ARQUITECTURA RISC
1. CONTENIDO:
1.1.
Definición
RISC
es el acrónimo de Reduced Instruction Set Computer lo que en castellano viene a
ser conjunto reducido de instrucciones de
computadora. Se entiende por procesador RISC
aquel que tiene un conjunto de instrucciones con unas características
determinadas.
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.
Debido
a que se tiene un conjunto de instrucciones simplificado, éstas se pueden
implantar por hardware directamente en la CPU, lo cual elimina el micro código
y la necesidad de decodificar instrucciones complejas.
1.2.
Características
Ø Pequeño
conjunto de instrucciones
Ø Instrucciones
simples
Ø Instrucciones
de longitud fija
Ø Predominan
instrucciones que se ejecutan en un ciclo
Ø Procedimiento
de segmentaciones para múltiples instrucciones.
1.3.
Principios
En el diseño de una máquina RISC se tienen cinco
pasos:
Ø Analizar las aplicaciones para encontrar las
operaciones clave.
Ø Diseñar un bus de datos que sea óptimo para las
operaciones clave.
Ø Diseñar instrucciones que realicen las operaciones
clave utilizando el bus de datos.
Ø Agregar nuevas instrucciones sólo si no hacen más lenta
a la máquina.
Ø Repetir este proceso para otros recursos.
El primer punto se refiere a que
el diseñador deberá encontrar qué es lo que hacen en realidad los programas que
se pretenden ejecutar. Ya sea que los programas a ejecutar sean del tipo algorítmicos
tradicionales, o estén dirigidos a robótica o al diseño asistido por
computadora.
La parte medular de cualquier sistema es la que
contiene los registros, el ALU y los 'buses' que los conectan. Se debe optimar
este circuito para el lenguaje o aplicación en cuestión. El tiempo requerido,
(denominado tiempo del ciclo del bus de datos) para extraer los operandos de
sus registros, mover los datos a través del ALU y almacenar el resultado de
nuevo en un registro, deberá hacerse en el tiempo más corto posible.
El siguiente punto a cubrir es diseñar
instrucciones de máquina que hagan un buen uso del bus de datos. Por lo general
se necesitan solo unas cuantas instrucciones y modos de direccionamiento; sólo
se deben colocar instrucciones adicionales si serán usadas con frecuencia y no
reducen el desempeño de las más importantes.
Siempre que aparezca una nueva y atractiva
característica, deberá analizarse y ver la forma en que se afecta al ciclo de
bus. Si se incrementa el tiempo del ciclo, probablemente no vale la pena
tenerla.
Por último, el proceso anterior debe repetirse para
otros recursos dentro del sistema, tales como memoria cache, administración de
memoria, coprocesadores de punto flotante, etcétera.
Una vez planteadas las características principales
de la arquitectura RISC así como la filosofía de su diseño, podríamos extender
el análisis y estudio de cada una de las características importantes de las
arquitecturas RISC y las implicaciones que estas tienen.
1.4.
Multiproceso
- Memoria Cache
Un concepto que está estrechamente ligado a
esta funcionalidad es justamente el de Multiprocesamiento, también llamado
Multiproceso, en el cual tenemos la acción de dos o más Unidades de
Procesamiento en las cuales están abocados, en cada una de ellas, una cantidad
determinada de procesos, realizando cada una de ellas una parte o un todo del
mismo.
Conocemos entonces al Multiproceso, tal como su nombre lo indica, a la aptitud para hacer uso de dos o más procesos que concurren en un mismo sistema, diferenciándose lógicamente de aquellos sistemas en los que solamente pueden realizar un proceso único en un instante específico.
La capacidad de Multitarea permite entonces hacer que una Unidad Central de Procesamiento pueda ser compartida por una gran cantidad de procesos que estén corriendo al mismo tiempo, mientras que en las últimas tecnologías propuestas, donde tenemos Múltiples CPU, podemos contar con la realización de distintas etapas del mismo proceso dividiéndose estas tareas en cada uno de los núcleos que se posean.
La tarea de Multiproceso raramente sea aplicada a los usos generales del sistema, ya que existen una gran variedad de aplicaciones que realizan un manejo de Estado o Contexto (es decir, Datos Internos) en una variable cantidad al mismo tiempo, considerándose que cada uno de estos datos son incorruptibles y no pueden ser duplicados o alterados durante el proceso.
Sin embargo, es posible que esta alteración ocurra en caso de realizarse dos o más copias de un mismo Proceso, en el caso de que los núcleos del Procesador intenten escribir o leer su Contexto al mismo tiempo.
Para evitar esta corrupción de datos es necesario que en el momento de la Programación (es decir, el diseño del Software que ordenará la ejecución de los Procesos) existan herramientas de comprobación y bloqueo, de modo tal que solamente se admita a una copia del Procedimiento con la aptitud de poder modificar sus valores.
Memoria Cache:
Conocemos entonces al Multiproceso, tal como su nombre lo indica, a la aptitud para hacer uso de dos o más procesos que concurren en un mismo sistema, diferenciándose lógicamente de aquellos sistemas en los que solamente pueden realizar un proceso único en un instante específico.
La capacidad de Multitarea permite entonces hacer que una Unidad Central de Procesamiento pueda ser compartida por una gran cantidad de procesos que estén corriendo al mismo tiempo, mientras que en las últimas tecnologías propuestas, donde tenemos Múltiples CPU, podemos contar con la realización de distintas etapas del mismo proceso dividiéndose estas tareas en cada uno de los núcleos que se posean.
La tarea de Multiproceso raramente sea aplicada a los usos generales del sistema, ya que existen una gran variedad de aplicaciones que realizan un manejo de Estado o Contexto (es decir, Datos Internos) en una variable cantidad al mismo tiempo, considerándose que cada uno de estos datos son incorruptibles y no pueden ser duplicados o alterados durante el proceso.
Sin embargo, es posible que esta alteración ocurra en caso de realizarse dos o más copias de un mismo Proceso, en el caso de que los núcleos del Procesador intenten escribir o leer su Contexto al mismo tiempo.
Para evitar esta corrupción de datos es necesario que en el momento de la Programación (es decir, el diseño del Software que ordenará la ejecución de los Procesos) existan herramientas de comprobación y bloqueo, de modo tal que solamente se admita a una copia del Procedimiento con la aptitud de poder modificar sus valores.
Memoria Cache:
Si la memoria del sistema no puede
no puede seguir el ritmo del procesador, se produce un "atasco"
que ralentiza todo el equipo; para evitarlo se utilizan las memorias
caché o memorias temporales, o búferes, mucho más rápidas que
la memoria RAM convencional.
La memoria caché constituye
un puente entre la memoria RAM y
los registros que intercambian datos con las unidades de ejecución
del procesador.
El sistema de memoria caché interna asegurar que se recogen datos
importantes constantemente de la memoria
RAM, de modo que la CPU (idealmente)
nunca debe de esperar los datos.
Las memorias
caché de las CPU son un remedio contra una serie de problemas
concretos de embotellamiento: normalmente transiciones entre sistemas rápidos y
lentos (el dispositivo rápido debe de esperar antes de emitir o recibir datos.
La
llamada memoria caché de disco es
una parte de la memoria RAM que hace de buffer entre la CPU y
el disco duro. También
puede estar situada en la controladora del disco.
La caché de disco duro almacena
los datos del disco duro a los que se accede más frecuentemente cuando hay que
leer algo del disco, primero mira en su caché y, si no está allí, lo busca en
el disco.
1.5.
Ventajas
– Desventajas
Ø Ventajas:
*
Se incrementa la velocidad debido a un
conjunto de instrucciones más simple.
*
Hardware más simple debido a instrucciones
más sencillas que requieren menos espacio en el chip.
*
El ciclo de diseño más corto resulta en un
diseño efectivo, costos controlados de desarrollo y tiempo de salida al mercado
más corto.
Ø Desventajas:
*
Menor potencia que otros procesadores. Existen
operaciones que se aceleran muchísimo con instrucciones complejas. Sobre todo
de índole matemática asociadas a simulaciones, tratamiento de señal, video,
fotos.
*
Mayor tamaño de los programas. Esto en
la actualidad no tiene importancia ya que la capacidad de los discos duros ha
crecido de forma exponencial y bajada su precio pero hace años era importante.
2. RESUMEN:
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.
La
microprogramación, 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.
Hay
quienes consideran que en breve los microprocesadores RISC (reduced instruction
set computer) sustituirán a los CISC (complex instruction set computer), pero
existe el hecho que los microprocesadores CISC tienen un mercado de software
muy difundido, aunque tampoco tendrán ya que establecer nuevas familias en
comparación con el desarrollo de nuevos proyectos con tecnología RISC.
3. SUMMARY:
Today,
large and increasingly complex programs demand greater speed in processing
information, which involves searching for faster, more efficient
microprocessors.
Microprogramming,
by its nature, it was the most appropriate technologies for existing memories
at that time and allowed processors also develop technical upward compatibility.
Accordingly, powerful processors were provided with instruction sets.
Some
believe that soon the RISC (reduced instruction set computer) microprocessors
will replace the CISC (complex instruction set computer), but there is the fact
that the CISC microprocessors have a market of widespread software, although no
longer have to establish new families compared with the development of new
projects with RISC technology.
4. RECOMENDACIONES:
Pensando que la siguiente generación ya sería
puramente RISC, sin embargo las dificultades de esta transformación y las
ventajas que tiene cada tecnología le hizo ver que la combinación de ambas
tecnologías era la mejor solución, a tal punto que en actualidad los
procesadores de última generación ya no pueden ser clasificados como CISC o
RISC sino de una combinación plena de ambas tecnologías.
5. CONCLUSIONES:
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.
6.
APRECIACIÓN
DEL EQUIPO:
Los procesadores RISC sólo usan instrucciones sencillas que se puedan
ejecutar rápidamente.
Este tipo de arquitectura CISC dificulta el paralelismo entre
instrucciones, ya 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.
7.
GLOSARIO
DE TÉRMINOS:
RISC: En Ingles Reduced Instruction Set Computer, en español Computador con Conjunto de Instrucciones Reducidas).
BUS:
El bus es un Sistema digital que
transfiere datos entre los componentes de un Ordenador o entre ordenadores.
8.
LINKOGRAFÍA:
9.
LINK
DE LAS DIAPOSITIVA:
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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