¿Qué es un conjunto de instrucciones?
Un conjunto de instrucciones es un grupo de comandos para una unidad central de procesamiento (CPU) en lenguaje máquina. El término puede referirse a todas las instrucciones posibles para una CPU o un subconjunto de instrucciones para mejorar su rendimiento en determinadas situaciones.
Todas las CPUs tienen conjuntos de instrucciones que habilitan comandos que dirigen a la CPU para cambiar los transistores relevantes. Las instrucciones le dicen a la CPU que realice tareas. Algunas instrucciones son comandos simples de lectura, escritura y movimiento que dirigen datos a diferentes elementos de hardware.
Las instrucciones se componen de un número específico de bits. Por ejemplo, las instrucciones de la CPU pueden ser de 8 bits, donde los primeros 4 bits constituyen el código de operación que le indica a la computadora qué hacer. Los siguientes 4 bits son el operando, que le dice a la computadora los datos que deben usarse.
La longitud de un conjunto de instrucciones puede variar desde tan solo 4 bits hasta muchos cientos. Las diferentes instrucciones en algunas arquitecturas de conjuntos de instrucciones (ISA) tienen diferentes longitudes. Otras ISAs tienen instrucciones de longitud fija.
¿Cuáles son algunos tipos de conjuntos de instrucciones?
Los distintos tipos de conjuntos de instrucciones incluyen los siguientes:
- Ordenador de conjunto de instrucciones complejas (CISC). Los procesadores CISC tienen una capa adicional de microcódigo o microprogramación donde las instrucciones actúan como pequeños programas. Las instrucciones programables se almacenan en una memoria rápida y se pueden actualizar. Se incluyen más instrucciones en los conjuntos de instrucciones CISC que en otros tipos de conjuntos de instrucciones. Una sola instrucción puede iniciar múltiples acciones por parte de la computadora, como un solo comando de adición que inicia múltiples instrucciones de carga y almacenamiento de acceso a la memoria.
- Ordenador de conjunto de instrucciones reducido (RISC). La arquitectura RISC tiene control por cable. No requiere microcódigo, pero tiene un mayor conjunto de instrucciones base. RISC también utiliza un conjunto de instrucciones más pequeño y compacto con un formato de instrucción fijo. Los procesadores RISC están diseñados para procesar con mayor rapidez y eficacia.
- Conjuntos de instrucciones de mejora. Estos tipos de instrucciones son más familiares porque se utilizan a menudo en la comercialización de CPU. Ejemplos de esto se remontan al Intel Pentium de 166 megahercios con tecnologías MultiMedia Extensions (MMX). Se introdujo en 1996 y se comercializó con un rendimiento multimedia mejorado de la CPU Intel. MMX se refiere al conjunto de instrucciones extendido.
¿Por qué son importantes los conjuntos de instrucciones?
La ISA es fundamental para construir computadoras rápidas y eficientes que optimicen la memoria y los recursos de procesamiento. Especifica las siguientes capacidades admitidas:
- instrucciones
- tipos de datos
- registros del procesador
- hardware de memoria principal
- modelo de entrada/salida
- modos de direccionamiento
Los programadores e ingenieros de sistemas confían en la ISA para saber cómo programar las distintas actividades.
Los conjuntos de instrucciones funcionan con otras partes importantes de una computadora, como compiladores e intérpretes. Esos componentes traducen código de programación de alto nivel en código máquina que el procesador puede entender.
Piense en la ISA como la puerta de entrada de un programador al funcionamiento interno de una computadora. Es esencial cuando se trabaja con desarrollo de aplicaciones, lenguaje ensamblador y compiladores. Establece las reglas para la interfaz de hardware y software, define lo que hace la CPU y garantiza la compatibilidad.
¿Cómo se utilizan los comandos del conjunto de instrucciones?
Las siguientes son tres formas principales en que se utilizan los comandos del conjunto de instrucciones:
- Manejo de datos y gestión de memoria. Los comandos del conjunto de instrucciones se utilizan para configurar un registro en un valor específico, copiar datos de la memoria a un registro o viceversa, y leer y escribir datos.
- Operaciones y actividades aritméticas y lógicas. Estos comandos incluyen sumar, restar, multiplicar, dividir y comparar, que examina valores en dos registros para ver si uno es mayor o menor que el otro.
- Controlar el flujo de actividades. Un ejemplo es la rama, que indica al sistema que vaya a otra ubicación y ejecute comandos allí. Otro es el salto, que se mueve a una ubicación o dirección de memoria específica.