مجموعه دستورالعمل
پیاده‌سازی مجموعه دستورالعمل

هر مجموعه دستورالعمل داده شده را می‌توان به شیوه‌های متفاوتی پیاده‌سازی کرد. تمام شیوه‌های پیاده‌سازی یک مجموعه دستورالعمل خاص، یک مدل برنامه‌نویسی مشابه فراهم می‌کند. و تمام پیاده‌سازی‌های این مجموعه دستورالعمل، قادرند تا فایل یا برنامه‌های قابل اجرای مشابهی را اجرا کنند. شیوه‌های مختلف پیاده‌سازی یک مجموعه دستورالعمل، موجب توازن‌های مختلفی بین هزینه، عملکرد، مصرف انرژی، اندازه، و … می‌شود.
مهندسان در هنگام طراحی کردن ریز معماری یک پردازنده، از قطعات مدار الکترونیکی شش میخ شده(hard-wired) (که معمولاً به‌طور جداگانه طراحی می‌شوند)، همچون جمع‌کننده‌ها، مالتی پلکسرها، شمارنده‌ها، رجیسترها، ALUها و … استفاده می‌کنند. سپس معمولاً از انواعی از زبان‌های انتقال رجیستر (register transfer language) برای توصیف کدگشایی و توالی بندی هر دستورالعمل آی اس ای، با استفاده از این ریز معماری فیزیکی استفاده می‌شود. دو روش اساسی برای ساختن یک واحد کنترل(control unit) برای پیاده‌سازی این توصیفات وجود دارد (اگرچه بسیاری از طراحی‌ها از شیوه‌های بینابین استفاده می‌کنند).
۱. برخی طراحی‌های رایانه، تمام کد گشایی و توالی بندی مجموعه دستورالعمل را شش میخ می‌کنند، درست شبیه مابقی ریز معماری.
۲. طراحی‌های دیگر از روتین‌های ریزکد یا جداول (یا هر دو) برای این کار استفاده می‌کنند- به‌طور معمول به شکل ROM‌های روی چیپ یا PLAها یا هر دو (اگرچه به‌طور تاریخی RAMها و ROMهای جداگانه استفاده شده‌اند). Western Digital MCP-1600 یک مثال قدیمی است که از یک ROM اختصاصی مجزا برای میکرو کد استفاده می‌کند.
برخی طراحی‌ها از ترکیبی از طراحی شش میقه و میکروکد برای واحد کنترل استفاده می‌کنند.
برخی طراحی‌های پردازنده از یک مخزن کنترل قابل نوشتن (writable control store) استفاده می‌کنند- آنها مجموعه دستورالعمل مورد نظر را در یک RAM قابل نوشتن یا فلش، در داخل پردازنده (مثلاً پردازنده Rekursiv) یا یک FPGA (رایانش قابل پیکربندی) کامپایل می‌کنند.
یک آی اس ای را می‌توان در نرم‌افزار با استفاده از یک تفسیرگر شبیه‌سازی کرد. به‌طور طبیعی، به دلیل سربار ناشی از تفسیر، این روش کندتر از اجرای مستقیم برنامه‌ها روی سخت‌افزار شبیه‌سازی شده‌است، مگر اینکه سخت‌افزاری که شبیه‌ساز را اجرا می‌کند، چندین برابر سریع تر باشد. امروزه به‌طور رایجی، فروشندگان آی اس ایها یا ریز معماری‌های جدید، شبیه‌سازهای نرم‌افزاری را پیش از آماده شدن پیاده‌سازی سخت‌افزاری، در اختیار توسعه دهندگان نرم‌افزار قرار می‌دهند.

معمولاً جزئیات پیاده‌سازی مورد نظر، تأثیر بسیاری روی دستورالعمل‌های خاص انتخاب شده برای مجموعه دستورالعمل مورد نظر دارند. برای مثال، بسیاری از پیاده‌سازی‌های خط لوله دستورالعمل، فقط اجازه می‌دهند تا یک بارگذاری حافظه یا ذخیره‌سازی حافظه به ازای هر دستورالعمل انجام شود، که منجر به معماری بارگیری-ذخیره‌سازی (RISC) می‌شود. به عنوان مثال دیگر، برخی روش‌های ابتدایی پیاده‌سازی خط لوله دستورالعمل، منجر به یک درگاه تأخیر (delay slot) شد.
نیاز روزافزون به پردازش سیگنال دیجیتال با سرعت بالا، جهت رویه را معکوس کرده‌است و باعث شده‌است تا پیاده‌سازی دستورالعمل‌ها به شیوه‌های خاصی انجام گیرد. برای مثال، دستورالعمل MACH در یک پردازشگر سیگنال دیجیتال، برای انجام سریع فیلترهای دیجیتال، باید از یک نوع معماری هاروارد استفاده کند، که به‌طور همزمان یک دستورالعمل و دو کلمه داده را استخراج می‌کند و نیازمند یک ضرب کنندهٔ ضرب کن-جمع کن (multiply–accumulate) تک چرخه ای است.
یک دستورالعمل ممکن است حاوی چندین قسمت باشد که مشخص کننده عملیات منطقی است و همچنین حاوی آدرس‌های منبع و مقصد و مقادیر ثابت هست. در اینجا دستورالعمل میپس "Add Immediate" نشان داده شده‌است که امکان انتخاب رجیسترهای منبع و مقصد و همچنین جا دادن یک مقدار ثابت را فراهم می‌کند.