Arquitectura CISC Y RICS

Arquitectura CISC

Definicion: CISC (Complex Instruction Set Computer - Computadora con Conjunto de Instrucciones Complejas). es un tipo de arquitectura de computadoras que promueve el uso de gran número de instrucciones, permitiendo operaciones complejas entre operandos situados en memoria o en registros internos. La tecnología CISC nació de la mano de Intel, creado en 1971, 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).

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

Esta arquitectura se basa en que cada instrucción puede corresponder a varias operaciones de bajo nivel, tales como leer de memoria, operación aritmética, escribir en la memoria, sumar datos… todo en una sola instrucción.

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.

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 una microprograma localizada 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.

La ecuación del funcionamiento

La ecuación siguiente es de uso general para expresar una capacidad del

funcionamiento de computadora:

El acercamiento de CISC procura reducir al mínimo el número de instrucciones por programa, sacrificando el número de ciclos por la instrucción. El RISC hace el opuesto, reduciendo los ciclos por la instrucción en el coste del número de instrucciones por programa.

CARACTERISTICAS DE LA ARQUITECTURA CISC

• El propósito esencial de una arquitectura CISC es intentar proporcionar única instrucción de máquina para cada enunciado que esté escrita en un lenguaje de alto nivel.

• Otra característica de la arquitectura CISC es la incorporación de formatos de instrucciones de tamaño variable.

• Las instrucciones que necesitan operandos de registros pueden tener sólo dos bytes de longitud, pero las instrucciones que necesitan direcciones de memoria pueden necesitar cinco bytes para incluir todo el código de la instrucción. Las instrucciones en un procesador CISC típico proporcionan la manipulación directa de los operando que residen en la memoria.

Por ejemplo, una instrucción ADD puede especificar un operando en la memoria mediante un direccionamiento de índice y un segundo operando en la memoria por medio de un direccionamiento directo. Aunque los procesadores CISC tienen instrucciones que sólo utilizan registros de procesador, la disponibilidad de otros modos de operaciones tiende a simplificar la compilación de lenguajes de alto nivel. Sin embargo, conforme se incorporan más instrucciones y modos de direccionamiento en una computadora, se necesita más circuitería lógica para implementarlos y soportarlos, y esto puede producir que los cálculos se hagan lentos.

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.

En la década de los sesentas la micropramación, por sus características, era la técnica más apropiada para las tecnologías de memorias existentes en esa época y permitía desarrollar también procesadores con compatibilidad ascendente. En consecuencia, los procesadores se dotaron de poderosos conjuntos de instrucciones. 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).

PROCESOS DE INSTRUCCIONES

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.

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.

La filosofía CISC

El objetivo principal de la arquitectura CISC es completar una tarea en el menor número de líneas de código ensamblador posibles. Este objetivo es conseguido mediante la construcción de un microprocesador capaz de comprender y ejecutar una serie de operaciones complejas. Para esta tarea en particular, un procesador CISC vendría preparado con una instrucción específica (la llamaremos "MULT"). Cuando se ejecuta, esta instrucción lee los dos valores de memoria, multiplica los operandos en la unidad de ejecución, y después almacena el resultado en la posición de memoria adecuada.

De esta manera, la tarea completa de multiplicar dos números puede ser llevada a cabo con una única instrucción: MULT (2:3), (5:2).

MULT es lo que se conoce como una "instrucción compleja". Opera directamente sobre los bancos de memoria del computador y no requiere al programador para llamar explicitamente a una carga de operandos o funciones de almacenamiento. Se parece mucho a un comando en un lenguaje de programación de alto nivel. Por ejemplo, si permitimos que "a" represente el valor de (2:3) y "b" represente el valor de (5:2), entonces este comando es idéntico a la expresión en C "a = a * b".

Una de las ventajas principales de esta filosofía es que el compilador tiene que hacer muy poco trabajo para traducir un lenguaje de alto nivel a ensamblador. Además, debido a que la longitud del código es relativamente corta, hace falta poca RAM para almacenar las instrucciones. Pero la dificultad está en construir instrucciones complejas directamente en hardware.

REGISTROS CISC

Los registros son mayoritariamente de uso dedicado

Dentro de un procesador existen dos tipos de registros. Los registros de propósito general son aquellos que el procesador puede utilizar para almacenar datos temporales, variables locales.

Por su parte, los registros de uso dedicado son aquellos que están reservados para tareas muy específicas (almacenar el contador de programa, el stack pointer...).

El número de registros de propósito general es reducido en las arquitecturas CISC. Por un lado, se debe a que el elevado número de modos de direccionamiento provoca que casi todo el tránsito de datos se produzca de memoria a memoria. Por otro lado, la mayor parte del espacio del chip se utiliza para la decodificación y la ejecución, así como para el almacenamiento del microcódigo, dejando poco espacio para estos

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