TRABAJO DE CISC

Arquitectura CISC

La tecnología CISC (Complex Instruction Set Computer) nació de la mano de Intel, creador en 1971 del primer microchip que permitiría el nacimiento de la informática personal. Más concretamente, sería en 1972 cuando aparecería el 8080, primer chip capaz de procesar 8 bits, suficiente para representar números y letras. Con la posibilidad de colocar todos los circuitos en un solo chip y la capacidad de manejar número y letras nacería la cuarta generación de ordenadores, la de los conocidos como PC u ordenadores personales.

Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos.

Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que en la actualidad la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples, llamadas generalmente microinstrucciones.

La microprogramación es una característica importante y esencial de casi todas las arquítecturas CISC. La microprogramación significa que cada instrucción de máquina es interpretada por un microprograma localizado en una memoria en el circuito integrado del procesador. Las instrucciones compuestas son decodificadas internamente y ejecutadas con una serie de microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Para esto se requieren de varios ciclos de reloj, al menos uno por microinstrucción. Es así entonces como los chips CISC utilizan comandos que incorporan una gran diversidad de pequeñas instrucciones para realizar una única operación.

Cuando el sistema operativo o una aplicación requiere de una de estas acciones, envía al procesador el nombre del comando para realizarla junto con el resto de información complementaria que se necesite. Pero cada uno de estos comandos de la ROM del CISC varían de tamaño y, por lo tanto, el chip debe en primer lugar verificar cuanto espacio requiere el comando para ejecutarse y poder así reservárselo en la memoria interna. Además, el procesador debe determinar la forma correcta de cargar y almacenar el comando, procesos ambos que ralentizan el rendimiento del sistema.

El procesador envía entonces el comando solicitado a una unidad que lo descodifica en instrucciones más pequeñas que podrán ser ejecutadas por un nanoprocesador, una especie de procesador dentro del procesador. Y al no ser las instrucciones independientes, pues son instrucciones menores procedentes de la descodificación de una instrucción mayor, sólo puede realizarse una instrucción cada vez.

A través de la compleja circuitería del chip, el nanoprocesador ejecuta cada una de las instrucciones del comando. El desplazamiento por esta circuitería también ralentiza el proceso. Para realizar una sola instrucción un chip CISC requiere de cuatro a diez ciclos de reloj.

Entre las bondades de CISC destacan las siguientes:

• Reduce la dificultad de crear compiladores.

• Permite reducir el costo total del sistema.

• Reduce los costos de creación de sftware.

• Mejora la compactación de código.

• Facilita la depuración de errores.

Ejemplo de microprocesadores basados en la tecnología CISC:

• Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486.

• Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.

Arquitectura RISC

En la arquitectura computacional, RISC (del inglés reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales:

1. Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos.

2. Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

Además estos procesadores suelen disponer de muchos registros de propósito general.

El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de microprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, ... son ejemplos de algunos de ellos.

RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones pequeñas y simples que toman menor tiempo para ejecutarse. El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución.

La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las características que eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar la velocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de lacomputadora que accedía era cada vez más alta. Esto conllevó la aparición de numerosas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria.

Terminología más moderna se refiere a esos diseños como arquitecturas de carga-almacenamiento.

Filosofía de diseño antes de RISC

Uno de los principios básicos de diseño para todos los procesadores es añadir velocidad al proveerles alguna memoria muy rápida para almacenar información temporalmente, estas memorias son conocidas como registros. Por ejemplo, cada CPU incluye una orden para sumar dos números. La operación básica de un CPU sería cargar esos dos números en los registros, sumarlos y almacenar el resultado en otro registro, finalmente, tomar el resultado del último registro y devolverlo a la memoria principal.

Sin embargo, los registros tienen el inconveniente de ser algo complejos para implementar. Cada uno está representado por transistores en el chip, en este aspecto la memoria principal tiende a ser mucho más simple y económica. Además, los registros le añaden complejidad al cableado, porque la unidad central de procesamiento necesita estar conectada a todos y cada uno de los registros para poder utilizarlos por igual.

Como resultado de esto, muchos diseños de CPU limitan el uso de registros de alguna u otra manera. Algunos incluyen pocos registros, aunque esto limita su velocidad. Otros dedican sus registros a tareas específicas para reducir la complejidad; por ejemplo, un registro podría ser cap registros, mientras que el resultado podría estar almacenado en cualquiera de ellos.

En el mundo de la microcomputación de los años setenta, éste era un aspecto más de las CPU, ya que los procesadores eran entonces demasiado lentos –de hecho había una tendencia a que el procesador fuera más lento que la memoria con la que se comunicaba-. En esos casos tenía sentido eliminar casi todos los registros, y entonces proveer al programador de una buena cantidad de maneras de tratar con la memoria para facilitar su trabajo.

Dado el ejemplo de la suma, la mayoría de los diseños de CPU se enfocaron a crear una orden que pudiera hacer todo el trabajo automáticamente: llamar los dos números que serían sumados, sumarlos, y luego almacenarlos fuera directamente. Otra versión podría leer los dos números de la memoria, pero almacenaría el resultado en un registro. Otra versión podría leer uno de la memoria y otro desde un registro y almacenarlo en la memoria nuevamente. Y así sucesivamente.

La meta en general en aquel tiempo era proveer cada posible modo de direccionamiento para cada instrucción, un principio conocido como ortogonalidad. Esto llevó a un CPU complejo, pero en teoría capaz de configurar cada posible orden individualmente, haciendo el diseño más rápido en lugar de que el programador utilizara órdenes simples.

La última representación de este tipo de diseño puede ser vista en dos equipos, el MOS 6502 por un lado, y el VAX en el otro. El chip 6502 de $25 USD efectivamente tenía solamente un registro, y con la configuración cuidadosa de la interfaz de memoria fue capaz de sobrepasar diseños corriendo a velocidades mayores (como el Zilog Z80 a 4MHz). El VAX era un minicomputador que en una instalación inicial requería 3 gabinetes de equipo para un solo CPU, y era notable por la sorprendente variedad de estilos de acceso a memoria que soportaba, y el hecho de que cada uno de éstos estaba disponible para cada instrucción.

[editar]Filosofía de diseño RISC

A finales de los setenta, investigaciones en IBM (y otros proyectos similares en otros lugares) demostraron que la mayoría de esos modos de direccionamiento ortogonal eran ignorados por la mayoría de los programas. Esto fue un efecto colateral en el incremento en el uso de compiladores para generar los programas, algo opuesto a escribirlos en lenguaje ensamblador. Los compiladores tendían a ser demasiado tontos en términos de las características que usaban, un efecto colateral del intento por hacerlos pequeños. El mercado se estaba moviendo hacia un uso más generalizado de los compiladores, diluyendo aún más la utilidad de los modelos ortogonales.

Otro descubrimiento fue que debido a que esas operaciones eran escasamente utilizadas, de hecho tendían a ser más lentas que un número pequeño de operaciones haciendo lo mismo. Esta paradoja fue un efecto colateral del tiempo que se utilizaba diseñando los CPU, los diseñadores simplemente no tenían tiempo de optimizar cada instrucción posible, y en vez de esto sólo optimizaban las más utilizadas. Un famoso ejemplo de esto era la instrucción VAX INDEX, que se ejecutaba más lentamente que un ciclo que implementara

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