Arquitecturas del procesador

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 (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.

La arquitectura RISC plantea en su
filosofía de diseño una relación muy
estrecha entre los compiladores y la misma arquitectura como se
verá más adelante.

Introducción

Veamos primero cual es el significado de
los términos CISC y RISC:

• CISC (complex instruction set computer)
  Computadoras con un conjunto de instrucciones
  complejo.

• RISC (reduced instruction set computer)
  Computadoras con un conjunto de instrucciones
  reducido.

Los atributos complejo y reducido describen
las diferencias entre los dos modelos de arquitectura para
microprocesadores solo de forma superficial. Se requiere de
muchas otras características esenciales para definir los
RISC y los CISC típicos. Aun más, existen diversos
procesadores que no se pueden asignar con facilidad a ninguna
categoría determinada.

Así, los términos complejo y
reducido, expresan muy bien una importante característica
definitiva, siempre que no se tomen solo como referencia las
instrucciones, sino que se considere también la
complejidad del hardware del procesador.

Con tecnologías de semiconductores
comparables e igual frecuencia de reloj, un procesador RISC
típico tiene una capacidad de procesamiento de dos a
cuatro veces mayor que la de un CISC, pero su estructura de
hardware es tan simple, que se puede realizar en una
fracción de la superficie ocupada por el circuito
integrado de un procesador CISC.

Esto hace suponer que RISC
reemplazará al CISC, pero la respuesta a esta
cuestión no es tan simple ya que:

• Para aplicar una determinada
  arquitectura de microprocesador son decisivas las condiciones
  de realización técnica y sobre todo la
  rentabilidad, incluyendo los costos de software.

• Existían y existen razones de
  compatibilidad para desarrollar y utilizar procesadores de
  estructura compleja así como un extenso conjunto de
  instrucciones.

La meta principal es incrementar el
rendimiento del procesador, ya sea optimizando alguno existente o
se desee crear uno nuevo. Para esto se deben considerar tres
áreas principales a cubrir en el diseño del
procesador y estas son:

• La arquitectura.

• La tecnología de
  proceso.

• El encapsulado.

La tecnología de proceso, se refiere
a los materiales y técnicas utilizadas en la
fabricación del circuito integrado, el encapsulado se
refiere a cómo se integra un procesador con lo que lo
rodea en un sistema funcional, que de alguna manera determina la
velocidad total del sistema.

Aunque la tecnología de proceso y de
encapsulado son vitales en la elaboración de procesadores
más rápidos, es la arquitectura del
procesador lo que hace la diferencia entre el rendimiento de una
CPU (Control Process Unit) y otra. Y es en la evaluación
de las arquítecturas RISC y CISC donde centraremos nuestra
atención.

Dependiendo de cómo el procesador
almacena los operandos de las instrucciones de la CPU, existen
tres tipos de juegos de instrucciones:

• Juego de instrucciones para
  arquitecturas basadas en pilas.

• Juego de instrucciones para
  arquitecturas basadas en acumulador.

• Juego de instrucciones para
  arquitecturas basadas en registros.

Las arquítecturas RISC y CISC son
ejemplos de CPU con un conjunto de instrucciones para
arquítecturas basadas en registros.

Arquitecturas
CISC

La microprogramación es una
característica importante y esencial de casi todas las
arquítecturas CISC.

Como por ejemplo:

Intel 8086, 8088, 80286, 80386,
80486.Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.

La microprogramación significa que
cada instrucción de máquina es interpretada por un
microprograma localizado en una memoria en el circuito integrado
del procesador.