ISA(Instruction Set Architecture)

Arquitectura del conjunto de instrucciones

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Instruction Set Architecture (ISA)

Arquitectura del conjunto de instrucciones

Conjunto de instrucciones

software

hardware

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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.

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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

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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).

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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.

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Abstracción

Bajando el nivel de abstracción revela otras informaciones

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

00000000101000010000000000011000000000001000111000011000001000011000110001100010000000000000000010001100111100100000000000000100101011001111001000000000000000001010110001100010000000000000010000000011111000000000000000001000

Binary machinelanguageprogram(for MIPS)

C compiler

Assembler

Assemblylanguageprogram(for MIPS)

High-levellanguageprogram(in C)

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Ejemplo ampliadoswap(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

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InstruccionesPor 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, $s2El opcode es “add” (suma)

Tienen operandos: 0, 1, 2 o 3.La instrucción de arriba tiene 3 operandos.Significa s0 = s1 + s2

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InstruccionesDos opciones de direccionamiento:

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

addLa instrucción saca (pop) dos valores

de la pila, hace la suma y deja (push) el resultado en la pila.

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InstruccionesExplícito. Las direcciones vienen en

los operandos.Ejemplo de MIPS:

add $s0, $s1, $s2Dos operandos fuentes: s1 y s2Un operando destino: s0s0 = s1 + s2

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Organización de la memoriaSe puede ver como un vector (arreglo de una

dimensión).Una dirección de memoria es un índice del

vector.0

1

2

3

4

5

Datos

Datos

Datos

Datos

Datos

Datos

...

Con n bits, se puede direccionarhasta 2n – 1 datos

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Organización de la memoriaAlineación. 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.

0

4

8

12

...

Datos 32 bits

Datos 32 bits

Datos 32 bits

Datos 32 bits

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Organización de la memoriaHay 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.

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Big-endian/Little-endianEjemplo: guardar la palabra de 4 bytes

1234567816 en la dirección 1000.

0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000

Byte mas significativo Byte menos significativo

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Big-endian

0001 0010

0011 0100

0101 0110

0111 1000

Byte mas significativo

Byte menos significativo

1000

1001

1002

1003

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Little-endian

0111 1000

0101 0110

0011 0100

0001 0010

Byte menos significativo

Byte mas significativo

1000

1001

1002

1003

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Big-endian/Little-endianIntel x86 es little-endian.Sun SPARC es big-endian.

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Instrucciones típicasAritméticas: 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.