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ISA (Instruction Set Architecture). Arquitectura del conjunto de instrucciones. Instruction Set Architecture (ISA ) Arquitectura del conjunto de instrucciones. software. Conjunto de instrucciones. hardware. Modelo de von Neumann. - Las instrucciones y los datos están en la misma memoria.

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isa instruction set architecture

ISA(Instruction Set Architecture)

Arquitectura del conjunto de instrucciones

slide2

Instruction Set Architecture (ISA)

Arquitectura del conjunto de instrucciones

software

Conjunto de instrucciones

hardware

Arquitectura de Computadoras

modelo de von neumann
Modelo de von Neumann

- Las instrucciones y los datos están en la misma memoria.

- Las instrucciones son leídas de la memoria y ejecutadas en la unidad de procesamiento (CPU), una a una.

- Las instrucciones son almacenadas en la misma secuencia de ejecución.

- La unidad de control es responsable del control de la lectura y ejecución de las instrucciones.

Arquitectura de Computadoras

instruction set architecture isa
Instruction Set Architecture (ISA)

¿Qué es un conjunto de instrucciones?

  • La frontera entre el hardware y el software
  • Cada instrucción es directamente ejecutada por el hardware

Arquitectura de Computadoras

instruction set architecture isa1
Instruction Set Architecture (ISA)

¿Cómo se representa?

  • Con un formato binario. El hardware solo entiende bits.
  • Los objetos físicos son bits, bytes, palabras (words).
  • Tamaño típico de palabra: 4 u 8 bytes (32 o 64 bits).

Arquitectura de Computadoras

instruction set architecture isa2
Instruction Set Architecture (ISA)

Dos opciones de tamaño de las instrucciones:

  • Fijo. Cada instrucción ocupa el mismo número de bytes.
  • Variable. Cada instrucción ocupa distintos números de bytes.

Arquitectura de Computadoras

slide7

Abstracción

Bajando el nivel de abstracción revela otras informaciones

Arquitectura de Computadoras

slide8

Ejemplo ampliado

swap(int v[], int k)

{ int temp;

temp = v[k]

v[k] = v[k+1];

v[k+1] = temp;

}

swap:

muli $2, $5, 4

add $2, $4, $2

lw $15, 0($2)

lw $16, 4($2)

sw $16, 0($2)

sw $15, 4($2)

jr $31

Arquitectura de Computadoras

instrucciones
Instrucciones
  • Por lo general son operaciones simples que pueden ser ejecutadas directamente por el hardware.
  • Se identifican por un opcode (código de operación).
    • Ejemplo de MIPS:

add $s0, $s1, $s2

    • El opcode es “add” (suma)
  • Tienen operandos: 0, 1, 2 o 3.
    • La instrucción de arriba tiene 3 operandos.
    • Significa s0 = s1 + s2

Arquitectura de Computadoras

instrucciones1
Instrucciones

Dos opciones de direccionamiento:

  • Implícito. El opcode implica la dirección de los operandos.
    • Ejemplo en una máquina de pila (stack)

add

    • La instrucción saca (pop) dos valores de la pila, hace la suma y deja (push) el resultado en la pila.

Arquitectura de Computadoras

instrucciones2
Instrucciones
  • Explícito. Las direcciones vienen en los operandos.
    • Ejemplo de MIPS:

add $s0, $s1, $s2

    • Dos operandos fuentes: s1 y s2
    • Un operando destino: s0
    • s0 = s1 + s2

Arquitectura de Computadoras

organizaci n de la memoria

0

Datos

1

Datos

2

Datos

3

Datos

4

Datos

5

Datos

...

Organización de la memoria
  • Se puede ver como un vector (arreglo de una dimensión).
  • Una dirección de memoria es un índice del vector.

Con n bits, se puede direccionar

hasta 2n – 1 datos

Arquitectura de Computadoras

organizaci n de la memoria1

0

Datos 32 bits

4

Datos 32 bits

8

Datos 32 bits

12

Datos 32 bits

...

Organización de la memoria
  • Alineación. La dirección de una palabra en memoria comienza en un múltiplo del número de bytes que ocupa una palabra.
  • Ejemplo de memoria con palabras alineadas de 4 bytes.

Arquitectura de Computadoras

organizaci n de la memoria2
Organización de la memoria
  • Hay dos formas de guardar una palabra multi-byte en memoria:
    • Big-endian. El byte mas significativo se guarda en la dirección mas baja.
    • Little-endian. El byte menos significativo se guarda en la dirección mas baja.

Arquitectura de Computadoras

big endian little endian

0001 0010

0011 0100

0101 0110

0111 1000

Byte mas significativo

Byte menos significativo

Big-endian/Little-endian
  • Ejemplo: guardar la palabra de 4 bytes 1234567816 en la dirección 1000.

Arquitectura de Computadoras

big endian

Byte mas significativo

0001 0010

1000

0011 0100

1001

1002

0101 0110

0111 1000

Byte menos significativo

1003

Big-endian

Arquitectura de Computadoras

little endian

Byte menos significativo

0111 1000

1000

0101 0110

1001

1002

0011 0100

0001 0010

Byte mas significativo

1003

Little-endian

Arquitectura de Computadoras

big endian little endian1
Big-endian/Little-endian
  • Intel x86 es little-endian.
  • Sun SPARC es big-endian.

Arquitectura de Computadoras

instrucciones t picas
Instrucciones típicas
  • Aritméticas: suma (add), resta (sub), multiplicación (mul), división (div).
  • Lógicas: and, or, xor, not.
  • Movimiento de datos: copia (copy), carga (load), guarda (store), mueve (move).
  • Control: brinca (jump), brinca condicional (jump if), llama subrutina (call), regresa de subrutina (ret).
  • Sistema: llamadas a funciones del sistema operativo.

Arquitectura de Computadoras