【计算机组成原理】指令系统（二）—— 扩展操作码_计算机组成原理扩展操作码

• 定长指令字结构：指令系统中所有指令的长度都相等；
• 变长指令字结构：指令系统中各种指令的长度不等；
• 定长操作码：指令系统中所有指令的操作码长度都相同；
• 可变长操作码：指令系统中各指令的操作码长度可变。

定长指令字结构 + 可变长操作码 → 扩展操作码指令格式

扩展操作码指令格式：不同地址数的指令使用不同长度的操作码。

• 举例

某机器字长为 16 位， 单字长指令结构，每个地址码 6 位，试用操作码拓展码技术设计 14
条二地址指令，80条但地址指令，60条零地址指令。

视频讲解链接

解析：对于操作码扩展类题目，操作码应该由短到长进行编码，即从多地址码指令向零地址指令逐步编写。

设计扩展操作码指令时的注意事项：

（1）不允许短码是长码的前缀，即短操作码不能与长操作码的前面部分的代码相同。
（2）各指令的操作码一定不能重复。

通常情况下，对使用频率较高的指令，分配较短的操作码；对使用频率较低的指令，分配较长的操作码，从而尽可能减少指令译码和分析的时间。

设地址长度为 n，上一层留出 m种状态，下一层可扩展出 $m\times 2^n$ 种状态

• 操作码分类：

（1）定长操作码： 在指令字的最高位部分分配固定的若干位（定长）表示操作码。

• 一般n位操作码字段的指令系统最大能够表示$2^n$条指令。
• 优：定长操作码对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利；
• 缺：指令数量增加时会占用更多固定位，留给表示操作数地址的位数受限。

（2）扩展操作码(不定长操作码) ：全部指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上。

• 最常见的变长操作码方法是扩展操作码，使操作码的长度随地址码的减少而增加，不同地址数的指令可以具有不同长度的操作码，从而在满足需要的前提下，有效地缩短指令字长。
• 优： 在指令字长有限的前提下仍保持比较丰富的指令种类；
• 缺 ：增加了指令译码和分析的难度，使控制器的设计复杂化。