ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES

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Trabajo de Investigación N° 1

ARQUITECTURA DE LOS MICROPROCESADORES

MATERIA: Arquitectura de Computadoras

SIGLA: IEL – 222

DOCENTE:        Lic. Jhenny Castillo Tapia

ESTUDIANTE: Padilla Caihuara Juan Bautista

Miércoles 14 de agosto de 2019

Yacuiba – Tarija

MICROPROCESADORES

1.1 Definición:

Es un circuito integrado que cumple las funciones de unidad central de proceso (CPU).

Es un dispositivo programable, capaz de ejecutar instrucciones contenidas en un programa almacenado en memoria sobre datos digitales representados en formato binario.

Incluye lógica combinacional y secuencial.

1.2 ARQUITECTURA DE MICROPROCESADORES:

1.2.1 CISC Y RISC

Existen dos variantes fundamentales de arquitectura de procesadores: CISC (Complex Instruction Set Computer) y RISC (Reduced Instruction Set Computer).

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 del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones.

El nombre CISC apareció por contraposición a RISC cuando apareció esta nueva arquitectura de diseño (finales 1980).

Algunos chips que usan la arquitectura CISC son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86 y AMD.

RISC -llamada a veces carga/descarga- es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones pequeños y simples que se ejecutan más rápidamente y acceden a registros internos. Esta filosofía proviene del hecho de que muchas de las características de los diseños de las CPU estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas, principalmente por una simplificación de los compiladores que tienden a utilizar siempre las mismas instrucciones. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta, por lo que se decidió reducir los accesos a memoria. Esto llevó a la aparición de RISC que utiliza diversas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria.

Algunos chips que usan la arquitectura RISC son: PA-RISC de HP, MIPS1 en equipos SGI y consolas Nintendo64 y PlayStation; Sun SPARC; Motorola PowerPC o ARM usados en dispositivos móviles Nokia, Nintendo DS, Palm...

Introducción

Veamos primero cual es el significado de los términos CISC y RISC:

CISC (complex instruction set computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones complejo.

RISC (reduced instruction set computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones reducido.

Los atributos complejo y reducido describen las diferencias entre los dos modelos de arquitectura para microprocesadores solo de forma superficial. Se requiere de muchas otras características esenciales para definir los RISC y los CISC típicos. Aun más, existen diversos procesadores que no se pueden asignar con facilidad a ninguna categoría determinada.

Así, los términos complejo y reducido, expresan muy bien una importante característica definitiva, siempre que no se tomen solo como referencia las instrucciones, sino que se considere también la complejidad del hardware del procesador.

Con tecnologías de semiconductores comparables e igual frecuencia de reloj, un procesador RISC típico tiene una capacidad de procesamiento de dos a cuatro veces mayor que la de un CISC, pero su estructura de hardware es tan simple, que se puede realizar en una fracción de la superficie ocupada por el circuito integrado de un procesador CISC.

Esto hace suponer que RISC reemplazará al CISC, pero la respuesta a esta cuestión no es tan simple ya que:

Para aplicar una determinada arquitectura de microprocesador son decisivas las condiciones de realización técnica y sobre todo la rentabilidad, incluyendo los costos de software.

Existían y existen razones de compatibilidad para desarrollar y utilizar procesadores de estructura compleja, así como un extenso conjunto de instrucciones.

La meta principal es incrementar el rendimiento del procesador, ya sea optimizando alguno existente o se desee crear uno nuevo. Para esto se deben considerar tres áreas principales a cubrir en el diseño del procesador y estas son:

La arquitectura.

La tecnología de proceso.

El encapsulado.

La tecnología de proceso, se refiere a los materiales y técnicas utilizadas en la fabricación del circuito integrado, el encapsulado se refiere a cómo se integra un procesador con lo que lo rodea en un sistema funcional, que de alguna manera determina la velocidad total del sistema.

Aunque la tecnología de proceso y de encapsulado son vitales en la elaboración de procesadores más rápidos, es la arquitectura del procesador lo que hace la diferencia entre el rendimiento de una CPU (Control Process Unit) y otra. Y es en la evaluación de las arquítecturas RISC y CISC donde centraremos nuestra atención.

Dependiendo de cómo el procesador almacena los operandos de las instrucciones de la CPU, existen tres tipos de juegos de instrucciones:

Juego de instrucciones para arquitecturas basadas en pilas.

Juego de instrucciones para arquitecturas basadas en acumulador.

Juego de instrucciones para arquitecturas basadas en registros.

Las arquítecturas RISC y CISC son ejemplos de CPU con un conjunto de instrucciones para arquítecturas basadas en registros.

Arquitecturas CISC

La microprogramación es una característica importante y esencial de casi todas las arquítecturas CISC.

Como por ejemplo:

Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486.Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.

La microprogramación significa que cada instrucción de máquina es interpretada por un microprograma localizado en una memoria en el circuito integrado del procesador.

80286 80386-80486:

El Intel 80286 (llamado oficialmente iAPX 286, también conocido como i286 o 286) .Es un microprocesador de 16 bits de la familia x86, que fue lanzado al mercado por Intel el1 de febrero de 1982. Cuenta con 134.000 transistores. Al igual que su primo contemporáneo, el 80186, puede correctamente ejecutar la mayor parte del software escrito para el Intel 8086 y el Intel 8088.Las versiones iniciales del i286 funcionaban a 6 y 8 MHz, pero acabó alcanzando una velocidad de hasta 25 MHz. A pesar de su gran popularidad, hoy en día quedan pocos ordenadores con el i286funcionando. El sucesor del i286 fue el Intel 80386, de 32 bits

Tras las versiones iniciales a 6 y 8 MHz, Intel lanzó un modelo a 12,5MHz. AMD y Harris ampliaron esa velocidad a 20 MHz y 25 MHz, respectivamente. En promedio, el 80286 tenía una velocidad de unas 0,21 instrucciones por ciclo de reloj. El modelo de 6 MHz operaba a 0,9 MIPS, el de 10 MHz a 1,5 MIPS, y el de 12 MHz a 1.8MIPS. Microprocesador 80286 Intel 80286 a 10 MHz Producción 1982 — 1993Fabricante(s) Intel AMD Harris Corporation Siemens AG AMD 80286 IBM (versión de 16 MHz)Frecuencia de reloj de CPU 6 MHz a 25 MHz Longitud del canal MOSFET 1.5 µm Conjunto de instrucciones x86Zócalo(s) PGA, CLCC y PLCC de 68 pines.

El rendimiento del 80286 por ciclo de reloj es más del doble que el de sus predecesores, el Intel 8086 y el Intel 8088). De hecho, el aumento del rendimiento por ciclo de reloj puede ser el mayor entre las diferentes generaciones de procesadores x86. El cálculo de los modos de direccionamiento más complejos (como base + índice) utilizaban menos ciclos de reloj porque eran realizados por un circuito especial en el 286; el 8086, tenía que realizar el cálculo de la dirección efectiva enl a ALU general, tomando muchos ciclos. Además, las operaciones matemáticas complejas (como MUL/DIV) tomaban menos ciclos que en el 8086.Al tener un bus de direcciones de 24 bits, es capaz de direccionar hasta 16 MB de memoria RAM, mientras que el 8086 sólo puede direccionar 1 MB. Aunque el MS-DOS puede utilizar la RAM adicional (memoria extendida) mediante una llamada ala BIOS INT 15h, AH=87h, o como disco RAM o mediante emulación de memoria expandida previamente habilitada mediante software la memoria extendida, el costo de la memoria y la rareza de software utilizando la memoria extendida significó que pocos ordenadores basados en el i286 tuvieron más de 1 MB de memoria. Adicionalmente, había una reducción de rendimiento involucrada al accesar la memoria extendida desde el modo real, como se indica a abajo.

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