Lenguaje de máquina

Escribir código máquina

El código máquina puede escribirse de diferentes formas:

• Utilizando un número de interruptores. Esto genera una secuencia de 1 y 0. Se utilizaba en los primeros tiempos de la informática. Desde los años 70, ya no se utiliza.
• Utilizar un editorhexadecimal. Esto permite el uso de opcodes en lugar del número del comando.
• Utilizar un ensamblador. Los lenguajes ensambladores son más sencillos que los opcodes. Su sintaxis es más fácil de entender que el lenguaje de máquina, pero más difícil que los lenguajes de alto nivel. El ensamblador traducirá por sí mismo el código fuente a código máquina.
• El uso de un lenguaje de programación de alto nivel permite que los programas utilicen un código más fácil de leer y escribir. Estos programas se traducen a código máquina. La traducción puede realizarse en varios pasos. Los programas Java se optimizan primero en bytecode. Después se traducen a lenguaje máquina cuando se utilizan.

Panel frontal de un primer miniordenador, con interruptores para introducir el código de la máquina

Instrucciones típicas del código máquina

Hay muchos tipos de instrucciones que suelen encontrarse en un conjunto de instrucciones:

• Operaciones aritméticas: Suma, resta, multiplicación, división.
• Operaciones lógicas: Conjunción, disyunción, negación.
• Operaciones que actúan sobre bits individuales: Desplazamiento de bits a la izquierda o a la derecha.
• Operaciones que actúan sobre la memoria: copiar un valor de un registro a otro.
• Operaciones que comparan dos valores: mayor que, menor que, igual.
• Operaciones que combinan otras operaciones: sumar, comparar y copiar si es igual a algún valor (como una sola operación), saltar a algún punto del programa si un registro es cero.
• Operaciones que actúan sobre el flujo del programa: saltar a alguna dirección.
• Operaciones que convierten tipos de datos: por ejemplo, convertir un entero de 32 bits en un entero de 64 bits, convertir un valor de coma flotante en un entero (truncando).

Muchos procesadores modernos utilizan el microcódigo para algunos de los comandos. Los comandos más complejos suelen utilizarlo. Esto se hace a menudo con las arquitecturas CISC.

Instrucciones

Cada procesador o familia de procesadores tiene su propio conjunto de instrucciones. Las instrucciones son patrones de bits que corresponden a diferentes órdenes que se pueden dar a la máquina. Así, el conjunto de instrucciones es específico de una clase de procesadores que utilizan (en su mayoría) la misma arquitectura.

Los nuevos diseños de procesadores suelen incluir todas las instrucciones de un predecesor y pueden añadir instrucciones adicionales. A veces, un diseño más nuevo suspende o altera el significado de un código de instrucción (normalmente porque se necesita para nuevos fines), lo que afecta a la compatibilidad del código; incluso los procesadores casi completamente compatibles pueden mostrar un comportamiento ligeramente diferente para algunas instrucciones, pero esto no suele ser un problema.

Los sistemas también pueden diferir en otros detalles, como la disposición de la memoria, los sistemas operativos o los dispositivos periféricos. Dado que un programa suele depender de estos factores, los distintos sistemas no suelen ejecutar el mismo código máquina, aunque se utilice el mismo tipo de procesador.

La mayoría de las instrucciones tienen uno o más campos opcode. En ellos se especifica el tipo de instrucción básica. Otros campos pueden indicar el tipo de los operandos, el modo de direccionamiento, etc. También puede haber instrucciones especiales contenidas en el propio opcode. Estas instrucciones se denominan inmediatas.

Los diseños de los procesadores pueden ser diferentes en otros aspectos. Diferentes instrucciones pueden tener diferentes longitudes. También pueden tener la misma longitud. Hacer que todas las instrucciones tengan la misma longitud puede simplificar el diseño.

Ejemplo

La arquitectura MIPS tiene instrucciones de 32 bits de longitud. Esta sección tiene ejemplos de código. El tipo general de instrucción está en el campo op (operación). Son los 6 bits más altos. Las instrucciones de tipo J (salto) y de tipo I (inmediata) están totalmente dadas por op. Las instrucciones de tipo R (registro) incluyen el campo funct. Determina la operación exacta del código. Los campos utilizados en estos tipos son:

      6 5 5 5 6 bits [ op | rs | rt | rd |shamt| funct] Tipo R [ op | rs | rt | address/immediate] Tipo I [ op | target address ] Tipo J

rs, rt y rd indican operandos de registro. shamt da una cantidad de desplazamiento. Los campos de dirección o inmediato contienen un operando directamente.

Ejemplo: sumar los registros 1 y 2. Coloca el resultado en el registro 6. Se codifica:

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

Cargue un valor en el registro 8. Tómelo de la celda de memoria 68 celdas después de la ubicación que aparece en el registro 3:

[ op | rs | rt | dirección/intermedio] 35 3 8 68 decimal 100011 00011 01000 00000 00001 000100 binario

Salta a la dirección 1024:

[ op | dirección de destino ] 2 1024 decimal 000010 00000 00000 00000 10000 000000 binario

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