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操作码扩展

假设一个机器的字长是16位，指令长度为单字长

若4位用于操作码OP，剩下3个4位用于地址码，则该指令是三地址指令，总共可以有16条

如果该机器的指令条数变多了（至少17条以上），那么4位的操作码是不够的，需要扩展

如果把Ad1作为操作码，那么OP就多出4位，变成了8位，就可以有256条双地址指令了

但是扩展操作码时必须要遵守2个原则（不知道为什么）

1. 不允许短操作码是长操作码的前缀（长短是相对的）

   比如一个4位的操作码为0100（短操作码）和一个8位的操作码abcd efgh（长操作码），abcd不能是0100

2. 每条指令的操作码不能重复

三地址指令如果是16条，那么意味着前4位已经占满，后续的位数再多，也是不合法的操作码

因此如果需要后续扩展，三地址指令必须至少留出一条

那么如果双地址指令不需要扩展，最多可以有16条，如果需要扩展，则在Ad1位置至少也要留出一条指令

如果双地址指令想要扩展的更多，那意味着单地址指令需要留出的条数也越多，单地址指令条数就越少

例题1

一个计算机系统采用32位单字长指令，地址码为12位，若定义了250条二地址指令，还可以有几条单地址指令？
$$指令单子长，则指令长度为32位$$

$$\begin{gathered} 这个指令是从三地址扩展来的吗？ \\ 不是，因为如果是三地址，则至少要12x3=36位 \end{gathered}$$

$$二地址要用掉24位地址码，操作码还剩下32-24=8位，二地址指令可以有256条$$

$$但是题目说只用了250条，也就是可以有6条用于扩展$$

$$而单地址指令，意味着地址码只占12位，相对于二地址指令，操作码又多出了12位$$

$$所以单地址指令有：6\times 2^{12}=24K条$$

例题2

某计算机按字节编址，指令字长固定且只有两种指令格式，其中三地址指令29条，二地址指令107条，每个地址字段6位，则指令字长至少应该是？
$$三地址指令有29条，则至少为5位（2^5=32>29）$$

$$如果三地址刚好是5位，则有32-29=3条可以用于二地址指令扩展$$

$$地址码为6位，则二地址指令最多可以有3\times 2^6=192条>107条$$

$$\therefore 指令字长至少是5+3\times 6=23$$

$$又\because 计算机按字节编址,23\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{d}8\ne 0$$

$$\therefore 指令字长至少是24位$$