Jeu d'instructions
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Le jeu d'instructions est l'ensemble des opérations qu'un processeur d'ordinateur peut exécuter, c'est-à-dire l'ensemble des circuits logiques qui y sont câblés. Ces circuits permettent d'effectuer des opérations élémentaires (addition, ET logique…) ou plus complexes (division, passage en mode basse consommation…).
Chaque instruction machine est désignée par un code, dit « code-opération » et abrégé opcode, auquel peuvent être associées des opérandes. Une suite d'instructions et des opérandes, stockées dans la mémoire, forme un programme informatique. Chaque processeur, à son démarrage, commence à exécuter ses instructions à partir d'une adresse fixe spécifiée par le constructeur.
On distingue plusieurs familles de jeux d'instructions, selon la façon dont les instructions accèdent à leurs opérandes, leur codage et leur complexité.
Sommaire |
[modifier] Classes des jeux d'instructions
Les jeux d'instructions des processeurs diffèrent surtout dans la façon dont sont spécifiés les opérandes des instructions. Voici schématiquement représentées différentes classes.
Légende :
- Les registres, l'accumulateur ou la pile sont représentés dans les tons jaunes.
- La mémoire centrale est représentée dans les tons mauves.
- Le chemin de données (mode lecture) entre registres (ou l'accumulateur ou la pile) et l'Unité Arithmétique et Logique est en vert.
- Le chemin de données (mode écriture) entre la sortie de l'Unité Arithmétique et Logique et les registres (ou l'accumulateur ou la pile) est en bleu.
- Le chemin de données (mode lecture ou écriture) avec la mémoire est en violet.
[modifier] « 0 adresse »
Dans cette architecture, les instructions vont directement agir sur la pile. Les opérandes sont automatiquement chargés depuis le pointeur de pile (SP, Stack Pointer), et le résultat est à son tour empilé.
L'opération A = B + C sera traduite par la séquence suivante :
PUSH B ; Empile B PUSH C ; Empile C ADD ; Additionne B et C POP A ; Stocke le haut de la pile à l'adresse A et dépile
Ce type d'architecture a été utilisé dans les calculatrices HP fonctionnant en notation polonaise inversée (post-fixée), dans les machines Burroughs de la gamme B 5000 et les miniordinateurs Hewlett-Packard de la gamme HP 3000. Il est aussi utilisé pour le FPU des processeurs x86.
[modifier] « à accumulateur »
Sur une machine de ce type, historiquement ne disposant que d'un seul registre, appelé Accumulateur, tous les calculs se font implicitement sur celui-ci.
L'opération A = B + C sera traduite par la séquence suivante :
LOAD B ; copie le contenu de l'adresse B dans l'accumulateur
ADD C ; ajoute le contenu de l'adresse C avec le contenu de l'accumulateur, stocke le résultat dans
l'accumulateur
STORE A ; stocke la valeur de l'accumulateur à l'adresse A
[modifier] « une adresse, registre - mémoire »
Ici une instruction peut avoir comme opérande un ou plusieurs registres (typiquement un ou deux) et une adresse mémoire. L'exemple A = B + C peut donc être traduit par la séquence :
LOAD R0, B ; copie le contenu de l'adresse B dans le registre R0 ADD R1, R0, C ; R1 = R0 + C STORE R1, A ; stocke la valeur de R1 à l'adresse A
[modifier] « registre - registre »
Si les instructions ne peuvent avoir que des registres comme opérandes, il faut deux instructions, LOAD et STORE par exemple, pour respectivement charger un registre depuis une location mémoire et stocker le contenu d'un registre à une adresse donnée.
Le nombre de registres est un facteur important.
Les processeurs RISC actuels sont tous de ce type.
La séquence A = B + C sera traduite en :
LOAD R0, B ; charge B dans le registre R0 LOAD R1, C ; charge C dans le registre R1 ADD R2, R0, R1 ; R2 ← R0 + R1 STORE R2, A ; stocke R2 à l'adresse A
[modifier] « mémoire - mémoire »
Tous les opérandes d'une instruction sont des adresses mémoire. C'est par exemple le cas pour le superordinateur vectoriel CDC Cyber 205. Cette machine était le concurrent du Cray 1 qui lui devait charger les vecteurs dans des registres préalablement à chaque calcul.
Le VAX de DEC peut aussi être programmé de cette façon.
L'expression A = B + C :
ADD A, B, C ; Stocke a l'adresse A la somme B + C
[modifier] RISC et CISC
On distingue généralement jeu d'instructions complexe (CISC) et jeu d'instructions réduit (RISC).
[modifier] Liste
Parmi les jeux d'instructions principaux, des années 1980 à 2010 :
