關於指令操做碼的優化的理解

    指令通常都是由兩部分組成：操做碼和操做地址。

    在計算機大量的指令當中有着「二·八」定則，指的是有着20%的指令在80%的時間裏重複使用着，而80%的指令只有20%的時間在使用着。

    那麼爲了提升計算機的工做效率，在指令的調用上，要想辦法把那20%的指令儘量的放在近的地方，而那剩下的指令能夠放在稍微遠一些的地方，所以，赫夫曼編碼出現了。

1.赫夫曼編碼

    赫夫曼（Huffman)編碼的基本思想：當各類事件發生的機率不均等時，可對發生機率高的事件用最短的位數（時間）來表示，而對於出現機率比較短的事件，則能夠用較長的位數（時間）來表示，從而使總的平均位數（時間）縮短。

 下面介紹一下關於赫夫曼編碼的方法。

    首先要先了解到赫夫曼編碼是從下往上的方法構建二叉樹。爾其本質就是排序的一種。

    當一串數列放在眼前，就須要對其排列，規則爲：永遠是數列裏面兩個最小的加在一塊兒後往上走，且兩數相加後如遇到等值數列，則放在其右邊。在赫夫曼樹中永遠是小的放在左邊而大的放在右邊，路徑爲左零右一。

    由一道例題來解釋說明

    【例題】某臺處理機的各條指令使用頻度以下表

指令	使用頻度	指令	使用頻度	指令	使用頻度
ADD	43%	JOM	6%	CIL	2%
SUB	13%	STO	5%	CLA	22%
JMP	7%	SHR	1%	STP	1%

如今對這個頻度表進行赫夫曼編碼

先對指令和使用頻度進行排序

從小到大爲：SHR 1%    STP 1%    CIL 2%    STO 5%    JOM 6%    JMP 7%    SUB 13%    CLA 22%    ADD 43%

先進行第一次排序，最小的兩個先相加

如今的排序是 CIL 2%  < 2%  < STO 5% < JOM 6% < JMP 7% < SUB 13% < CLA 22% < ADD 43%

加起來的值放在等值的右邊

如今的排列是    4% < STO 5% < JOM 6% < JMP 7% < SUB 13% < CLA 22% < ADD 43%

如今的排序是  JOM 6% < JMP 7% < 9% < SUB 13% < CLA 22% < ADD 43%

如今的排序是 9% < SUB 13% < 13% < CLA 22% < ADD 43%

如今的排序是 22% < 35% < ADD 43%

最終的結果爲

編碼爲  SHR 100010    STP 100011    CIL 10000    STO 1001    JOM 1100    JMP 1101    SUB 101    CIA 111    ADD 0

平均碼長 = 位長 * 使用頻度

 

2.等長擴展碼

    在早期的計算機上，爲了便於分級譯碼，通常採用等長擴展碼。常見的擴展碼有15/15/15或8/64/512。

    選用哪一種編碼方法取決於指令使用頻度的分部。若在頭15指令中值比較大，但在後30中指令中急劇減小，則應該選擇15/15/15；若值的頭8種指令中較大，以後64中指令也不過低，則使用8/64/512。

爲了方便理解，根據上面那道例題進行練習

因爲上面例題編碼不長，不用使用15/15/15

咱們使用3/3/3和2/7來討論

3/3/3編碼：

頻度最高的放在前面：

ADD 00    CIA 01    SUB 10    JMP 11 00    JOM 11 01    STO 11 10    CIL 11 11 00    STP 11 11 01    SHR 11 11 10

2/7編碼：

ADD 0 0    CIA 0 1    SUB 1 000    JMP 1 001    JOM 1 010    STO 1 011    CIL 1 100    STP 1 101    SHR 1 110

3.定長擴展碼

    隨着計算機存儲空間的日益增大，爲保證速度和下降譯碼複雜度，現不少計算機都採用了固定長度的操做碼，全部指令操做碼都是同一長度，這就是空間換時間的概念。

 

以上，不足之處請多多指正。