变长操作码，即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，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。
举个例子：
若指令长度为16位，并且每个地址码占4位，若设置三地址指令，则地址码总共占3*4=12位 ，剩余4位来表示操作码，4位基本操作码若全部用于三地址指令，则有16（2^4）条。但至少须将1111留作扩展操作码之用，即三地址指令为15条
1111 1111留作扩展操作码之用，二地址指令为15条；CPU取得一条指令时，会直接读入16位，CPU根据开头4位是否为全1，判断是三地址指令或二地址指令，若开头4位是1111，后4位不为全1，则为二地址指令
同理，后4位为全1保留下来，作为一地址指令，一地址指令为15条，若前8位全为1，则为一地址指令
最后4位为0000~1111，前面12位全为1，因为已经不需要拓展了，所以零地址指令为16条
当然还有其他扩展操作码设计方法，这里只是其中一种。
所以在设计扩展操作码指令格式时，必须注意以下两点：
(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。
例如上面例子，二地址指令操作码为前8位，为长码，三地址指令的操作码为前4位，为短码，不允许短码是长码的前缀的含义为：这4位操作码不能为全1
(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。
再举一例扩展操作码的示例：
设指令字长固定为16位，若需要15条三地址指令：对于三地址指令而言，需要12位作为地址码，只用前4位（16-12=4）表示操作码，0000~1110表示操作码，1111表示扩展操作码：
需要12条二地址指令，则前4位为1111，二地址指令需要8位地址码，所以只能由中间4位表示操作码：0000（0）~1011（11）总共12条。我们会发现，剩余1100，1101，1110，1111没有对应的操作码，这些位都是以“11”开头的，所以如果开头为1111 11则表示超出了二地址指令的范围。
一地址指令只需要保留最后的4位作为地址码。需要62条一地址指令，则可以用剩下的6位，即黑框部分表示不同的一地址指令：000000（0）~111101（61）。同理，最大的能表示一地址指令的数为：1111 1111 1101 xxxx，如果超出了这一范围，即1111 1111 1110 xxxx，前面11位都为“1”，那么就超出了一地址指令的合法范围。
需要32条零地址指令，剩下的5位刚好能表示00000(0)~11111(31)
按照上面的扩展操作码的设计，若CPU访问的指令最前4位不为全1，则说明这是一条三地址指令
若前4位为全1，再判断紧接着后面2位是否为1，若不为全1，则为二地址指令，若为全1，那么会继续检测后面紧跟的5位是否全为1，若不是，则为一地址指令，若是，则为零地址指令。
对扩展操作码而言，若地址长度为n，上一层留出m种状态，下一层可扩展出 m*2^n 种状态
例如，对于三地址指令，需要用前4位表示操作码，表示2^4=16种状态，留出16-15=1种状态作为下一层的扩展。
对于下一层的二地址指令而言，可以用1111+紧接着后4位的信息，表示这是哪一种状态的指令，2^4=16，而上一层留下的扩展状态为1种，所以总共能表示的状态为1*2^4=16种，而只需要12条二地址指令，所以16-12=4种状态会留到下一层
对于下一层的一地址指令而言，就有4*2^4=64种状态，所以会留出64-62=2种状态到下一层
对于零地址指令而言，就有2*2^4=32种状态
对于留出xx种状态的理解：
每留出1种状态给下一层指令，下一层指令就会多出2^n条指令。
一地址指令给零地址指令留了一种状态，那么就是2^6=64种。
定长操作码和扩展操作码的对比：
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。
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，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。
例题1：
（1）操作码固定：操作码位数为4位，所以可以有2^4=16条指令
16=一地址+二地址+零地址，所以二地址指令有16-M-N条。
（2）二地址指令至少给一地址指令留1个扩展窗口：所以二地址指令：2^4-1=15条。
（3）二地址指令操作码4位，有2^4种编码，题目说，二地址指令有p条，则留出
种编码用于一地址指令的扩展。
所以一地址指令有
种编码。
设留出n种用于零地址的扩展，则
，则
所以一地址最多有：
y例题2：
设计某指令系统时，假设采用 16 位定长指令字格式，操作码使用扩展编码方式，地址码为6位，包含零地址，一地址和二地址3种格式的指令，若二地址指令有12条，一地址指令有254条，则零地址指令的条数最多为（）
A.0 B.2 C.64 D.128
答案：D
先分析一下:
二地址指令占12（2*6=12）位地址空间，4位用来表示操作码，二地址指令有12条，那么剩余16-12=4条操作码扩展给一地址指令。
0000~1011 xxxx xxxx xxxx
一地址指令格式为，：
11xx xxxx xxxx xxxx，其中低6位为地址码，一地址指令有254条，那么一地址指令可表示的范围：
1100 0000 00xx xxxx~1111 1111 01xx xxxx
其中，00 0000 00~11 1111 01表示0~253，总共254条指令。剩余256-254=2条指令扩展给零地址指令。
1111 1111 1xxx xxxx，前9位固定，因为超过1111 1111 01xx xxxx，就是零地址能表示的范围了。剩余位为16-9=7。所以零地址指令的条数最多为2^7=128条。
当然可以直接用刚刚讲的公式：
二地址指令有12条，则剩余16-12=4种操作码给一地址指令，一地址指令有254条，4*2^6-254=2种操作码给零地址指令，所以零地址指令一共有2*2^6=128条。
还可以这么想：
地址码为6位，一条二地址指令会占用2^6条一地址指令的空间，一条一地址指令会占用2^6条零地址指令的空间。若全都是零地址指令，则最多有2^16条，减去一地址指令和二地址指令所占用的零地址指令空间，即2^16-254x2^6-12x2^6x2^6=128。
例题3：
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，每个地址字段为6位，则指令字长少应该是（）
A.24位 B.26位 C.28位 D.32位
分析：三地址指令有29条，需要至少5位操作码，最后会剩余：2^5=32 ，32-29=3种操作码扩展给二地址指令，而二地址额外多了6位操作码，所以数量最大达到3*2^6=192条。所以指令字长最少为5+6+12=23位。
又因为计算机按字节编址，需要8的倍数，所以指令字长至少为24位。
答案：Ass
