käskyarkkitehtuuri

Käskyarkkitehtuuri (instruction set architecture, ISA) määrittelee prosessorin ohjelmallisesti näkyvän rajapinnan. Se kuvaa, mitkä käskyt prosessori tuntuu tunnistavan, miten ne koodataan sekä miten muistia ja rekistereitä käsitellään. ISA muodostaa sillan ohjelmiston ja laitteiston välille ja vaikuttaa ohjelmointikieliin, kääntäjien optimointeihin sekä ohjelmiston portabiliteettiin.

Käskyarkkitehtuuri koostuu käskykokoelmasta, käskymuodoista ja osoittelemistavoista. Käskyt voivat olla aritmeettisia, loogisia, siirtovaikutteisia tai muistitoimintoja. Osoittelemistavat voivat olla rekisteripohjaisia, suorareferenssejä, välillisesti osoitteita tai näiden yhdistelmiä. ISA määrittelee myös rekisterirakenteen, tilat sekä poikkeusten ja virhetilanteiden käsittelyn sekä mahdolliset laajennukset ja suorituskyvyn optimointimekanismit. Eri arkkitehtuuri-tyypit painottavat ominaisuuksia erilaisilla tavoilla, mikä johtaa usein RISC- ja CISC-tyyppisten periaatteiden sekä niiden yhdistelmien huomioimiseen.

ISA vaikuttaa ohjelmistokehitykseen ja kääntäjien tuottaman koodeen laatuun sekä ohjelmiston portabiliteettiin. Se määrää myös, miten muistijärjestelmä toteutetaan, miten virhetilanteet hallitaan ja miten pipeline- sekä väyläarkkitehtuuri optimoidaan. Tämä heijastuu suorituskykyyn, energiatehokkuuteen sekä käyttöönotettujen lisäominaisuuksien, kuten laajennusten, toteutukseen.

Tunnetuimpia käskyarkkitehtuureja ovat x86, ARM, MIPS, PowerPC ja RISC-V. x86 on yleisesti käytössä perinteisissä PC- ja palvelinjärjestelmissä, ARM hallitsee suurta osaa mobiili- ja IoT-laitteista, ja RISC-V on avoin, modulaarinen ISA, jonka käyttö kasvaa. Nykyisin kehitys keskittyy laajennuksiin, turvallisuuteen sekä moniajon ja virtualisoinnin tukemiseen, usein avoimien standardien ja ekosysteemien kautta.