Conjuntos de instrucciones (ISA)

El ISA (Instruction Set Architecture) es el conjunto de instrucciones que un microprocesador entiende y puede ejecutar. Es como el idioma nativo del procesador: todos los programas, sin importar en qué lenguaje de alto nivel se escriban (C, Java, Python…), terminan convirtiéndose en estas instrucciones básicas.

1. ¿Qué es una instrucción? #

Una instrucción es una orden muy simple que el procesador ejecuta en pocos ciclos de reloj. Ejemplos:

• Sumar dos números.
• Mover un dato de la memoria a un registro.
• Saltar a otra parte del programa.

Una instrucción se compone de:

• Opcode (Operation Code): qué operación hacer (ej. ADD, MOV).
• Operandos: sobre qué datos hacer la operación (ej. registros, memoria, constantes).

2. Modos de direccionamiento #

Los modos de direccionamiento indican cómo se localizan los datos que usa una instrucción.

Algunos ejemplos:

1. Inmediato: el dato está dentro de la propia instrucción.

   MOV A, 5   ; Mueve el valor 5 al registro A

2. Directo: la instrucción indica la dirección de memoria.

   MOV A, [1000h]   ; Copia el contenido de la dirección 1000h al registro A

3. Indirecto: el dato está en la dirección que contiene un registro.

   MOV A, [BX]   ; Copia el contenido de la dirección apuntada por BX

4. Indexado: se usa un registro base + un desplazamiento.

   MOV A, [BX+4]   ; Copia el contenido de la dirección BX+4

5. Relativo: se usa para saltos condicionales, sumando un desplazamiento a la dirección actual del programa.

👉 Gracias a estos modos, el procesador puede trabajar con datos inmediatos, posiciones fijas o direcciones dinámicas.

3. Tipos de instrucciones #

En cualquier ISA se pueden agrupar en varias categorías:

1. De transferencia de datos

   • Mover datos entre registros o entre memoria y registros.
   • Ejemplo: MOV A, B

2. Aritméticas y lógicas

   • Operaciones matemáticas o de lógica booleana.

   • Ejemplos:

     • ADD A, B → A = A + B
     • SUB A, B → A = A - B
     • AND A, B → A = A AND B

3. De control de flujo

   • Permiten alterar el orden secuencial del programa.

   • Ejemplos:

     • JMP etiqueta → salto incondicional.
     • JZ etiqueta → salto si el resultado fue cero.

4. De entrada/salida

   • Interactúan con dispositivos externos.
   • Ejemplo en x86: IN AL, 60h (lee del puerto 60h).

5. Especiales / de sistema

   • Manejo de interrupciones, configuración, gestión de memoria.

4. Ejemplos de ISAs modernas #

• x86 / x64 (Intel, AMD): Muy completo y complejo (CISC). Compatible con décadas de software.
• ARM (RISC): Instrucciones simples, optimizadas para bajo consumo y móviles.
• RISC-V: ISA abierta y modular, cualquiera puede extenderla o adaptarla.
• MIPS, SPARC, PowerPC: Ejemplos históricos de arquitecturas RISC que influyeron en el diseño moderno.

5. Ejemplo práctico #

Código en ensamblador x86 para sumar dos números:

1MOV AX, 5      ; Carga el valor 5 en el registro AX
2MOV BX, 3      ; Carga el valor 3 en el registro BX
3ADD AX, BX     ; Suma AX + BX y guarda el resultado en AX
4; Resultado: AX = 8

En C, esto sería simplemente:

1int ax = 5;
2int bx = 3;
3ax = ax + bx;   // ax = 8

👉 El compilador traduce el C a instrucciones ISA.