2.3.3 扩展编码法
采用Huffman编码法能够使操作码得平均长度最短，信息的冗余量最小。然而，这种编码方法所形成得操作码很不规整。在上面这个例子中，7条指令就有6种不同长度得操作码。这样，既不利于硬件的译码，也不利于软件的编译。另外，它也很难与地址码配合，形成有规则长度的指令编码。
在许多处理机中，采用了一种新的折中的方法，称为扩展编码法。这种方法是由固定长操作码与Huffman编码法相结合形成的。
对于上一节中那个有7条指令的模型机的例子，如果采用扩展编码法编排操作码，可以有多种方法。举两个例子，如果要求把操作码最长不得超过5位，则可以采用1-2-3-5扩展编码法。如果要求把操作码最长不得超过4位，则可以采用2-4等长扩展编码法。编码结果如表2.6所示。
采用1-2-3-5扩展编码法的操作码最短平均长度为：
H＝0.45×1＋0.30×2＋0.15×3＋（0.05＋0.03＋0.01＋0.01）×5
＝2.00
信息冗余量为：
采用2-4等长扩展编码法的操作码最短平均长度为：
H＝（0.45＋0.30＋0.15）×2＋（0.05＋0.03＋0.01＋0.01）×4
＝2.20
信息冗余量为：
表2.6 模型机的操作码扩展编码法
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指令序号
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出现的概率
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1-2-3-5扩展编码
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2-4等长扩展编码
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0.45
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0
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0 1
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0.30
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10
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0 1
|
|
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0.15
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110
|
1 0
|
|
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0.05
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1110
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1 1 0 0
|
|
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0.03
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11110
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1 1 0 1
|
|
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0.01
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111110
|
1 1 1 0
|
|
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0.01
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111111
|
1 1 1 1
|
为了便于实现分级译码，一般采用等长扩展法，例如，操作码按4位、8位、12位，每次加长4位的扩展方法，记作4-8-12扩展法，还有3-6-9扩展法等。当然，也可以根据具体需要，采用每次扩展的位数不等的不等长扩展法。
对于等长扩展法，因为采用不同的扩展标志还可以有多种不同的扩展方法。例如，对于4-8-12扩展法，有采用保留一个码点标志的15/15/15……扩展法，采用每次保留一个标志位的8/64/512……扩展法等。当然，也可以根据不同的需要，在操作码长度扩展过程中，每次采用不同的扩展标志。
对于4-8-12等长扩展法中的15/15/15……扩展法和8/64/512……扩展法，操作码的具体编码方法如图2.11所示。
在设计操作码时，具体采用哪种扩展编码方法，要根据所设计系统中各种指令出现的概论分布情况来决定。例如，某系统中，有15种指令出现的概论值比较大，另15种次之，其余指令出现的概论值很小，这时可采用15/15/15……扩展编码法。如果有8种指令出现的概论值比较大，另64种指令出现的概论值次之，可采用8/64/512……扩展编码法。总之，无论采用哪一种扩展编码方法，衡量的标准是要看这种编码方法的操作码平均长度是否最短，或信息的冗余量是否最小。
另外，也可以根据所设计计算机系统的具体情况，采用不等长扩展编码方法，例如，采用4-6-10扩展编码法，根据所设计系统中各种指令出现的概论分布情况，可以有很多种编码方法，举例如表2.7所示。
表2.7 4-6-10不等长扩展编码法举例
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编码方法
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各种不同长度操作码的指令种类
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总的指令种类
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4位操作码
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6位操作码
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10位操作码
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15/3/16
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15
|
3
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16
|
34
|
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8/31/16
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8
|
31
|
16
|
55
|
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8/30/32
|
8
|
30
|
32
|
70
|
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8/16/256
|
8
|
16
|
256
|
280
|
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4/32/256
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4
|
32
|
256
|
292
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