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CAPÍTULO 3
INSTRUCCIONES: LENGUAJE DE MÁQUINA


1. Introducción

Para comandar el hardware de un computador, se debe hablar su lenguaje. Las palabras de un lenguaje de máquina se denominan instrucciones, y su vocabulario es llamado repertorio de instrucciones. En este capítulo se verá el repertorio de instrucciones de un computador real, en dos formas, escrito por humanos y en la formaleída por la máquina.

Se puede pensar que los lenguajes de máquina serían tan diversos como aquellos de los humanos, pero realmente los lenguajes de máquina son similares, más a dialectos regionales que a lenguas independientes. Así, una vez que se aprende uno, es fácil entender otro. Esta similitud ocurre debido a que todos los computadores son construidos basados en hardware que usan los mismosprincipios tecnológicos y porque hay unas pocas operaciones básicas que todas las máquinas deben proveer.

Por otra parte, los diseñadores de computadores tienen un fin común: encontrar un lenguaje que haga fácil construir el hardware y el compilador mientras maximiza el desempeño y minimiza el costo.

En este curso se elige el repertorio de instrucciones del procesador MIPS usado por NEC,Nintendo, SiliconGraphics y Sony, entre otros

2. Operaciones del Hardware de los computadores

Todo computador debe ser capaz de realizar operaciones aritméticas.
Todas las instrucciones aritméticas tienen 3 operandos.
El orden de los operandos es fijo, primero el destino.
Los operandos son registros.

La notación del lenguaje ensamblador de MIPS

add a, b, c

instruye al computador paraque sume el contenido de los registros b y c y el resultado lo ponga en el registro a.


Si se desea sumar b, c, d y e y poner el resultado en a se tendría la siguiente secuencia:

add a, b, c # la suma de b y c es colocada en a
add a, a, d # la suma de b, c y d está ahora en a
add a, a, e # la suma de b, c, d y e está ahora en a

Como cada instrucción tiene exactamente 3operandos, ni uno más ni uno menos, concuerda con la filosofía de mantener un hardware simple: el hardware para un número variable de operandos es más complicado que el hardware para un número fijo.

Principio de diseño: La simplicidad favorece la regularidad
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Ejemplo 3-1

Este segmento de un programa Ccontiene 5 variables a, b, c, d, y e:

a = b + c;
d = a – e;

La traducción desde C a Lenguaje ensamblador de MIPS es realizada por el compilador. Muestre el código MIPS producido por un compilador C.

Solución:

Una instrucción MIPS opera sobre dos operandos fuentes y pone el resultado en un operando destino. Así las dos simples sentencias C se compilan directamente en estas dos instrucciones:add a, b, c
sub d, a, e

Categoría
Instrucción
Ejemplo
Significado
Comentario
Aritmética
add
add a, b, c
a = b + c
Siempre tres operandos

sub
sub a, b, c
a = b - c
Siempre tres operandos

Fig. 3-1 Ejemplo de dos instrucciones aritméticas


3. Operandos del hardware del computador

Los operandos de las instrucciones aritméticas no pueden ser cualquier variable, debenestar en un número limitado de localizaciones llamadas registros. Los registro son los ladrillos que construyen el computador.

El tamaño de los registros en la arquitectura MIPS es de 32 bits. Un grupo de 32 bits frecuentemente son llamados palabra.

En los actuales MIPS se dispone de un total de 32 registros.
Entonces existe la restricción de que los tres operandos de las instruccionesaritméticas MIPS deben ser elegidos desde 32 registros de 32 bits.

Principio de diseño: Más pequeño más rápido.

Esto se debe a que si hay un número muy grande de registros, aumentará el tiempo de ciclo de reloj simplemente porque las señales electrónicas toman más tiempo para viajar más lejos.


La figura 3-2 muestra una tabla con la denominación de los 32 registros, nombre y número, además...