一台模型机共有7条指令，主频25MHz，各指令的使用频度与CPI如下表所示，该机有8位和16位两种指令字长，采用2-4扩展操作码。8位字长指令为寄存器-寄存器(R-R)二地址类型，16位字长指令为寄存器一存储器(R-M)二地址变址类型(地址码范围在—128～127之间)。
(1)计算该机的MIPS速率。
(2)计算操作码的平均码长。
(3)设计该机的两种指令格式，标出各字段位数并给出操作码编码。
(4)该机允许使用多少个可编址的通用寄存器，多少个变址寄存器
(5)如何计算存储器有效地址
| 指令字长 | 使用频率 | 执行一条指令的周期数CPI |
| I1(8位) | 35% | 1 |
| I2(8位) | 25% | 2 |
| I3(8位) | 20% | 2 |
| I4(16位) | 10% | 2 |
| I5(16位) | 5% | 1 |
| I6(16位) | 3% | 2 |
| I7(16位) | 2% | 2 |
参考答案：[解答] (1)根据各条指令的CPI，求出平均CPI。
平均CPI=0.35×1+0.25×2+0.20×2+0.10×2+0.05×1+0.03×2+0.01×2=1.6速率=主频/平均CPI=25MHz/1.6=15.6MIPS
(2)操作码的平均长度=2×(0.35+0.25+0.2)+4×(0.10+0.05+O.03+0.02)=2.4位
(3)该机的指令格式如下图所示。
7条指令的操作码分别为 I1：00
I2：01
I3：10
I4：1100
I5：1101
I6：1110
I7：1111
(4)根据指令格式，8位R-R型指令，操作码占2位，两个通用寄存器编号字段各占3位，允许8个通用寄存器。16位R-M型指令，操作码占4位，地址码字段占8位，一个通用寄存器编号字段占3位，变址寄存器编号仅1位，允许2个变址寄存器。
(5)存储器有效地址EA=(X)+A，有效地址的位数取决于变址寄存器的长度。
解析： 该模型机采用2-4扩展操作码，即操作码分为2位和4位两种，其中8位字长的R-R型指令采用短码，16位字长的R-M型指令采用长码。
[归纳总结] 此题涉及的知识点较多，包括指令的CPI、计算机的运算速度等计算机的性能指标以及指令系统中扩展操作码的编码、操作码的平均码长、指令格式等概念。
CPI是指每条指令执行所用的时钟周期数。平均
操作码的平均码长
，其中Pi是指令使用频率，ιi是操作码的位数。