Instructiesetarchitectuur

Instructiesetarchitectuur (ISA) is het abstracte model van een processor dat de set van uitvoerbare instructies, de encoding van die instructies, de toegepaste adresseringsmodi, de ondersteunde gegevens-typen, de registers en het geheugenmodel omvat. Het definieert de interface tussen software en hardware en bepaalt hoe programma's worden geschreven en uitgevoerd op een gegeven computerplatform.

Belangrijke componenten zijn onder meer: de instructieset (operation codes en format), de registers en hun aantal, de toegepaste adresseringsmodi, de ondersteunde gegevens-typen en lengtes, het geheugenmodel inclusief eindianheid en caching, en regels voor uitzondering en onderbrekingen. De ISA specificeert ook hoe de controle en datapath samenwerken om een instructie uit te voeren.

ISA versus microarchitectuur: de ISA beschrijft wat software van het hardwareplatform mag verwachten; de microarchitectuur beschrijft hoe die instructies daadwerkelijk worden uitgevoerd (pijplining, caches, uitwijkingen). Eenzelfde ISA kan op verschillende microarchitecturen worden geïmplementeerd.

Ontwerpkeuzes en afwegingen: er bestaan RISC- en CISC-ontwerpen, vaste versus variabele lengte van instructies, code-dichtheid versus uitvoeringsefficiëntie, en de impact op compilers en taalontwerpen. De ISA beïnvloedt softwarecompatibiliteit en portabiliteit tussen hardwaregeneraties.

Voorbeelden: x86, ARM, MIPS, SPARC en de moderne open standaard RISC-V. Endianness en compilerondersteuning zijn ook belangrijke aspecten van een ISA.

Historisch heeft de ISA invloed op prestaties, beveiliging, virtuele machines en besturingssysteemplatforms. ISA's evolueren met nieuwe toepassingen zoals embedded systemen, high-performance computing en cloudplatforms.