向控制总线写入的有效值为16 ， 16 除以 4，余数为 0 ，所以呢， {8'h0, op_rand_buf} 这个值，在被送入数据总线以后，它会被控制中心放在内部寄存器 inner_reg[0] 里面。
关于立即数读操作，还请大家阅读下述链接所示的文章。
到了这里，【sdal】指令单元中的立即数读操作，我就算是讲完了。接着往下讲。
立即数读操作进行完了以后，下一个状态，是寄存器写。我们来看图13的内容。
图13副本
根据图13，当状态变量【state】处于寄存器写 状态【REG_WRITE】之时，若是【cnt】为 1，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为【16'hffff】，也就是，同名的系统控制总线会被赋予【16'hffff】值。此时，【sdal】的数据总线变量会通过它的代理变量，被赋予高阻态值。也就是，【sdal】指令单元的数据总线变量，会与同名的系统数据总线断开连接。同时，【sdal】的地址总线变量会通过它的代理变量，被赋予 0 值。也就是，与【sdal】指令单元的地址总线变量同名的系统地址总线会被赋予 0 值。
根据图13，当状态变量【state】处于寄存器写 状态【REG_WRITE】之时，若是【cnt】为 2 ，则【sdal】的系统控制总线变量会通过控制总线代理变量【ctrl_bus_represent】被赋值为 0 ，也就是，同名的系统控制总线会被赋予 0 这个十进制值。而【sdal】指令单元的数据总线变量依然会与同名的系统数据总线断开连接。而【sdal】指令单元的地址总线变量会通过它的代理变量，被赋值为 0，也就是，将 0 值通过【sdal】指令单元的地址总线变量的代理变量，将其赋值给【sdal】指令单元的地址总线变量，进而赋值给同名的系统地址总线。
根据控制总线信号列表，向控制总线发布 0 值，代表着说，【sdal】指令单元，向控制总线发布了寄存器写指令。控制总线的低2位，也就是控制总线除以 4 以后的余数，它表示了，将内部寄存器中的哪一个的内容写入通用寄存器。我们向控制总线写入了 0 值，0 除以 4，余数为 0，这表示，我们要将 inner_reg[0] 的值写入某一个通用寄存器里面。通用寄存器也有它的地址的。累加器，它是本系统中的八个通用寄存器中的0号。那么，这个0号，要通过系统地址总线来指定。我们在【cnt】为 2 的时候，向系统地址总线写入 0 值，表明，我们是要将内部寄存器的内容，写入 0号通用寄存器里面，也就是写入累加器里面。
在立即数读状态里面，我们将立即数通过数据总线，传递给了0号内部寄存器。而在寄存器写操作连，我们又将0号内部寄存器里面的内容，传递给了 0 号通用寄存器，也就是传递给累加器。由此，我们实现了【sdal】指令的大致的功能。
我们还是来梳理一下【sdal】指令单元的逻辑。
十一. sdal 指令的执行逻辑梳理
（一）指令执行使能信号
在某一个指令的执行周期里面，在进行完了译码工作以后，译码完成信号【decode_done】变为高电平，这一有效信号由译码单元【decode_unit】传递给控制中心模块。控制中心接收到了译码完成信号以后，向指令单元发布高电平有效的指令执行使能信号【exe_en】，并同时公布操作码，保留位与操作数信号。
指令单元会接收到指令执行使能信号【exe_en】变为高电平的消息。在指令执行使能变为有效以后，若是传过来的操作码信号【op_code_receive】与【sdal】指令单元的本地操作码信号【op_code_this】相等，均为 5'b00100 ，那么，这就表示，本次要执行的指令，为【sdal】指令。当接收到了这样的信息以后，【sdal】指令单元中的缓存变量【reserve_bit_buf】和【op_rand_buf】分别将保留位与操作数给缓存下来。
同时，忙标志【busy_flag】变为 1 ，【cnt】变为 0。
同时，状态变量【state】转入更新 ip 状态【UPDATE_IP】
（二）更新 ip 状态
在状态变量【state】处于更新 ip 状态之时，【cnt】会由0开始计数，每一个时钟周期，【cnt】会自加 1。本状态的核心操作，是【sdal】指令单元向系统控制总线写入 24 这个值。
24这个值，根据控制总线信号列表，它是更新指令指针寄存器 ip 的意思。同时，24这个值，由于在控制总线里面，它除以4之后的余数为0，因此，在控制总线里面，低 2 位的值为0，所以呢，更新 ip 的方式为 0号方式。在 0 号方式里面，指令指针寄存器 ip 自加 1，指向下一个指令内存。
当控制中心的指令微操作完成了以后，控制中心会向指令单元发布【work_ok】信号，以指示本次的更新 ip 微操作的完成。
（三）立即数读状态
在接收到高电平有效的【work_ok】信号以后，状态变量【state】由更新 ip 状态【UPDATE_IP】转为立即数读状态【IMM_NUM_READ】以后，【cnt】会由0开始计数，每一个时钟周期，【cnt】会自加 1。本状态的核心操作，是【sdal】指令单元向系统控制总线写入 16 这个值。
16 这个值，根据控制总线信号列表，它是立即数读操作 的意思。同时，16 这个值，由于在控制总线里面，它除以4之后的余数为0，因此，在控制总线里面，低 2 位的值为0，所以呢，读取的立即数，会放在 0 号内部寄存器 inner_reg[0] 里面。
立即数读操作，所要读取的立即数，是怎么来的呢？在【sdal】指令的指令码之中，会有一个8位的操作数字段。这个8位的操作数，此时放在缓存变量【op_rand_buf】里面。将组合量 {8'h0, op_rand_buf} 赋给 【sdal】指令单元的数据总线变量的代理变量，就相当于向数据总线传递了这个立即数。
由于【sdal】在立即数读状态里面，向控制总线传递的值是 16，所以呢，组合量 {8'h0, op_rand_buf} 会被赋给 0 号内部寄存器 inner_reg[0] 。
在控制中心里面，当立即数读操作这一微操作完成了以后，控制中心会向指令单元发布【work_ok】信号，以指示本次的立即数读这一微操作的完成。
（四）寄存器写状态
在接收到高电平有效的【work_ok】信号以后，状态变量【state】由立即数读状态【IMM_NUM_READ】转为寄存器写状态【REG_WRITE】以后，【cnt】会由0开始计数，每一个时钟周期，【cnt】会自加 1。本状态的核心操作，是【sdal】指令单元向系统控制总线写入 0 这个值。
0 这个值，根据控制总线信号列表，它是寄存器写操作 的意思。同时，0 这个值，由于在控制总线里面，它除以4之后的余数为0，因此，在控制总线里面，低 2 位的值为0，所以呢，待写入通用寄存器的立即数，此刻是已经放在 0 号内部寄存器 inner_reg[0] 里面的。
寄存器写操作，要写入哪一个通用寄存器呢？在【sdal】指令单元的寄存器写状态之中，我们向地址总线写入了 0 值。这个 0 值表明，我们想要将内部寄存器里的内容，写入八个通用寄存器里面的 0 号通用寄存器，也就是写入累加器 da 里面。
在控制中心里面，当寄存器写操作这一微操作完成了以后，控制中心会向指令单元发布【work_ok】信号，以指示本次的寄存器写这一微操作的完成。
（五）指令完成
在接收到高电平有效的【work_ok】信号以后，状态变量【state】由寄存器写状态【REG_WRITE】依次转为两个指令完成状态【INSTRUCT_DONE0】和【INSTRUCT_DONE】，接下来，又会重新回到【IDLE】状态。
在指令完成以后，【sdal】指令单元又会通过代理变量【job_ok_represent】向【job_ok】变量赋值 1 值，进而向同名的【job_ok】总线发布 1 值。
当【job_ok】总线变为1 值以后，控制中心会有它的处理逻辑。
图16
图17
根据图16，在控制中心里面，存在着两个节拍变量，用于对【job_ok】总线变量进行延时计时操作。
根据图17，当【exe_running】为1，且【job_ok_d1】为1之时，则取指令使能会变为 1 值。
【exe_running == 1'b1】，这一条件的意思是，当系统未停机，处于正常运行的状态之时。在我们的系统里，我虽然设置了停机指令，但是呢，基本上，在向指令内存写入指令的时候，我并未写入过停机指令。所以，你可以认为，我们的系统，始终都是处于连续运行状态的。
在系统始终处于连续运行的状态的前提下，对【job_ok】总线变量延时一个时钟周期的节拍变量【job_ok_d1】变为1以后，则取指令使能信号【get_inst_en】变为 1值。也就是说，前一个指令已经执行完了，接下来，控制中心指挥系统，要去开展新的指令的取指令工作了。
新的指令的取指令工作的展开，其实这也意味着新的指令的取指令，译码和执行的循环开始了。
结束语
本节内容，实在是多，我这里，也有些不想写了。
本节的内容，我写了有四五个小时吧。写起来，实在是累。
也许，本节的内容，你读起来会觉得乱。实在是因为，我这里在写的时候，也是着急，累，困倦，急着完成它。
但愿本节的写作大致成功吧。如果有问题，以后，我应该会慢慢地来修改的。