Hace aproximadamente un par de semánas (estamos hablando de principio de marzo) publiqué el código fuente de una máquina virtual con un par de funciones.
Actualicé la máquina y tiene un juego de instrucciones como sigue:

halt    Detener la máquina virtual
setr    Establecer un valor inmediato en un registro
push    Almacena en la pila el valor de un registro
pop    Elimina el TOS (primer elemento de pila)
move    Intercambia los valores entre el TOS y un registro
sum    Suma el valor de un registro y otro, el valor se almacena en el primer registro
div    Divide el valor de un registro y otro, el valor se almacena en el primer registro
mod    Divide el valor de un registro y otro, el valor del resto de división se almacena en el primer registro
mult    Multiplica el valor de un registro y otro, el valor se almacena en el primer registro
not    Niega un elemento
xor    Operación OR condicional con dos registros. El valor se almacena en el primer registro
shl    Mueve los bits de un registro hacia la izquierda un numero de veces como marque el segundo registro.
shr    Mueve los bits de un registro hacia la derecha un numero de veces como marque el segundo registro.
ife    Si los dos registros especificados son iguales, ejecuta la siguiente accion. En caso contrario la salta.
goto    Establece el 'ip' al valor inmediato dado.

El código fuente puede obtenerse de aquí

Unos ejemplos tambien pueden obtener desde aquí (con los opcodes correspondientes)

Un saludo, espero que les sirve de alguna utilidad. Un ejemplo de su uso podría ser por ejemplo para utilizar en algoritmo de cifrado, es mucho más difícil saber de donde sale un dato si este se está ejecutando virtualmente.

Puede obtener más información en: artículo

En la división, se te ha olvido comprobar si el divisor es cero. Otro detalle:

reg[CPU->reg_temp[4]] > sizeof programa

programa es un puntero unsigned int, por tanto sizeof siempre devolverá 4 bytes.

Si quieres comprobar que no se salga del array, tienes que hacer que el usuario introduzca su tamaño por adelantado. O bien colocar algun byte distintivo al final (cuidado con esto, si el usuario se le olvida colocarlo puede dar lugar a desbordamientos de pila).

Además si no colocas halt el proceso puede llegar a ser un bucle infinito.

Aquí dejo la implementación en C++:
https://dl.dropbox.com/u/69551225/Maquina_Virtual%20%2820130320%29.rar

No se pueden pasar array a funciones, lo que haces es crear un puntero al primer elemento del vector. De modo que esta declaración:

void Ejecutar_Programa(unsigned int array[])

Es una convección sintáctica, lo que en realidad quiere decir:

void Ejecutar_Programa(unsigned int* array)

Y el tamaño de un puntero unsigned int* es efectivamente de 4 bytes.

Eso ocurriría si todos los elementos estuviesen inicializados a cero, pero no hay garantía.

En la implementación en C++ he resuelto esto pidiendole al usuario que te de cuantas instrucciones tiene su programa. Además así puedo implementar el goto sin problemas.

Esta bastante interesante esta maquina virtual  Y un detalle de estilo:

#define IS_CORRECT_PILA() /* ... */

El nombre de esa macro queda horroroso, mezclar los dos idiomas asi xD

De todas formas es un gran aporte 

PD: Pila en ingles: stack