Instruction set

L'instruction set, in informatica ed elettronica, è l'insieme di istruzioni macchina che descrive quegli aspetti, visibili a basso livello al programmatore, dell'architettura di un calcolatore, definita in inglese come Instruction Set Architecture o in acronimo ISA. L'espressione è a volte usata anche per distinguere l'insieme suddetto di caratteristiche dalla microarchitettura che è l'insieme di tecniche di progettazione utilizzate per implementare l'insieme di istruzioni (tra cui microcodice, pipeline, sistemi di cache e così via).

Descrizione

Si tratta di fatto dell'insieme di istruzioni base che il processore può compiere e che costituiscono dunque il suo linguaggio macchina, a partire dal quale vengono scritti i relativi programmi nei vari linguaggi di programmazione a più alto livello di astrazione. Computers con microarchitetture differenti possono condividere lo stesso instruction set. Ad esempio, l'Intel Pentium e l'AMD Athlon implementano versioni quasi identiche dell'instruction set x86, pur essendo al loro interno totalmente diversi. Tra i dati nativamente disponibili ci sono le istruzioni, i registri, le modalità di indirizzamento, l'architettura della memoria, la gestione degli interrupt e delle eccezioni, e l'eventuale I/O esterno.

Un'ISA è una specifica dell'insieme di tutti quei codici binari (opcode) che rappresentano i comandi implementati nativamente da un particolare design di CPU. L'insieme degli opcode di una specifica ISA è detto anche linguaggio macchina della ISA. Una ISA può anche essere emulata da un interprete software. Poiché l'emulatore deve effettuare una traduzione da una ISA ad una ISA differente, questa soluzione è in generale più lenta rispetto ad una ISA implementata in hardware. Presso i produttori di nuove ISA o microarchitetture, è pratica comune al giorno d'oggi quella di rendere disponibili emulatori agli sviluppatori di software prima che sia pronta l'implementazione hardware.

Tipologie

I diversi ISA possono essere divisi in due grandi gruppi: i RISC (Reduced Instruction Set Computer) e i CISC (Complex Instruction Set Computer). Il primo gruppo tende ad avere operazioni semplici e veloci, con grande abbondanza di registri per memorizzare i risultati intermedi. Il secondo mette a disposizione del programmatore istruzioni più complesse, che a volte mimano quelle dei linguaggi di livello più alto (ad esempio, la copia di stringhe nei processori x86). In entrambi i casi, i migliori set di istruzioni tendono ad essere quelli cosiddetti ortogonali, dove i diversi metodi di indirizzamento e i diversi registri possono essere usati indifferentemente in tutte le istruzioni. Famosi set di istruzioni ortogonali sono quelli del Motorola 68000 (CISC) e del MIPS (RISC). L'ISA dei processori Intel x86 era originariamente ben poco ortogonale, ed è andata via via migliorando.

La distinzione tra set di istruzioni RISC e CISC è oggi un po' sfumata, perché la maggior parte dei processori consumer sono oggi dei CRISP, cioè un misto fra i due. Inoltre, alcuni processori traducono l'ISA originale in un set di istruzioni interno, per ragioni diverse e con modalità diverse:

• nel caso dell'Intel Pentium 4 e dell'AMD Athlon, è per liberarsi dalle limitazioni causate da un'ISA retrocompatibile ormai arcaica, e la conversione è eseguita direttamente da hardware dedicato che effettua la necessaria decodifica;
• nel caso dei processori Transmeta, è per poter "tradurre" ISA di altri processori esistenti come se fossero proprie, e la traduzione è fatta da qualcosa di concettualmente molto simile a routine firmware (denominate microcodice) memorizzate in un'area ROM ricavata sul silicio del microprocessore.

Esempi

• Alpha AXP
• ARM
• IA-64
• MIPS
• Motorola 68000
• PA-RISC
• POWER
• PowerPC
• SPARC
• SuperH
• IBM System/360
• VAX
• x86
• p-code
• Java Virtual Machine
• LLVM IR

Voci correlate

• Complex instruction set computer
• Reduced instruction set computer
• Streaming SIMD Extensions
• CUDA
• Architettura dei calcolatori

Altri progetti

Altri progetti

• Wikibooks
• Wikizionario

• Wikibooks contiene testi o manuali sull'Instruction set
• Wikizionario contiene il lemma di dizionario «Instruction set»

Collegamenti esterni

• (EN) Opere riguardanti instruction set, su Open Library, Internet Archive.
• (EN) Instruction set, in Free On-line Dictionary of Computing, Denis Howe. Disponibile con licenza GFDL