arm - 为什么操作码在 MIPS 32 位架构中是 6 位长

Question

以下是 32 位 ARM 和 MIPS 架构的数据传输指令格式。32 位 ARM 架构有 4 位操作码，因为有 16 个寄存器 (2^4=16)。32 位 MIPS 架构有 6 位操作码。考虑到 MIPS 中有 32 个寄存器，它不应该是 5 位吗？

Answer 1

寄存器的数量与操作码位数无关，它与支持的指令数量有关（考虑到存在指令前缀等技术，这仍然不是硬限制因素）。

另一方面，操作数位数（图片中的 Rs 和 Rd）与寄存器的数量有关（它们是 5 位，因为 MIPS 有 32 个寄存器，2^5 = 32）。

因此，操作码有 6 位仅意味着您能够编码多达 2^6=64 条不同的指令，这些指令可以在单个解码周期中解释。

Answer 2

操作码编码和寄存器字段编码以及立即数/常量编码是不同的，它们之间有不同的权衡，因为当它们必须在同一条指令中共存时，使一个更大会使另一个变小。

每个字段的大小决定了可以在该字段中表示的不同项目的数量。

与 MIPS 相比，例如，RISC V 将 I 类型指令中的“const”立即字段缩短为 12 位，这允许更大的操作码字段——基本指令集操作码字段中的 7 位，以及 func 中的 3 个额外位（字段也通常是颠倒的，从右到左）：

+-------------------------------------------+
| imm:12 | rs1:5 | func:3 | rd:5 | opcode:7 |    I-Type
+-------------------------------------------+

这些额外的操作码位用于：

• 处理不同长度的指令，RISC V 允许大小为：
  • 称为压缩的 16 位指令，可以混合使用
  • 32 位，用于 32 位和 64 位处理器
  • 48 位及更大（尚未标准化这些扩展）
• 用于指令集的长寿和进化
  • 随着时间的推移，指令被添加，但很少被删除以保持向后兼容性
• 扩展指令集以满足应用程序和设备的特定需求
  • 可能发生在嵌入式使用中，其中进行了从未打算包含在官方规范中的扩展