可变长度操作码（扩展操作码）

可变长度操作码（扩展操作码）

含义：当指令中的地址部分位数较多时，让操作码的位数少些；当指令中的地址部分位数减少时（如：现在是一地址指令，因而地址位数相应减少），可让操作码的位数增多，以增加指令种类。这称为扩展操作码。

例、假设某指令系统的指令字长是 16 位，最多给出三个地址段 X、Y、Z，每个地址字段占 4 位。试给出一种扩展操作码的方案。

下图给出一种扩展操作码的原理性方案：

分析：

对于三地址指令，三个地址占 12 位；操作码 4 位，全部用来表示操作功能，可以表示 2^4=16 种。现在只取其中的 15 种组合0000~1110，分别表示 15 条三地址指令，留下1111作为扩展操作码标志。

对于二地址指令，两个地址占 8 位；在高4位（第15~12位）为1111的扩展标志指示下，将第11~8位扩展为操作码；如果取其中 15 种表示二地址指令，即11110000~11111110，则留下11111111作为扩展操作码标志。

对于一地址指令，一个地址占 4 位；又可将第7~4位扩展为操作码。如果取其中 15 种表示一地址指令，即111111110000~111111111110，则留下111111111111作为扩展操作码标志。

对于零地址指令，在第15~4位为全1的扩展标志指示下，可有 16 种零地址操作码。

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以上只是其中一种设计方案。

实际上，我们需要根据三、二、一、零地址指令的需求量来进行设计。假设二地址指令只需要 14 条，那么我们可以再得到一种扩展标志，用于一地址指令的扩展。

下图给出一种扩展操作码的原理性方案：

分析：

对于二地址指令，两个地址占 8 位；在高4位（第15~12位）为1111的扩展标志指示下，将第11~8位扩展为操作码；如果取其中 14 种表示二地址指令，即11110000~11111101，则留下11111110、11111111作为扩展操作码标志。

对于一地址指令，一个地址占 4 位；又可将第7~4位扩展为操作码。由于在设计二地址指令时留下了两种扩展标志，加上第7~4位的编码，可得到 2X2^4=32 种组合。如果只取其中 31 种表示一地址指令，即111111100000~111111111110，则留下111111111111作为扩展操作码标志。

“在本例中，我们有意为二地址指令只留下1种扩展标志，相应地只有15条三地址指令；而为单地址指令留下2种扩展标志，相应地只有14条二地址指令，而单地址指令可有31条。”  

关于 2X2^4=32 的得来：

第一个 2 是两个扩展标志的 2，后面的 2^4 是指，我们加上第7~4位（一共4位）作为操作码，那么将会得到 2^4 种组合。根据乘法原理，我们的操作码组合将会有 2X2^4=32 种。

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作业题

题1、一个计算机系统采用 32 位单字长指令，地址码为 12 位，如果定义了 250 条二地址指令，那么单地址指令的条数最多有（ 24K ）。

• 地址码为 12 位，是指每一个地址占 12 位
• 250 为 0 ~ 249，而 249 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 1
• 对于一地址指令，有 12 位扩展成为操作码部分

题2、某指令字长 12 位，每个地址字段 4 位，若要求有 12 条双操作数指令，问单操作数一地址指令最多可有多少条?  

答：最多有 64 条。