Kiến trúc Tập lệnh (ISA)

Kiến trúc Tập lệnh (Instruction Set Architecture)

• Phần cứng đa năng được thiết kế để chấp nhận các tập tín hiệu cụ thể hoặc các thao tác/hướng dẫn máy cụ thể.
• Tập hợp các hướng dẫn khác nhau mà bộ xử lý có thể thực hiện được gọi là tập lệnh của bộ xử lý.

Đặc điểm Hướng dẫn Máy (Machine Instructions)

• Các thành phần của Hướng dẫn Máy:
  • Mã thao tác (opcode)
  • Tham chiếu toán hạng nguồn
  • Tham chiếu toán hạng kết quả
  • Tham chiếu hướng dẫn tiếp theo
• Biểu diễn Hướng dẫn là một chuỗi các bit được chia thành các trường tương ứng với các phần tử cấu thành của hướng dẫn.
• Các loại hướng dẫn:
  • Xử lý dữ liệu (ví dụ: số học, hướng dẫn logic)
  • Lưu trữ dữ liệu (di chuyển dữ liệu vào hoặc ra khỏi thanh ghi và/hoặc vị trí bộ nhớ)
  • Di chuyển dữ liệu (hướng dẫn I/O)
  • Điều khiển (kiểm tra và hướng dẫn rẽ nhánh)
• Số lượng địa chỉ: Số lượng địa chỉ trong một hướng dẫn có thể được biểu diễn một cách rõ ràng hoặc ngầm định.
• Thiết kế Tập lệnh xem xét các yếu tố như số lượng và độ phức tạp của các thao tác, kiểu dữ liệu, định dạng hướng dẫn, số lượng thanh ghi của bộ xử lý và chế độ định địa chỉ.

Các Loại Toán hạng (Operands)

• Địa chỉ
• Số
  • Số nguyên nhị phân hoặc số dấu phẩy tĩnh nhị phân
  • Số dấu phẩy động nhị phân
  • Số thập phân
• Ký tự: ASCII; EBCDIC
• Dữ liệu logic

Các Thiết kế Được Xem xét (Instruction designs)

• Hướng dẫn dài hoặc ngắn
• Chiều dài cố định (giải mã dễ dàng với chiều dài cố định nhưng bị lãng phí)
• Tổ chức bộ nhớ (địa chỉ bit hoặc địa chỉ byte)
• Mã thao tác mở rộng hoặc không
• Chế độ định địa chỉ
• Thứ tự byte được lưu trữ trong các từ nhiều byte: little-endian hoặc big-endian

Thứ Tự Byte (Byte Order)

• Big-Endian: Byte quan trọng nhất (MSB) được lưu trữ ở địa chỉ thấp nhất.
• Little-Endian: Byte ít quan trọng nhất (LSB) được lưu trữ ở địa chỉ thấp nhất.

Lưu Trữ Hỗ Trợ Bên Trong CPU (Supporting storage inside CPU)

• Kiến trúc ngăn xếp
• Bộ tích lũy: một toán hạng ngầm định
• Thanh ghi đa năng (GPR)

Chế Độ Định Địa Chỉ (Addressing Mode)

• Định địa chỉ tức thời: Dữ liệu có trong hướng dẫn.
• Định địa chỉ trực tiếp: Toán hạng là địa chỉ của dữ liệu tham chiếu.
• Định địa chỉ gián tiếp: Toán hạng là địa chỉ của con trỏ trỏ đến dữ liệu tham chiếu.
• Định địa chỉ thanh ghi: Tên thanh ghi là một toán hạng.
• Định địa chỉ gián tiếp thanh ghi: Thanh ghi chứa con trỏ đến dữ liệu tham chiếu.
• Định địa chỉ dịch chuyển: Có hai toán hạng: một địa chỉ và một thanh ghi chứa độ lệch.
• Định địa chỉ cơ sở: Toán hạng đầu tiên chứa một độ lệch và thanh ghi chứa một con trỏ đến địa chỉ cơ sở; thanh ghi có thể là rõ ràng hoặc ngầm định.
• Định địa chỉ theo chỉ mục: Địa chỉ trong hướng dẫn là địa chỉ cơ sở và độ lệch nằm trong thanh ghi.
• Định địa chỉ ngăn xếp: Toán hạng nằm ngầm định ở trên cùng của ngăn xếp.
• Chế độ định địa chỉ nâng cao: Kết hợp hai chế độ định địa chỉ.

Các Chế Độ Định Địa Chỉ Cụ Thể (Specific Addressing Modes)

• Định địa chỉ tương đối: Một trường hợp định địa chỉ dịch chuyển sử dụng bộ đếm chương trình (PC).
• Truy cập mảng: Sử dụng địa chỉ truy cập = địa chỉ + độ lệch trong R, R++.