Instruction Set Architecture (ISA) definiert den Satz von Grundoperationen, die ein Computer unterstützen muss. Dazu gehören funktionale Definitionen von Operationen und genaue Beschreibungen, wie sie aufgerufen werden und wie man auf sie zugreifen kann. Eine ISA ist unabhängig von der Mikroarchitektur, die sich auf die Implementierung einer ISA in einem Prozessor bezieht. Eine einzelne ISA kann verschiedene Mikroarchitektur-Implementierungen haben.
Ein ISA enthält in der Regel Befehle für Datenverarbeitung und Speicheroperationen, arithmetische und logische Operationen, Control Flow Operationen und Coprozessor Instruktionen.
EIN ISA definiert auch die maximale Bitlänge für alle Befehle sowie die Art und Weise, wie ein Befehl kodiert wird. Durch die Definition eines ISA können Hardware- und Softwareentwicklung voneinander getrennt werden. So kann ein Unternehmen Hardware entwickeln, während mehrere andere Unternehmen Software entwickeln können, von der sie wissen, dass sie auf dieser Hardware läuft.
Es gibt zwei Hauptkategorien von ISA: CISC und RISC. Complex Instruction Set Computer (CISC) enthalten viele spezielle Befehle, die für bestimmte Programme nützlich sind, aber nicht universell. Ein CISC-Programm verwendet in der Regel weniger Befehle, aber jeder Befehl benötigt mehr Zyklen.
Reduced Instruction Set Computer (Reduced Instruction Set Computer, RISC) haben einen kleineren, optimierten Satz allgemeiner, einfacher Befehle mit separaten Befehlen für das Laden/Speichern. Ein RISC-Programm verwendet in der Regel eine größere Anzahl von Befehlen, aber jeder Befehl benötigt einen Taktzyklus. Weitere charakteristische Merkmale von RISC-Prozessoren sind die gleichzeitige Ausführung von Teilen durch Pipelining und eine große Anzahl von Registern.
Der Begriff CISC wurde erst später geprägt und bezog sich im Allgemeinen auf alles, was nicht RISC war.
VLIW-Architekturen (very Long Instruction Word) unterteilen die Befehle in grundlegende Operationen, die vom Prozessor parallel ausgeführt werden können, was als Parallelität auf Befehlsebene (ILP) bezeichnet wird. Jeder VLIW-Befehl kodiert mehrere Operationen und die Methode stützt sich auf den Compiler, um zu bestimmen, welche Operationen parallel ausgeführt werden können. Ziel ist es, die Hardwarekomplexität zu verringern, indem Prozessoren verwendet werden, die über eine einfache Steuerlogik verfügen, da sie keine dynamische Planung oder Umordnung von Operationen vornehmen.
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