不正なオペコード

不正なオペコードは、未実装操作^[1] 、意図しないオペコード^[2]、または文書化されていない命令とも呼ばれ、CPUの設計者や製造元によって公開された公式のドキュメントには記載されていないが、効果を持つCPUへの命令である。不正なオペコードは、 MOS Technology 6502、Intel 8086、Zilog Z80など、1970年代に設計された古いCPUで一般的だった。これらの古いプロセッサでは、多くはCPU内のトランジスタの配線の副作用として存在し、通常はCPUの結合が意図されていない機能を組み合わせている。古いプロセッサと最新のプロセッサでは、製造元によって意図的にプロセッサに組み込まれているが、公式の仕様には文書化されていない命令もある。

多くのプロセッサでは、多くの不正なオペコードの影響は、エラー ハンドラへのトラップにすぎません。ただし、ほとんどの不正なオペコードをトラップするプロセッサの中には、一部の不正なオペコードについてはトラップしないものや、不正なオペコードをチェックせず、代わりに文書化されていない操作を実行するものもあります。

偶発的に発生する不正な命令のほとんどは役に立たないか、非常に望ましくない影響（コンピュータのクラッシュなど）をもたらしますが、中には特定の状況で役立つ機能を持つものもあります。1970年代や 1980 年代のコンピュータ ゲームでは、このような命令が、特定の時間的に重要なセクションを高速化するために利用されることがありました。もう 1 つの一般的な使用法は、コピー防止の実装とクラッキングの間で続いていた戦いです。ここでは、それらは隠蔽によるセキュリティの一形態であり、その秘密は長くは続きませんでした。

不正な命令の使用に伴う危険性は、製造元がそれらの存在と機能を保証していないという事実を考慮すると、CPU 内部の変更や CPU の新しいリビジョンによってそれらの命令が消えたり動作が変わったりする可能性があり、それらの命令を使用するプログラムが新しいリビジョンと互換性がなくなる可能性があることです。たとえば、古いApple IIゲームの多くは新しいApple IIcでは正しく動作しませんでした。これは、後者が不正なオペコードを廃止した新しい CPU リビジョン ( 65C02  ) を使用していたためです。

80186、80286、68000およびその子孫のような後の CPUには、広く知られた/使用されている不正なオペコードはありません。理想的には、CPU は、命令ストリームで未知のオペコードを見つけたときに、特定の例外または障害状態をトリガーするなど、明確に定義された方法で動作します。その後、オペレーティング システムの例外または障害ハンドラは通常、障害を引き起こしたアプリケーションを終了します。ただし、プログラムが以前に独自の例外/障害ハンドラを確立していた場合は、そのハンドラが制御を受け取ります。不正な命令を処理するもう 1 つのあまり一般的ではない方法は、時間と領域を占有する以外は何もしないように定義することです (CPU の公式のNOP命令に相当)。この方法は、 TMS9900および65C02プロセッサなどで使用されています。あるいは、未知の命令をソフトウェアでエミュレートしたり（LOADALLなど）、あるいは「新しい」疑似命令を実装したりすることもできる。一部のBIOS 、メモリマネージャ、オペレーティングシステムはこれを利用して、たとえばV86タスクが基盤システムと通信できるようにしている。つまり、Windows NTVDMが利用するBOP（「BIOS Operation」の略）である。^[3]

インテルはそのような命令に対して保証しているにもかかわらず、ファジングなどの技術を使用した調査により、2018年になってもx86プロセッサには膨大な数の文書化されていない命令が存在することが発覚している。 ^[4]これらの命令の一部はプロセッサメーカー間で共有されており、公式仕様には記載されていないにもかかわらず、インテルとAMDは両方ともその命令とその目的を認識していることがわかる。その他の命令はメーカーや特定の製品ラインに固有のものである。x86の文書化されていない命令の大部分の目的は不明である。

現在、これらの命令の詳細は、主に古いシステムの 正確なエミュレーションに関心が寄せられています。

• バックドア（コンピューティング）
• 気にしない用語
• イースターエッグ（メディア）
• ガジェット（マシン命令シーケンス）
• 停止して発火する（コンピューティング）
• マイクロコード
• Pentium F00F のバグ
• 合成プログラミング
• トラップ（コンピューティング）
• 文書化されていない機能

• Vardy, Adam (1996-09-27) [1995-08-22]. 「65XX シリーズ CPU の追加命令」。2021-08-28 にオリジナルからアーカイブ。2021-11-18に取得。(注: 6502 では不正なオペコードです。)
• Steil, Michael (2008-07-29). 「MOS 6502 不正オペコードの実際の動作」. pagetable.com - Some Assembly Required . 2021-11-19 にオリジナルからアーカイブ。2021-11-18に取得。
• Young, Sean (2005-09-18) [1997]. 「Z80 ドキュメント: 文書化されていない Z80 のドキュメント化」. 0.91. 2021-10-09 にオリジナルからアーカイブ。2021-11-18に取得。(注意: Z80 では不正なオペコードです。)
• Brown, Ralf D.編 (2002-12-29) [2000-07-17, 1985]. 「x86 割り込みリスト」(61 版)。2017-08-22 にオリジナルからアーカイブ。2011-10-14に取得。[3][4][5][6][7][8][9] (注: Ralf Brown の Interrupt Listにも、文書化されていないプロセッサ オペコードとプロセッサ バグに関する情報が含まれています: Alex V. Potemkin による OPCODES.LST と Harald Feldmann による 86BUGS.LST。)

• Christian Ludloffのサイトsandpile.orgには、文書化されていないオペコードに関する情報も含まれています。