Ejecutar instrucción

En una arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA) de computadora , una instrucción de ejecución es una instrucción en lenguaje máquina que trata los datos como una instrucción de máquina y la ejecuta.

Puede considerarse un cuarto modo de secuenciación de instrucciones después de la ejecución secuencial ordinaria , la bifurcación y la interrupción . ^{[ 1 ]} Dado que es una instrucción que opera sobre otras instrucciones como la instrucción de repetición , también se ha clasificado como una meta-instrucción. ^{[ 2 ]}

Muchas familias de computadoras introducidas en las décadas de 1950 y 1960 incluyen instrucciones de ejecución : la IBM 709 ^{[ 1 ]} y la IBM 7090 ( código de operación mnemónico : XEC ), ^{[ 3 ]} la IBM 7030 Stretch ( EX , EXIC ), ^{[ 4 ] [ 1 ]} la PDP-1 / -4 / -7 / -9 / -15 ( XCT ), ^{[ 5 ] [ 6 ]} la UNIVAC 1100/2200 ( EXRI ), ^{[ 7 ]} la CDC 924 ( XEC ), ^{[ 8 ]} la PDP-6 / -10 ( XCT ), la IBM System/360 ( EX ), ^{[ 9 ] [ a ]} ​​la GE-600 / Honeywell 6000 ( XEC , XED ), ^{[ 10 ]} la SDS-9xx ( EXU ), ^{[ 11 ]} la SDS 92 ( EXU ), ^{[ 12 ]} la serie SDS Sigma ( EXU ), ^{[ 13 ]} y la serie Varian 620 ( XEC e instrucciones de ejecución condicional). ^{[ 14 ]}

Menos diseños de la década de 1970 incluyen instrucciones de ejecución : la minicomputadora Nuclear Data 812 (1971) ( XCT ), ^{[ 15 ]} la HP 3000 (1972) ( XEQ ), ^{[ 16 ]} y la Texas Instruments TI-990 (1975) ^{[ 17 ]} y su versión de microprocesador, la TMS9900 (1976) ( X ). ^{[ 18 ]} Se propuso una instrucción de ejecución para la PDP-11 en 1970, ^{[ 19 ]} pero nunca se implementó para ella ^{[ 20 ]} ni para su sucesora, la VAX . ^{[ 21 ]} La Western Digital WD16 (1976) (XCT) es similar a la PDP-11 y su ejecución se usa comúnmente para ejecutar programas paso a paso . ^{[ 22 ]} El Signetics 8X300 (1976) (XEC) ejecuta una instrucción de una tabla de hasta 255 instrucciones. La mayoría de las instrucciones actúan como subrutinas de una sola instrucción, pero se utilizan bifurcaciones para implementar tablas de salto . ^{[ 23 ]}

Los conjuntos de instrucciones modernos no incluyen instrucciones de ejecución porque interfieren con la segmentación , la precarga y otras optimizaciones.

La instrucción que se va a ejecutar, la instrucción objetivo, puede estar en un registro o recuperarse de la memoria. Algunas arquitecturas permiten que la instrucción objetivo sea en sí misma una instrucción de ejecución ; otras no.

La instrucción de destino se ejecuta como si estuviera en la ubicación de memoria de la instrucción execute . Si, por ejemplo, se trata de una instrucción de llamada a subrutina, la ejecución se transfiere a la subrutina, y la ubicación de retorno es la que sigue a la instrucción execute . Sin embargo, algunas arquitecturas implementan variantes de la instrucción execute que impiden las bifurcaciones. ^{[ 1 ]}

El System/360 admite instrucciones de destino de longitud variable. También admite la modificación de la instrucción de destino antes de su ejecución. La instrucción de destino debe comenzar en un byte par . ^{[ 9 ]}

La serie GE-600 admite la ejecución de secuencias de dos instrucciones, que deben estar alineadas a doble palabra . ^{[ 10 ]}

Algunas arquitecturas admiten una instrucción de ejecución que opera en un modo de protección y reubicación de direcciones diferente . Por ejemplo, el dispositivo de paginación ITS PDP-10 admite una instrucción XCTR de modo privilegiado , 'ejecutar reubicado', que permite que las lecturas, escrituras o ambas operaciones de memoria utilicen las asignaciones de página en modo usuario. ^{[ 24 ]} De manera similar, la variante KL10 del PDP-10 admite la instrucción privilegiada PXCT , 'XCT de contexto anterior'. ^{[ 25 ]}

La instrucción execute puede causar varios problemas cuando una instrucción execute apunta a otra, y así sucesivamente:

• El procesador puede permanecer ininterrumpido durante varios ciclos de reloj si la instrucción de ejecución no puede interrumpirse en medio de la ejecución;
• De manera similar, el procesador puede entrar en un bucle infinito si la serie de instrucciones de ejecución es circular e ininterrumpible;
• Si las instrucciones de ejecución están en diferentes páginas de intercambio , es necesario intercambiar todas las páginas para que la instrucción se complete, lo que puede provocar un thrashing (sobrecarga de memoria ).

Problemas similares surgen con los modos de direccionamiento indirecto multinivel .

La instrucción execute tiene varias aplicaciones: ^{[ 1 ]}

• Funciona como una subrutina de una sola instrucción sin la sobrecarga habitual de las llamadas a subrutinas ; esa instrucción puede llamar a una subrutina completa si es necesario. ^{[ 1 ]}
• Unión tardía
  • Implementación de llamada por nombre y otros thunks . ^{[ 1 ]}
  • Se puede utilizar una tabla de objetivos de ejecución para el despacho dinámico de los métodos o funciones virtuales de un objeto o clase , especialmente cuando el método o la función a menudo se puede implementar como una sola instrucción. ^{[ 20 ]}
  • Un objetivo de ejecución puede contener un gancho para agregar funcionalidad o para depurar; normalmente se inicializa como una operación nula (NOP) que puede ser sobrescrita dinámicamente.
  • Un objetivo de ejecución puede cambiar entre una versión rápida de una operación y una versión completamente rastreada. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}
• Rastreo, monitoreo y emulación
  • Esto puede mantener un contador de programa pseudo , dejando el contador de programa normal sin cambios. ^{[ 1 ]}
• Ejecutar código generado dinámicamente, especialmente cuando la protección de memoria impide que el código ejecutable sea modificable.
• Emulación de código automodificable, especialmente cuando debe ser reentrante o de solo lectura. ^{[ 19 ]}
• En el IBM System/360, la instrucción execute puede modificar los bits 8-15 de la instrucción de destino, convirtiendo efectivamente una instrucción con un argumento fijo (por ejemplo, un campo de longitud) en una instrucción con un argumento variable.
• Las instrucciones de ejecución en modo privilegiado, como las del KL10, son utilizadas por los núcleos del sistema operativo para ejecutar operaciones como copias de bloques dentro del espacio virtual de los procesos de usuario.