PROCESADORES RISC Y CISC
Una de las primeras
decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es decidir cuál será su
juego de instrucciones.
La decisión por dos
razones; primero, el juego de instrucciones decide el diseño físico del
conjunto; segundo, cualquier operación que deba ejecutarse en el
microprocesador deberá poder ser descrita en términos de un lenguaje de estas
instrucciones.
Frente
a esta cuestión caben dos filosofías de diseño; máquinas denominadas CISC y
máquinas denominadas RISC.
Cuando hablamos
de microprocesadores CISC, computadoras con un conjunto de
instrucciones complejo, (del inglés complex instruction set computer), y
procesadores RISC, computadoras con un conjunto de instrucciones
reducido, (del inglés reduced instruction set computer), se piensa que los
atributos complejo y reducido describen las diferencias entre los dos modelos
de arquitectura para microprocesadores.
Esto es cierto solo de forma superficial, pues
se requiere de muchas otras características esenciales para definir los RISC y
los CISC.
Hasta hace solo algunos años, la división era tajante: RISC se utilizaba para
entornos de red, mientras que CISC se aplicaba en ordenadores domésticos. Pero
en la actualidad se alzan voces que afirman que CISC está agotando sus
posibilidades, mientras otras defienden fervientemente que CISC ya ha alcanzado
a RISC, adoptando algunas de sus principales características.
Arquitectura RISC (del inglés
reduced instruction set computer)
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Arquitectura CISC (complex instruction set computer)
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Características Fundamentales:
·
Instrucciones
de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos.
- Sólo
las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de
datos.
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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, en contraposición a la
arquitectura RISC.
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Un chip RISC
típicamente tendrá menos transistores dedicados a la lógica principal. Esto
permite a los diseñadores una flexibilidad considerable; así pueden, por
ejemplo:
- Incrementar el
tamaño del conjunto de registros.
- Mayor velocidad
en la ejecución de instrucciones.
- Implementar
medidas para aumentar el paralelismo interno.
- Añadir cachés
enormes.
- Añadir otras
funcionalidades, como E/S y relojes para minicontroladores.
- Construir los
chips en líneas de producción antiguas que de otra manera no serían
utilizables.
- No ampliar las
funcionalidades, y por lo tanto ofrecer el chip para aplicaciones de
bajo consumo de energía o de tamaño limitado.
Las características que generalmente son encontradas
en los diseños RISC son:
- Codificación
uniforme de instrucciones, lo que permite una de
codificación más rápida.
- Un conjunto de
registros homogéneo, permitiendo que cualquier registro sea utilizado en
cualquier contexto y así simplificar el diseño del compilador.
- Modos de
direccionamiento simple con modos más complejos reemplazados por
secuencias de instrucciones aritméticas simples.
- Los tipos de
datos soportados en el hardware no se encuentran en una máquina RISC.
- Los diseños RISC
también prefieren utilizar como característica un modelo de memoria
Harvard, donde los conjuntos de instrucciones y los conjuntos de datos
están conceptualmente separados.
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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.
- Muchos modos de direccionamiento
Varios formatos de instrucciones
Normalmente
microprogramados (no microprogramables
La ejecución de las
instrucciones lleva varios ciclos de máquina.
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Los diseños RISC
han llevado a un gran número de plataformas y arquitecturas al éxito, algunas
de las más grandes:
- La línea MIPS
Technologies Inc., que se encontraba en la mayoría de las computadoras
de Silicon Graphics hasta 2006, y estuvo en las consolas ya
descatalogadas Nintendo 64, PlayStation y PlayStation 2. Actualmente se
utiliza en la PlayStation Portable y algunos routers.
- La serie IBM
POWER, utilizado principalmente por IBM en Servidores y
superordenadores.
- La versión
PowerPC de Motorola e IBM (una versión de la serie IBM POWER)
utilizada en los ordenadores AmigaOne, Apple Macintosh como el iMac,
eMac, Power Mac y posteriores (hasta 2006). Actualmente se utiliza en
muchos sistemas empotrados en automóviles, routers, etc, así como en
muchas consolas de videojuegos, como la Playstation 3, Xbox 360 y Wii.
- El procesador
SPARC y UltraSPARC de Sun Microsystems y Fujitsu, que se encuentra en
sus últimos modelos de servidores (y hasta 2008 también en estaciones de
trabajo).
- El PA-RISC y el
HP/PA de Hewlett-Packard, ya descatalogados.
- El DEC Alpha en
servidores HP AlphaServer y estaciones de trabajo AlphaStation, ya
descatalogados.
- El ARM – El paso
de hardware de instrucciones x86 en operaciones RISC llega a ser
significativo en el área y la energía para dispositivos móviles e
integrados. Por lo tanto, los procesadores ARM dominan en PALM, Nintendo
DS, Game Boy Advance y en múltiples PDAs, Apple iPods, Apple iPhone,
iPod Touch (Samsung ARM1176JZF, ARM Cortex-A8, Apple A4), Apple iPad
(Apple A4 ARM -based SoC), videoconsolas como Nintendo DS (ARM7TDMI,
ARM946E-S), Nintendo Game Boy Advance (ARM7TDMI).
- El Atmel AVR
usado en gran variedad de productos, desde mandos de la Xbox a los
coches de la empresa BMW.
- La plataforma
SuperH de Hitachi, originalmente usada para las consolas Sega Super 32X,
Saturn y Dreamcast, ahora forman parte de el corazon de muchos equipos
electrónicos para el consumo.SuperH es la plataforma base de el grupo
Mitsubishi - Hitachi. Estos dos grupos, unidos en 2002, dejaron aparte
la propia arquitectura RISC de Mitsubishi, el M32R.
- Los procesadores
XAP usados en muchos chips wireless de poco consumo (Bluetooth, wifi) de
CSR.
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Los CISC pertenecen a la primera
corriente de construcción de procesadores, antes del desarrollo de los RISC.
Ejemplos de ellos son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86
usada en la mayoría de las computadoras personales actuales.
Ejemplo de
microprocesadores basados en la tecnología CISC:
- Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486.
- Motorola 68000,
68010, 68020, 68030, 6840.
Ejemplo de microprocesadores basados en la
tecnología CISC:
- MIPS, Millions Instruction Per Second.
- PA-RISC, Hewlett Packard.
- SPARC, Scalable Processor Architecture, Sun Microsystems.
- POWER PC, Apple, Motorola e IBM.
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Entre las ventajas de RISC tenemos las siguientes:
- La CPU trabaja más
rápido al utilizar menos ciclos de reloj para ejecutar instrucciones.
- Utiliza un
sistema de direcciones no destructivas en RAM. Eso significa que a
diferencia de CISC, RISC conserva después de realizar sus operaciones en
memoria los dos operandos y su resultado, reduciendo la ejecución de
nuevas operaciones.
- Cada instrucción
puede ser ejecutada en un solo ciclo del CPU
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Entre las ventajas
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.
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