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Alumna. Flor Taqui Wajuyat
http://direcciondeingeniria.blogspot.pe/
MICROPROCESADORES
Arquitectura RISC
Universidad Politécnica Amazónica
Contenido:• Definición
• Características
• Principios
• Multiproceso
• Memoria cache
• Ventajas
• Desventajas
Definición
Reduced Instruction Set Computer - Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducidas. Tipo de arquitecturas de computadoras que promueve conjuntos pequeños y simples de instrucciones que pueden tomar poco tiempo para ejecutarse. Es un tipo de diseño de CPU generalmente utilizado en microprocesadores o microcontroladores. Usa conjunto de instrucciones pequeñas y simples que toman mejor tiempo para ejecutarse.
La arquitectura RISC que reducen la complejidad de los computadores al implementar solo aquellas instrucciones más usadas, y utilizar solo modos de direccionamiento sencillo, tipos de datos básicos y gran numero de registros que sirven para almacenar datos personales.
Características
Load/Store (Cargar-Almacenar)
Arquitectura no destructiva de tres direcciones
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. Las instrucciones de longitud fija, con formatos fijos, implican que los campos de códigos de operación opcodes y de los operandos están siempre codificados en las mismas posiciones, permitiendo el acceso a los registros al mismo tiempo que se está descodificando el código de operación.
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 lo que 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.
Sólo las instrucciones Load/Store acceden a memoria; las demás operaciones en un RISC, tienen lugar en su gran conjunto de registros. Ello simplifica el direccionamiento y acorta los tiempos de los ciclos de la CPU, además facilita la gestión de los fallos de paginas page faults en entornos de memoria virtual, permite un elevado nivel de concurrencia a consecuencia de la independencia de las operaciones de Load/Store de la ejecución del resto de las instrucciones.
Ausencia de microcódigo
Ejecución en conductos pipelined
Ejecución en ciclos únicos single-cycle
El resultado directo de los conjuntos de instrucciones que ofrecen los procesadores RISC, es que cada instrucción puede ser ejecutada en un único ciclo de la CPU. Esto invalida la creencia de que las microinstrucciones en microcódigo, creadas para ser ejecutadas en un solo ciclo de procesador, son más rápidas que las instrucciones del lenguaje ensamblador.
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.
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 hardwired, para lograr una máxima velocidad y eficiencia.
Principios
Analizar las aplicaciones para
encontrar las operaciones
Diseñar un bus de datos que sea óptimo para las operaciones
clave.
Diseñar instrucciones que realicen las
operaciones clave utilizando el bus de
datos
Agregar nuevas instrucciones sólo si no hacen más lenta a
la máquina
Repetir este proceso para otros recursos.
Multiproceso
Multiprocesadores de memoria distribuida
• Se caracterizan porque cada procesador sólo puede acceder a su propia memoria.• Se requiere la comunicación entre los nodos de proceso para coordinar las operaciones y mover
los datos.• Los datos pueden ser intercambiados, pero no compartidos. Dado que los procesadores no
comparten un espacio de direcciones común, no hay problemas asociados con tener múltiples copias de los datos, y por tanto los procesadores no tienen que competir entre ellos para obtener sus datos.
Multiprocesadores de memoria compartida
• Son sistemas con múltiples procesadores que comparten un único espacio de direcciones de memoria.
• Cualquier procesador puede acceder a los mismos datos, al igual que puede acceder a ellos cualquier dispositivo de entrada/salida.
• El sistema de interconexión más empleado para estos casos, es el de bus compartido (shared-bus).
Memoria cache
Es un sistema mucho más eficiente, aunque también más complejo de implementar. En este caso, la CPU puede modificar la línea de caché sin necesidad de actualizar inmediatamente la memoria principal. Los datos sólo son copiados a la memoria principal cuando la línea de caché va a ser reemplazada con una nueva.
Hay dos métodos para mantener cada línea de caché idéntica a las demás:
• Escritura radiada (write-broadcast) • Escritura invalidada (write-invalidate)
Copia posterior
(copy-back)
Requiere que todas las escrituras realizadas en el caché actualicen asimismo los datos de la memoria principal. De esta forma, la memoria principal siempre tiene la última copia de los datos, y por tanto no hay nunca ninguna incoherencia con el caché.
Escritura continua (write-
through)
Ventajas Debido a que cada instrucción realiza una operación muy simple, el código se ejecutará en
aproximadamente el mismo tiempo que el comando MULT de la arquitectura CISC. Estas instrucciones reducidas RISC requieren menos hardware y es más sencillo que las instrucciones complejas, dejando más espacio para registros de propósito general. Además, las optimizaciones sobre un hardware más sencillo son mucho más fáciles de realizar.
RISC ha alcanzado a todos los fabricantes de semiconductores:AMD, Intel, MIPS, Motorota, ROSS, y todos ellos son productos usados por fabricantes de ordenadores y estaciones de trabajo: Apple, DEC, HP, IBM, SUN, entre otros y sus correspondientes clónicos.
La CPU trabaja mas 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.
Desventajas Menor densidad de código (discutible). Importante si la disponibilidad de memoria es crítica
Ocasiona un menor rendimiento del caché de instrucciones. ARM Thumb
No ejecutan código x86. Puede utilizarse simulación por software, pero no puedo fabricar una IBM PC compatible
Excesiva dependencia en la efectividad del compilador
La depuración de los programas se hace difícil por la programación de instrucciones
Se incrementa el tamaño del código de lenguaje máquina
Necesidad de memoria rápida
