Codice macchina

Il codice macchina può essere scritto in diverse forme:

• Utilizzando un certo numero di interruttori. Questo genera una sequenza di 1 e 0. Questo era usato nei primi giorni dell'informatica. Dagli anni '70, non è più utilizzato.
• Utilizzando un editorHex. Questo permette di usare gli opcodes invece del numero del comando.
• Usare un assemblatore. I linguaggi assembly sono più semplici degli opcodes. La loro sintassi è più facile da capire del linguaggio macchina ma più difficile dei linguaggi di alto livello. L'assemblatore tradurrà il codice sorgente in codice macchina da solo.
• L'uso di un linguaggio di programmazione di alto livello permette ai programmi di usare un codice più facile da leggere e scrivere. Questi programmi sono tradotti in codice macchina. La traduzione può avvenire in molti passi. I programmi Java sono prima ottimizzati in bytecode. Poi viene tradotto in linguaggio macchina quando viene usato.

Ci sono molti tipi di istruzioni che si trovano di solito in un set di istruzioni:

• Operazioni aritmetiche: Addizione, sottrazione, moltiplicazione, divisione.
• Operazioni logiche: Congiunzione, disgiunzione, negazione.
• Operazioni che agiscono su singoli bit: Spostamento di bit a sinistra o a destra.
• Operazioni che agiscono sulla memoria: copiare un valore da un registro a un altro.
• Operazioni che confrontano due valori: maggiore di, minore di, uguale.
• Operazioni che combinano altre operazioni: aggiungere, confrontare e copiare se è uguale a qualche valore (come una sola operazione), saltare a qualche punto del programma se un registro è zero.
• Operazioni che agiscono sul flusso del programma: saltare a qualche indirizzo.
• Operazioni che convertono tipi di dati: ad esempio, convertire un intero a 32 bit in un intero a 64 bit, convertire un valore in virgola mobile in un intero (troncando).

Molti processori moderni usano il microcodice per alcuni comandi. I comandi più complessi tendono ad usarlo. Questo viene fatto spesso con le architetture CISC.

Ogni processore o famiglia di processori ha il suo set di istruzioni. Le istruzioni sono schemi di bit che corrispondono a diversi comandi che possono essere dati alla macchina. Così, il set di istruzioni è specifico per una classe di processori che utilizzano (per lo più) la stessa architettura.

I progetti di processori più recenti spesso includono tutte le istruzioni di un predecessore e possono aggiungere ulteriori istruzioni. A volte, un design più recente interrompe o altera il significato di un codice di istruzione (tipicamente perché è necessario per nuovi scopi), influenzando la compatibilità del codice; anche processori quasi completamente compatibili possono mostrare un comportamento leggermente diverso per alcune istruzioni, ma questo è raramente un problema.

I sistemi possono anche differire in altri dettagli, come la disposizione della memoria, i sistemi operativi o i dispositivi periferici. Poiché un programma normalmente si basa su tali fattori, sistemi diversi non eseguiranno tipicamente lo stesso codice macchina, anche quando viene usato lo stesso tipo di processore.

La maggior parte delle istruzioni ha uno o più campi opcode. Essi specificano il tipo di istruzione di base. Altri campi possono dare il tipo di operandi, la modalità di indirizzamento, e così via. Ci possono anche essere istruzioni speciali che sono contenute nell'opcode stesso. Queste istruzioni sono chiamate immediate.

I design dei processori possono essere diversi in altri modi. Istruzioni diverse possono avere lunghezze diverse. Inoltre, possono avere la stessa lunghezza. Avere tutte le istruzioni della stessa lunghezza può semplificare il progetto.

L'architettura MIPS ha istruzioni che sono lunghe 32 bit. Questa sezione contiene esempi di codice. Il tipo generale di istruzione è nel campo op (operazione). Sono i 6 bit più alti. Le istruzioni di tipo J (salto) e di tipo I (immediato) sono completamente date da op. Le istruzioni di tipo R (registro) includono il campo funct. Esso determina l'esatta operazione del codice. I campi utilizzati in questi tipi sono:

    6       5      5          5 5       6 bit [ op | rs | rt | rd |shamt| funct] R-type [ op | rs | rt | address/immediate] I-type [ op |         target address         ] J-type

rs, rt, e rd indicano gli operandi del registro. shamt dà una quantità di shift. I campi indirizzo o immediato contengono direttamente un operando.

Esempio: sommare i registri 1 e 2. Mettere il risultato nel registro 6. È codificato:

[ op | rs | rt | rd |shamt| funct]      0      1      2      6      0      32      decimale 000000 00001 00010 00110 00000 100000    binario

Caricare un valore nel registro 8. Prendetelo dalla cella di memoria 68 celle dopo la posizione indicata nel registro 3:

[ op | rs | rt | indirizzo/immediato]     35      3      8            68            decimale 100011 00011 01000 00000 00001 000100    binario

Salta all'indirizzo 1024:

[ op | indirizzo di         destinazione         ]      2                  1024                decimale 000010 00000 00000 00000 10000 000000    binario

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