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Arquitetura de Processadores Cisc X Risc

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RISC (Reduced Instrution set computer)

Em geral são instruções bastantes simples que são executadas diretamente pelo hardware , na sua memória estas instruções não acessam a memória principal,trabalhando principalmente com os registradores,que neste tipo de processador , se apresentam em grande número. Estas características, alem de ajudarem as instruções e serem executadas em alta velocidade facilitam a implementação do pipeline.

Conceitos motivadores
 
  • Instruções complexas- apenas incluir quando o benefício no desempenho compensar a degradação de velocidade;
  • Uso de transistores- área de VLSI pode ser utilizada para novas instruções ou para aumentar número de registradores, incluir memória cache no chip do processador, adicionar unidade de execução.
  • Uso de microcódigo- deve ser evitado, pois o overhead associado ao tempo de acesso a microinstruções na memória de controle passou a ser considerável a partir do momento em que a tecnologia de memória principal passou de núcleos de ferrite para dispositivos semicondutores.
  • Papel de compilador- deve substituir eficientemente as operações complexas eliminadas do hardware . Para atingir este objetivo, otimização é fundamental, projeto de compiladores realizado juntamente com o projeto dos processadores.
 Características comuns à maior parte dos processadores RISC:
  • Número de instruções limitado;
  • Codificação de instruções em uma palavra de tamanho fixo;
  • Execução sem micro-código;
  • Altas taxas de execução;
  • Uso intenso de pipelines;
  • Poucos modos de endereçamento ;
  • Operações envolvendo a memória principal restritas a transferências (Load,Store);
  • Operações lógicas e aritméticas entre registradores, tipicamente com instruções de três endereços.

CISC(Complex Instruction Set Computer)

Complex Instruction Set Computer, ou Computador com um Conjunto Complexo de Instruções(CISC): é uma linha de arquitetura de processadores capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são os 386 e os 486 da Intel.
Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções complexas contêm uma micro programação, ou seja, um conjunto de códigos de instruções que são gravados no processador, permitindo-lhe receber as instruções dos programas e executá-las, utilizando as instruções contidas na sua micro programação. Seria como quebrar estas instruções, já em baixo nível, em diversas instruções mais próximas do hardware (as instruções contidas no micro código do processador). Como característica marcante esta arquitetura contém um conjunto grande de instruções, a maioria deles em um elevado grau de complexidade.
Examinando do ponto de vista um pouco mais prático, a vantagem da arquitetura CISC é que já temos muitas das instruções guardadas no próprio processador, o que facilita o trabalho dos programadores de linguagem de máquina; disponibilizando, assim, praticamente todas as instruções que serão usadas em seus programas. Os processadores CISC têm a vantagem de reduzir o tamanho do código executável por já possuírem muito do código comum em vários programas, em forma de uma única instrução.
Porém, do ponto de vista da performance, os CISC’s têm algumas desvantagens em relação aos RISC’s, entre elas a impossibilidade de se alterar alguma instrução composta para se melhorar a performance. O código equivalente às instruções compostas do CISC pode ser escrito nos RISC’s da forma desejada, usando um conjunto de instruções simples, da maneira que mais se adequar. Sendo assim, existe uma disputa entre tamanho do código X desempenho.

CISC E RISC: Qual a diferença?

A tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing) foi desenvolvida pela IBM nos anos 70 e o primeiro chip surgiu em 1980. Sua proposta baseou-se em um conjunto reduzido de instruções, sendo definidas apenas as mais freqüentemente utilizadas e se evitando o uso de micro códigos. As instruções também seriam simplificadas, trabalhando com apenas um operando.
As operações enfatizavam o uso de registradores, sendo o acesso à memória limitado a instruções tipo load/store. Assim, o processador g gastaria apenas um ciclo por instrução. Porém, o que sucedeu não foi tão simples assim, pois havia muita dificuldade em se escrever programas complexos utilizando um conjunto muito reduzido de instruções. Então este conjunto foi incrementado com novas instruções, como as necessárias para trabalhar com memória virtual, multiprocessamento e assim por diante.
A tecnologia RISC começou a ser promovida no mercado com o surgimento das estações de trabalho científicas, pois sua atividade básica é “CPU bound”. Os chips CISC (Complex Instrution Set Computing) de aplicação mais geral – típicas de ambientes comerciais – não ofereciam a velocidade necessária aos trabalhos com extensas manipulações de números e visualização gráfica. Em ambiente comercial, por seu lado, é necessário considerar todo o conjunto que compõe o sistema, como CPU, memória, velocidade de discos, sistema operacional e software de aplicação.
Uma comparação apenas a nível de processador e sua técnica não é correta. Muitos dos fatores que aumentam a velocidade de um processador RISC, não são inerentes a esta tecnologia (como uso de cache, pipeline de instruções e grande número de registradores na CPU), sendo que estes recursos estão disponíveis a qualquer projeto de computador, sendo usados também em máquinas CISC.
A análise dos processadores do mercado mostra que nos aspectos de mips ou operações aritméticas com números inteiros (SPEC Integer), o desempenho dos chips RISC e CISC são similares; em ponto flutuante (SPEC Floating Point) os RISC tendem a apresentar resultados melhores, embora o Pentium lhes seja equivalente.

Fonte: Trabalho de Sistemas Operacionais Unigranrio

 

Paulo R. Marinho

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