1.指令结构
CairoCPU原生支持的word是一个域元素，而这个域是特征值大于P?>2^63。每个指令会占用1到2个word，如果指令后面跟着立即值(="12345678")则该指令占用2个word，并且值存在第二个word里。每个指令的第一个word由以下元素组成：
2.状态转换
状态转换函数代表了一个通用的状态转换单元，而一个计算通常会分解成多个连续执行的指令，因此我们需要：
a.?确保指令的内容，以及指令执行前后的状态的有效性
b.确保执行的指令是一个有效的指令
2.1转换逻辑
如果指令执行前后的状态是一致的，那么其状态的更新一定是按照以下逻辑执行：
2.2指令校验
如图1所示，?个指令由以下元素组成：
3.指令示例
3.1断言相等
断言相等指令可以用下述语法表示：
<left_handle_op>=<right_handle_op>
它确保了公式两边是相等的，否则程序的执行将会被返回。
Note2：除法和减法可以分别表示为具有不同操作数顺序的乘法和加法。?
assert指令可以被认为是一条赋值指令，其中?边是已知的，另一边是未知的。例如=4可以被认为是断言的??值为4，或者根据上下文将赋值为4。
图4给出了断言相等指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：
解释?指令=5：
?为assert指令=>opcode=4?
?next_ap=ap=>ap_update=00=0?
?next_pc=pc+instruction_size=>pc_update=000=0?
?op0和op1没有addormul=>res_logic(res)=00=0?
?存在立即数=>op1_src(op1)=001=1?
?立即数地址指令地址相邻=>off_op1=1?
?等式左边=>dst_reg(dst)=1?
?等式左边=>off_dst=1?
?op0_reg/off_op0=>initalvalue(1/-1)//因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值
3.2条件和非条件跳转?
jmp指令允许更改程序计数器pc的值。?
Cairo支持相对跳转和绝对跳转-分别用关键字rel和abs表示；jmp指令或许是有条件的，比如当某个内存单元的值不为0时，触发jmp指令。
指令的语法如下所示：?
#Unconditionaljumps.?
jmpabs<adress>
jmprel?<offset>
#Conditionaljumps.?
jmprel<offset>if<op>!?
图5给出了jmp指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：
解释?指令jmprel+：?
?为jmp指令=>opcode=0
?next_ap=ap=>ap_update=b00=0?
?next_pc=pc+res=>pc_update=b010=2?
?res=op0+op1=>res_logic(res)=b01=1
?op1:=>op1_src(op1)=b010=2?
?op1:=>off_op1=-7?
?op0:=>op0_src(op0)=0?
?op0:=>off_op0=1?
?dst_reg/off_dst=>initalvalue(1/-1)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值
3.3call和ret?
call和ret指令允许实现函数堆栈。call指令更新程序计数器(pc)和帧指针(fp)寄存器。程序计数器的更新类似于jmp指令。之前fp的值被写入，以允许ret指令将fp的值重置为调用之前的值；类似地，返回的pc(调用指令后面指令的地址)被写到，以允许ret指令跳回并继续执行调用指令后面的代码的执行。由于写入了两个存储单元，ap向前进了2，fp被设置为新的ap。
指令的语法如下：
callret<adress>
callrel<offset>?
ret
图6给出了call和ret指令的一些示例，以及每个指令对应的标志值：
解释?指令callabs：
?为call指令=>opcode=0?
?next_ap=ap=>ap_update=b00=0?
?next_pc=res=>pc_update=b001=1?
?res=op1=>res_logic(res)=b00=0?
?op1:=>op1_src(op1)=b010=2?
?op1:=>off_op1=4?
?op0_reg/off_op0=>initalvalue(0/1)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值?
?dst_reg/off_dst=>initalvalue(0/0)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值
3.4高级ap?
指令ap+=<op>通过给定的操作数增加ap的值。?
图7给出了高级ap指令的一些示，以及每个指令对应的标志：
解释?指令ap+=123：?
?为advancingap指令=>opcode=0?
?next_ap=ap+res=>ap_update=b01=1
?next_pc=pc+instruction_size=>pc_update=b000=0?
?res=op1=>res_logic(res)=b00=0?
?op1=123=>op1_src(op1)=b001=1?
?op1=123=>off_op1=1?
?op0_reg/off_op0=>initalvalue(1/-1)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值?
?dst_reg/off_dst=>initalvalue(1/-1)///因为这个指令用不到这些flags，所以填充默认值
参考
SpecificationforCairo:https://arxiv.org/pdf/2109.14534.pdf
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来源：金色财经
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