ARQUITECTURA RISC
1.
Contenido.
1.1.
Definición.
Repertorio de
instrucciones lo más reducido posible con un alto porcentaje que se completan
en un ciclo de reloj. El hecho de tener actualmente mecanismos rápidos de
acceso a memoria, buses de alta velocidad y compiladores especializados en
estas arquitecturas, hace que los ordenadores RISC obtengan mejores
rendimientos. Cualquier tarea necesita más instrucciones en RISC que en CISC,
ya que en RISC las instrucciones son más elementales.
1.2.
Características.
Modelo de conjunto de instrucciones Load/Store
(Cargar/Almacenar). Sólo las instrucciones
Load/Store acceden a memoria; Ello simplifica el direccionamiento y acorta los
tiempos de los ciclos de la CPU.
Arquitectura no destructiva de tres direcciones. Los procesadores CISC destruyen la información que existe
en alguno de los registros, como consecuencia de la ejecución normal de
instrucciones; esto es debido a su arquitectura de dos direcciones, por la cual
el resultado de una operación sobrescribe uno de los registros que contenía a
los operandos. Por contra, las instrucciones RISC, con tres direcciones,
contienen los campos de los dos operandos y de su resultado. Por lo tanto, los
operandos origen como el destino, son mantenidos en los registros tras haber
sido completada la operación. Esta arquitectura "no destructiva"
permite reutilizar los operandos optimizando la concurrencia.
Instrucciones simples, de formato fijo, con pocos modos de
direccionamiento. Las instrucciones
simples reducen de manera muy significativa el esfuerzo para su descodificación,
y favorecen su ejecución en pipelines. Todas las instrucciones tienen una longitud
equivalente a una palabra y están almacenadas en forma secuencial.
Ausencia de microcódigo.
El microcódigo no se presta a la ejecución en ciclos únicos, ya que requiere
que el hardware sea dedicado a su interpretación dinámica. La programación en
microcódigo no hace que el software sea más rápido que el programado con un conjunto
de instrucciones simples. Todas las funciones y el control, en los procesadores
RISC, están "cableados", para lograr una máxima velocidad y
eficiencia.
Ejecución en conductos (pipelined). Las instrucciones simples, de formato fijo y ciclo único
permiten que las diferentes etapas de los ciclos de ejecución (búsqueda o fetch, descodificación, ejecución, y
escritura del resultado o result write-back) para instrucciones múltiples,
se puedan realizar simultáneamente, de un modo más simple y eficaz.
Ejecución en ciclos únicos: cada instrucción puede ser ejecutada en un único ciclo de
la
CPU.
Características de las RISC que la distinguen de la CISC
·
Todas las instrucciones.
Son de long. Fija = 1 palabra
·
Todas las instrucciones
ejecutan instrucciones simples, en una estructura segmentada se realizan en 1
ciclo de reloj, las operaciones complejas son convertidas por el compilador en
instrucciones simples.
·
Todos los operandos
están contenidos en registros antes de iniciar las operaciones.
·
Los modos de
direccionamiento son los más simples.
·
Existe gran cantidad de
registros de uso general, las operaciones aritméticas utilizan las variables temporarias
que están en los registros en lugar de tenerlas en una pila en MC
1.3.
Principios.
1.4.
Multiproceso Memoria caché.
Casi todos los RISC
cuentan con coprocesadores de punto flotante (uno o dos). Algunas
implementaciones de los multiprocesadores cuentan con un array de varios
procesadores RISC con memoria propia en un solo circuito. Una unidad de
ejecución escalar obtiene las instrucciones y provee el control para este array.
Dos chips para manejo de cache y de memoria; uno maneja los accesos a datos a
cache y a memoria, y el otro maneja los accesos a instrucciones en cache y
memoria, esto permite por tanto superponer los accesos a datos e instrucciones.
1.5.
Ventajas.
Ventajas
(Según Patterson)
·
Oblea más pequeña. Un
diseño entra antes en una determinada tecnología de integrados. Al evolucionar
la tecnología permite incorporar cache, fp, etc. Menor consumo de potencia.
·
Tiempo de desarrollo más corto. Por tanto es más barato y mejor sintonizado con la
tecnología.
·
Mayor performance (discutible). Argumento: más simple implica más rápido. Hicieron uno
simple y comprobaron que al agregar instrucciones complejas desmejorada.
1.6.
Desventajas.
·
Menor densidad de
código (discutible). Importante si la disponibilidad de memoria es crítica.
Ocasiona un menor rendimiento de cache de instrucciones. ARM Thumb.
·
No ejecutan código x85.
Puede utilizarse simulación por software, pero no se puede fabricar una IBM PC
compatible
2.
Resumen
Buscando aumentar la velocidad del procesamiento se descubrió en base a
experimentos que, con una determinada arquitectura de base, la ejecución de
programas compilados directamente con microinstrucciones y residentes en
memoria externa al circuito integrado resultaban ser más eficientes, gracias a
que el tiempo de acceso de las memorias se fue decrementando conforme se
mejoraba su tecnología de encapsulado.
La idea estuvo
inspirada también 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 la
computadora que accedía era cada vez más alta.
Debido a que se tiene
un conjunto de instrucciones simplificado, éstas se pueden implantar por
hardware directamente en la CPU ,
lo cual elimina el microcódigo y la necesidad de decodificar instrucciones
complejas.
La arquitectura RISC
funciona de modo muy diferente a la
CISC , su objetivo no es ahorrar esfuerzos externos por parte
del software con sus accesos a la
RAM , sino facilitar que las instrucciones sean ejecutadas lo
más rápidamente posible. La forma de conseguirlo es simplificando el tipo de
instrucciones que ejecuta el procesador. Así, las instrucciones más breves y
sencillas de un procesador RISC son capaces de ejecutarse mucho más aprisa que
las instrucciones más largas y complejas de un chip CISC. Sin embargo, este
diseño requiere de mucha más RAM y de una tecnología de compilador más
avanzada.
3. Recomendaciones.
Cada usuario debe decidirse a favor o en contra de
determinada arquitectura de procesador en función de la aplicación concreta que
quiera realizar. Esto vale tanto para la decisión por una determinada
arquitectura CISC o RISC, como para determinar si RISC puede emplearse en forma
rentable para una aplicación concreta.
Nunca será decisiva únicamente la capacidad de procesamiento del
microprocesador, y sí la capacidad real que puede alcanzar el sistema en su
conjunto.
Los costos, por su parte, también serán evaluados.
Supongamos por ejemplo, que el precio de un
procesador sea de $500.00 USD, éste será secundario para un usuario que diseña
una estación de trabajo para venderla después a un precio de $100 000.00 USD.
Su decisión se orientará exclusivamente por la potencialidad de este
procesador.
RISC ofrece soluciones atractivas donde se requiere una elevada
capacidad de procesamiento y se presente una orientación hacia los lenguajes de
alto nivel.
En el campo industrial existe un gran número de aplicaciones que ni
siquiera agotan las posibilidades de los controladores CISC de 8 bits actuales.
4. Conclusiones.
Hoy en día, los programas cada vez más
grandes y complejos demandan mayor velocidad en el procesamiento de
información, lo que implica la búsqueda de microprocesadores más rápidos y
eficientes.
Los avances y progresos
en la tecnología de semiconductores han reducido las diferencias en las
velocidades de procesamiento de los microprocesadores con las velocidades de
las memorias, lo que ha repercutido en nuevas tecnologías en el desarrollo de
microprocesadores. Hay quienes consideran que en breve los microprocesadores
RISC sustituirán a los CISC, pero existe el hecho que los microprocesadores
CISC tienen un mercado de software muy difundido.
En la década de los
sesentas, la microprogramación era la técnica más apropiada para la tecnología
de memorias existentes. En consecuencia, los procesadores se dotaron de poderosos
conjuntos de instrucciones, dando surgimiento a la arquitectura CISC.
5. Apreciación del equipo.
Desde nuestro
punto de vista las arquitecturas CISC utilizadas desde hace 15 años han
permitido desarrollar un gran número de productos de software. Sin embargo,
simultáneamente aumentan las aplicaciones en las cuales la capacidad de
procesamiento que se pueda obtener del sistema es más importante que la
compatibilidad con el hardware y el software anteriores. Por ello, todos los
productores de estaciones de trabajo de renombre, han pasado en pocos años, de
los procesadores CISC a los RISC, lo cual se refleja en el fuerte incremento
anual del número de procesadores RISC.
Cada usuario
debe decidirse a favor o en contra de determinada arquitectura de procesador en
función de la aplicación concreta que quiera realizar. Nunca será decisiva
únicamente la capacidad de procesamiento del microprocesador; se debe
considerar por igual la capacidad real que puede alcanzar el sistema en su
conjunto.
6. Linkografía.
·
Tanembaum, Andrew S.
(1992)
"Organización de Computadoras. Un Enfoque Estructurado"
Ed. Prentice Hall.
"Organización de Computadoras. Un Enfoque Estructurado"
Ed. Prentice Hall.
·
2. Rolf Jurgen B.
"Del CISC al RISC: Aumento explosivo de la potencia en los microprocesadores"
Revista Siemens Año 51 Enero/Marzo 1991. Siemens Aktiengesellschaft. Munich, RFA
"Del CISC al RISC: Aumento explosivo de la potencia en los microprocesadores"
Revista Siemens Año 51 Enero/Marzo 1991. Siemens Aktiengesellschaft. Munich, RFA
Bien elaborada la PRESENTACION. Defina claramente las CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES. Detalle la APRECIACION con sus propias palabras. Trabajo bien desarrollado y explicado. Proponga un foro de discusión sobre el tema.Gracias por su investigación.Saludos
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