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。

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。

“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。”