A arquitetura do conjunto de instruções define, além de todo o conjunto de instruções disponíveis, a forma como essas instruções podem ser usadas, bem como a disposição de outros elementos da arquitetura, como endereçamentos dos registradores e quais são os registradores disponíveis.
Instruções
As instruções são representadas por uma sequência de bits, que é dividida em campos representando os elementos da instrução. Geralmente uma instrução é composta pelo código da operação a ser realizada e as referências (endereços dos registradores) dos operandos.
Existem alguns tipos básicos de instruções:
- Processamento de dados: instruções aritméticas e lógicas
- Armazenamento de dados: instruções de memória
- Movimentação de dados: instruções de entrada e saída
- Controle: instruções de teste e de desvio do fluxo de dados
Tipos de ISA
Os diferentes tipos de ISAs são separados de acordo com o armazenamento dos operandos das instruções:
- Pilha (Stack): Implicitamente, os operandos estão no topo de uma pilha
- Acumulador: Implicitamente, um operando é o acumulador, e o outro é referenciado explicitamente
- Registradores: Todos os operandos são referenciados explicitamente (memória e/ou registrador)
Números de endereços
O número de endereços ao descrever operações pode variar principalmente dependendo do tipo de ISA.
| Número de endereços | Representação simbólica | Interpretação |
|---|---|---|
| 3 | OP A, B, C | A ← B OP C |
| 2 | OP A, B | A ← A OP B |
| 1 | OP A | AC ← AC OP A |
| 0 | OP | T ← (T-1) OP T |
AC = acumulador
T = topo da pilha
A, B, C = registrador ou posição de memória
Tipos de instruções
Dada as diferentes formas de endereçamento, surgem também diferentes tipos de instruções.
| Tipo | Operadores |
|---|---|
| Aritmética e Lógica | Integer add, subtract, multiply, divide, and, or, … |
| Transferência de Dados | Load and store |
| Control Flow | Branch, jump, procedure call and return, traps |
| Sistema | Chamadas primitivas do S.O |
| Ponto Flutuante | Add, multiply, divide, compare |
| String | String compare, string search |
| Graphics | Pixel and vertex operations, compression/decompression operations |
A maioria dessas instruções são autoexplicativas, e podemos ter um entendimento intuitivo de como elas - pelo menos em um nível elevado de abstração - funcionam.
Control Flow
As instruções de controle de fluxo são particularmente interessantes pois manipulam o PC (Program Counter), dessa forma é possível alterar o fluxo das instruções, criar laços de repetição e outras estruturas de controle interessantes.
Por padrão da maioria das ISAs após a execução de uma instrução o PC é incrementado para buscar a próxima instrução, isso pode ser chamado de:
- Branch quando for condicional
- Jump quando não for condicional
Existem 4 tipos de instruções de controle de fluxo:
Conditional Branches (Desvios condicionais)
Um dos operandos é o endereço da próxima instrução a ser executada. Caso a condição seja satisfeita o PC é atualizado com o endereço especificado no operando, caso contrário ele é incrementado normalmente.
Jumps (Desvios)
Esse tipo de instrução simplesmente recebe um operando como endereço da próxima instrução e atualiza o PC para que essa instrução seja a próxima a ser executada, após isso o PC é incrementado a partir da nova instrução.
Procedure calls (Chamadas de procedimentos)
Com esse tipo de instrução é possível invocar (chamar) um subprograma (procedimento) para ser executado. No momento da chamada o PC é atualizado com o ínicio (primeira instrução) do procedimento, após executar todo o procedimento ocorre o retorno da execução para o endereço em que ocorreu a chamada.
Procedure returns (Retorno de procedimentos)
Esse tipo de instrução permite que um endereço de retorno seja armazenado no momento da chamada de um procedimento, para que então após a execução do procedimento a execução do programa retorne para o endereço armazenado.