Jednoduché architektury (ISA)

i8080 / Z80

Architektura mikroprocesoru Intel 8080 je velmi jednoduchá, s syntaxe jejích instrukcí se hodně podobá x86.

Architektura procesor Zilog Z80 je zpětně kompatibilní (naklonovaná) k 8080, ale má další instrukce navíc - tyto rozšíření nebudeme řešit.

• Datová šířka: 8bit, ale některé instrukce umí 16bit
• Šířka instrukce: 8bit + případné immedate operandy (8 nebo 16bit). Operační kód variabilní délky
• Architektura: Akumulátorová
• Registry: A,B,C,D,E,H,L (8bit) a PC,SP (16-bit)
  • A je akumulátor
  • registry H a L slouží dohromady (High a Low byte) jako 16bit adresa M pro práci s datovou pamětí
  • SP je stack pointer

Popis instrukcí: 8080instructions.pdf

Kódování instrukcí: Tabulka - je zde každá možná varianta každé instrukce v mřížce podle strojového kódu

Programátorská příručka: 8080 Programmers Manual.pdf - 91 stran, obsahuje kompletní informace o ISA. Nečíst, ale otevřít a podívat se na dokumentaci alespoň jedné instrukce, např. instrukcí typu JUMP na straně 37 dokumentu (tj. straně 31 původní knihy).

MIPS I

Verze I architektury MIPS je jednoduchá, ale výkonná ISA. Moderní varianty MIPS naleznete dnes např. v některých routerech, zejména MikroTik.

• Datová šířka: 32bit, novější verze 64bit
• Šířka instrukce: 32bit včetně operandů a 6bit operačního kódu
• Architektura: GPR load-store, 3 operandy
• Registry: $0 až $31, HI, LO (32bit)
  • $0 je při čtení vždy 0, a zápisy do něj se ztratí - to zjednodušuje instrukční sadu
  • HI, LO jsou speciální registry na specifické operace, e.g. dělení
  • Některé registry mají speciální jména a účely, e.g. $29 je $sp (stackpointer)

Popis instrukcí: MIPS_Instruction_Set.pdf

Prezentace o MIPS a o ISA obecně, o programování v assembleru, etc.: mips-isa.pdf

Programátorská příručka: MIPS Programmers Guide - 244 stran, koukněte např. na Computational instructions na straně 50 dokumentu (kapitola 5 strana 10 knihy).

RISC V

Moderní RISC architektura RISC-V vznikla nedávno jako free alternativa k ARM ISA. Konkrétní podoba architektury závisí na zvolených rozšířeních, od mikrokontrolerů (RV32I) až po procesory vhodné na desktop computing (Framework RISC-V mainboard má 4x RV64GCB)

• Datová šířka: 32 nebo 64bit
• Šířka instrukce: 32bit nebo volitelně 16bit
• Architektura: GPR load-store, 3 operandy
• Registry: x0-x31 (32bit)
  • Registr x0 je vždy 0
  • Některé registry mají speciální názvy a účely

Interaktivní simulátor: comparch.edu.cvut.cz

Cheatsheet instrukcí: RISCV_CARD.pdf

Reference: riscv-unprivileged.pdf - 670 stran, ale pro nás je podstatná pouze kapitola 2 - RV32I Base Integer Instruction Set - to je ~15 stránek velmi hezky formátované a srozumitelné dokumentace k nejdůležitějším instrukcím této ISA.