微处理器的最大操作码数

问题的最大操作码是多少，答案是c选项，但我认为它是选项d，因为每个地址指定每个内存位置，共有16条地址线，这意味着2 ^ 16个地址，即2 ^ 16个存储位置。

因此，如果每个位置包含一个操作码，则总共2 ^ 16个位置包含2 ^ 16个操作码，这是操作码的最大数量，但是答案为c，即2 ^ 12。这怎么可能？

所有选项都是错误的。处理器可以执行的（唯一）操作码的最大数量不受总线宽度的限制。

通常，一个12位以上的CPU被设计为每个数据字具有一个命令，因此它可以一次读取大多数指令。因此，将普通CPU设计为2 ^ 12个操作码的限制。

现有的具有超过2 ^ 12 = 4096个操作码的CPU体系结构非常罕见，这仅仅是因为人们几乎不需要太多的东西-太多的东西要学习，太多的东西才真正有用，太多的东西浪费了昂贵的硅空间。

更新：正如评论中指出的，x86指令集的所有可能变体实际上可能总计超过6000个，具体取决于您的计数方式！不过，这更是一个例外。

但是，对于4位CPU，2 ^ 4 = 16条指令通常是不够的，因此许多此类处理器拥有更多指令。

CPU可能包含比数据总线更合适的操作码的多种方式和原因，包括：

跨字说明

处理器不需要在单个数据周期中读取命令-它可以使用多个相应的周期。实际上，大多数CPU并没有-尽管它更常用于指令自变量而不是扩展操作码空间。

示例：intel 4004只有4条线，它们复用为数据/地址线，4位数据字，但在8位指令中有40多个操作码。

前缀和后缀

（CISC）处理器可以根据需要具有任意数量的指令前缀和后缀。

这些指令以实际指令为前缀来更改其功能-稍微或完全改变。

这取决于您对“唯一操作码”的定义。如果将指令中没有数据的任何部分假定为操作码的一部分，则它们的总数将包括所有可能的变体。但是，有些人认为这些词缀是教学的不同部分。

示例：Intel x86 CPU实际上没有4M操作码。但是，如果将所有前缀都算作操作码的一部分，则现代CPU允许的指令最长为15 bYtes-这是很多可能的操作码。尽管许多人只会做同样的事情-所以这取决于他们“独特”的定义。

模式

处理器可以具有多种操作模式，在其中可以具有完全不同的一组操作码。

示例：intel x86_64具有32位（真实/ v86 /受保护）和64位模式，它们具有不同的操作码。ARM CPU可以具有ARM 32位和Thumb 16位模式。

总线位多路复用

这些问题说明了“数据线”和“地址线”，但是内部数据总线和内部地址总线都可能比实际总线线宽。

多路复用的总线数据按顺序发送，即上半部分，然后下半部分。CPU将其存储到完整的内部寄存器中并对其进行操作。

通常这样做是为了降低成本和/或芯片物理尺寸。

例子包括intel 4004，LPC数据总线上的任何内容，以及NEC VR4300，Nintendo64的CPU仅具有32行数据总线。

没有并行总线

作为上一点的延续，CPU甚至根本不需要公开并行总线。

CPU可能很容易只公开顺序总线，例如I2C，SPI等。

生产这样一个专用的CPU可能不是很划算，但是许多低引脚数的微控制器（包括CPU和内存）都是通过这种方式来节省那些宝贵的引脚，以备不时之需。例如，atmel ATTINY4 / 5/6/10芯片总共只有6个引脚，其中两个用于供电，一个用于复位，三个通用。指令通过专有的三线接口顺序发送。

根据您对微控制器的定义，可以将其视为微处理器，也可以将其编程为充当一个微处理器（即，使用一个或多个顺序总线来模拟专用CPU）。

这个问题清楚地表明某种数据总线是公开的，但不是并行总线。理论上，12线数据总线可以由一条串行数据线和11条辅助/接地/状态线组成，尽管这可能不是一个很明智的想法。

专用指令总线

实际上，处理器甚至不需要在与数据相同的总线上接受指令。

当ALU是分立芯片而不是微处理器的一部分，但是现在大多数时候在经济上不可行时，很容易出现这种情况。

但是，没有什么可以阻止您使用专用线来实现CPU的功能，这些专用线仅用于指导。当必须对数据数组（SIMD）执行单个操作时，这种CPU可能会有用。

由于指令总线的宽度完全是任意的，因此最大可能的操作码数也是如此。

实际上，可以通过以下两种方式来考虑最大数量的操作码：

• 唯一操作码的最大数量。

这可以从指令宽度而不是数据总线宽度收集。通常，操作码适合单个内存访问，然后答案为2 ^ 12。但是处理器可以实现多周期操作码解码过程，以将可能的操作码数量扩展到2 ^ 12以上。

• 处理器可以直接寻址的最大指令数（包含操作码）。

处理器可以直接寻址的最大指令数（包含操作码）受地址总线宽度（2 ^ 16）限制。然而，处理器可以间接地寻址更多的存储器，例如，操作码可以促进页面交换或类似的操作以从另一个源获取指令。

您对这个问题感到困惑是正确的-它写得很差。

但是，我怀疑这个问题的目的是确定机器的指令字大小。考虑到所提供的数据非常不完整，这必须与数据总线的宽度相对应。地址总线的宽度决定了主存储器的最大容量。

实际上，给定机器指令的“操作码”字段通常比指令本身小很多，但指令可能比数据总线宽。

老式的Motorola 68008就是一个很好的例子-它是68000的降低成本版本，带有8位数据总线，但它使用相同的16位指令字，其中通常7位确定操作码（其余标识源寄存器和目标寄存器以及寻址模式，所有这些都应视为操作数，而不是操作码）。如果像某些操作一样在操作码中包括寻址模式位，则总共将形成10位操作码字段。在某些寻址模式下，实际指令可能会更长。

埃德森·德卡斯特罗（Edson DeCastro）设计的计算机几乎完全是PDP-8，它具有15条地址和12条数据线。

因此，发布的问题的答案是574个操作码，因为PDP-8有284个操作码，而Ed只是半疯。