为什么操作码在 MIPS 32 位架构中是 6 位长

Question

下面是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，这仍然不是硬性限制因素）。

另一方面，操作数位数（图中的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，拥有 6 位操作码意味着您最多可以编码 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和immediate/const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co-exist时，使一个变大使另一个变小.

每个字段的大小决定了该字段中可以表示的不同项目的数量。

与 MIPS 相比，例如 RISC V，将 I-type 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, 加上 func 中的 3 个额外位（字段通常也是相反的，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 允许的大小为：
- 16位压缩指令，可以混用
- 32 位，用于 32 位和 64 位处理器
- 48 位及更大（目前还没有标准化的扩展）
用于指令集的寿命和进化
- 随着时间的推移，添加了说明，但很少删除以保持落后兼容性
扩展指令集以满足应用程序和设备的特定需求
- 在嵌入式使用中可能会发生这种情况，其中进行的扩展从未打算包含在官方规范中

Why opcode is 6-bit long in MIPS 32 bit Architecture