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Arquitetura de Sistemas: CISC e RISC

Monique Corrêa Regilaine

Martins

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DISCIPLINA: COMPUTAÇÃO

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ÍNDICE

1. Introdução...................................................................................................................4

2. CISC e RISC 2.1 O que é um CISC?........................................................................................................6 2.2 Como funciona um CISC?............................................................................................7 2.3 O que é um RISC?........................................................................................................9 2.4 Como funciona um RISC?...........................................................................................11

3. Diferenças entre Arquiteturas de CISC e RISC...............................................................12 3.1 Comparações entre características de CISC e RISC....................................................14

4. Exemplos de CISC e RISC 4.1 Exemplos de CISC......................................................................................................15 4.2 Exemplos e Aplicações de RISC.................................................................................16

5. Referências Bibliográficas...............................................................................................17

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1. Introdução

Um processador CISC (Complex Instruction Set Computer, ou "computador com um conjunto complexo de instruções"), é capaz de executar várias centenas de instruções complexas diferentes, sendo extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são o 386 e o 486.

No começo da década de 80, a tendência era construir chips com conjuntos de instruções cada vez mais complexos. Alguns fabricantes porém, resolveram seguir o caminho oposto, criando o padrão RISC (Reduced Instruction Set Computer, ou "computador com um conjunto reduzido de instruções"). Ao contrário dos complexos CISC, os processadores RISC são capazes de executar apenas algumas poucas instruções simples. Justamente por isso, os chips baseados nesta arquitetura são mais simples e muito mais baratos. Outra vantagem dos processadores RISC, é que, por terem um menor número de circuitos internos, podem trabalhar a freqüências mais altas. Um exemplo são os processadores Alpha, que em 97 já operavam a 600 MHz.

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Nos processadores CISC, a lógica para a maioria das instruções, com exceção das mais primitivas (shift, add, etc...), é guardada em microcódigo no processador, enquanto que para o processador RISC, é fornecida por software. O conceito RISC, que é o complementar de CISC, está se espalhando pelos sistemas dedicados. O termo RISC significa Computador com Conjunto de Instruções Reduzido (do inglês "Reduced Instructions Set Computer"). Essas máquinas oferecem poucas instruções e, por isso, sua unidade de controle é mais simples permitindo que se logre uma melhor otimização. Os benefícios do RISC, além do melhor desempenho, são um menor CI, uma menor quantidade de pinos e um menor consumo de energia. .Até poucos anos, a divisão foi contundente: arquituras RISC eram usados para rede, enquanto a CISC era usado em computadores domésticos. Mas agora alguns estão afirmando que CISC está esgotando suas possibilidades, enquanto outros defendem fervorosamente que CISC já teria alcançado RISC, adotando algumas das suas principais características.

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2.1 O que é um CISC?

CISC (sigla para Complex Instruction Set Computer, ou, em uma tradução literal, "Computador com um Conjunto Complexo de Instruções"): É um processador capaz de executar centenas de instruções complexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil. Grande parte dos microprocessadores Intel e Motorola têm um desenho CISC,sendo assim extremamente versátil. A vantagem de uma arquitetura CISC é que já temos muitas das instruções guardadas no próprio processador, o que facilita o trabalho dos programadores de linguagem de máquina, dispondo assim de praticamente todas as instruções que serão usadas em seus programas. O CISC tem uma grande riqueza na especificação de modos de endereçamento.

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2. CISC E RISC

2.2 Como funciona um CISC?

Essa arquitetura faz o paralelismo entre as instruções, para que hoje a maioria dos sistemas CISC de alto desempenho implementem um sistema que converte as instruções complexas em várias instruções simples, normalmente chamado de microinstruções.

O firmware é um recurso importante e essencial de quase todas as arquiteturas CISC. O firmware significa que cada instrução de máquina é interpretado por um microprograma localizado em uma memória de circuito integrado no processador . As instruções são compostas são decodificadas internamente e executadas com uma série de microinstruções armazenadas em uma ROM interna. Isso vai exigir vários ciclos de clock, pelo menos uma microinstrução. Portanto, assim como os chips CISC utilizam comandos que incorporam uma variedade de pequenas instruções para executar uma única operação.

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Quando o sistema operacional ou aplicativo requer uma dessas ações , envia ao processador o nome do comando a ser feito em conjunto com outras informações complementares caso necessite. Mas cada um destes comandos da ROM do CISC variam em tamanho e, portanto, o chip deve primeiro verificar a quantidade de espaço necessário para executar o comando e poder e reservá-lo na memória interna. Além disso, o processador deve determinar a maneira correta de carregar e armazenar o comando, processos que juntos prejudicam a agilidade do sistema.

O processador envia o comando solicitado uma unidade que o decodifica em instruções menores que poderão ser executadas por um nanoprocessador, uma espécie de processador dentro do processador. E a não ser as intruções independentes, pois são instruções menores prodcedentes da decodificação de uma instrução maior, só é permitido realizar uma instrução por vez.

Através do complexo circuito do chip, o nanoprocessador executa cada uma das instruções de comando. A execução deste circuito também lentilizam o processo . Para cada instrução um chip CISC requer de quatro a dez ciclos de clock.

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2.3 – O que é um RISC?

RISC(Reduced Instruction Set Computer ou Computador com um Conjunto Reduzido deInstruções) Procurando aumentar a velocidade de processamento se descobriu com base em experimentos que, com uma determinada arquitetura de base, a execução de programas compilados diretamente com microinstruções e uso da memória externa para o circuito integrado resultavam ser mais eficiente, graças ao tempo de acesso a memória que foi diminuindo à medida que melhorou a sua tecnologia de encapsulamentoA idéia foi inspirada no fato de que muitas das características que foram incluídas nos projetos tradicionais de CPU para aumentar a velocidade estavam sendo ignoradas pelos programas que foram executados neles. Além disso, a velocidade do processador em relação a memória de computador que a acessava estava cada vez mais alto.Devido a um conjunto de instruções simplificadas, estas que podem ser implantadas por um hardware diretamente ligado à CPU a qual elimina o microcódigo e a necessidade de decodificar instruições completas

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Tanto a Intel quanto a AMD, perceberam que usar alguns conceitos da arquitetura RISC em seus processadores poderia ajudá-las a criar processadores mais rápidos. Porém, ao mesmo tempo, existia a necessidade de continuar criando processadores compatíveis com os antigos. Não adiantaria muito lançar um Pentium II ou Athlon extremamente rápidos, se estes não fossem compatíveis com os programas que utilizamos.A idéia então passou a ser construir chips híbridos, que fossem capazes de executar as instruções x86, sendo compatíveis com todos os programas, mas ao mesmo tempo comportando-se internamente como chips RISC, quebrando estas instruções complexas em instruções simples, que podem ser processadas por seu núcleo RISC. Tanto o Pentium II e III, quanto o Athlon, Duron e Celeron, utilizam este sistema.Do lado dos chips supostamente RISC, como por exemplo o G4 usados nos Macs, temos esta mesma tendência de construir chips cada vez mais complexos, abandonando a idéia dos chips RISC simples e baratos em favor da complexidade típica dos processadores CISC.

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2. CISC E RISC

2.4 – Como Funciona um RISC?

Pode parecer estranho que um chip que é capaz de executar algumas poucas instruções, possa ser considerado por muitos, mais rápido do que outro que executa centenas delas, seria como comparar um professor de matemática com alguém que sabe apenas as quatro operações. Mas o que acontece, é que um processador RISC é capaz de executar tais instruções muito mais rapidamente. A idéia principal, é que apesar de um processador CISC ser capaz de executar centenas de instruções diferentes, apenas algumas são usadas freqüentemente. Poderíamos então criar um processador otimizado para executar apenas estas instruções simples que são usadas mais freqüentemente. Em conjunto com um software adequado, este processador seria capaz de desempenhar quase todas as funções de um processador CISC, acabando por compensar suas limitações com uma maior velocidade de processamento.

é indiscutível, porém, que em instruções complexas os processadores CISC saem-se melhor. Por isso, ao invés da vitória de uma das duas tecnologias, atualmente vemos processadores híbridos, que são essencialmente processadores CISC, mas incorporam muitos recursos encontrados nos processadores RISC (ou vice-versa).

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3. DIFERENÇAS ENTRE ARQUITETURAS CISC E RISC A transição de CISC para RISC foi uma mudança radical na arquitetura. Os conjuntos de instruções foram mudados, sacrificando a compatibilidade binária para o desempenho. Reduzindo o conjunto de instruções, o processador cabia em um chip menor que permitia que os desenvolvedores aumentassem a velocidade do clock. Além disso, o processador poderia ser pipelineado e uma unidade de controle microcodificada tornou-se desnecessária. RISC, "resolve os casos comuns mais rápidos", era o princípio que conduziu a um aumento impressionante da performance comparado com os processadores CISC. Os processadores mais adiantados tais como IBM RT, SPARCv7 e MIPS R2000 aderiram completamente ao princípio fundamental RISC.Entretanto, enquanto a tecnologia avançava para aumentar os tamanhos dos dados e aumentar a densidade do transistor, os desenvolvedores do processador RISC começaram a considerar maneiras de usar esse espaço novo do chip. Alguns dos usos desse espaço incluíram:Registros adicionais;

• On-chip chaces que são cronometrados tão rapidamente quanto o processador;• Unidades funcionais adicionais para execução superescalar;• Instruções adicionais não-RISC (mais rápidas);• On-chip aceitando operações de ponto flutuante;• Profundidade aumentada no Pipelined.Assim, a geração atual de processadores de desempenho elevado carrega poucas características dos processadores que iniciaram a revolução RISC.

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Todos os processadores dispõem de instruções de salto "de ida e volta", normalmente designados de instruções de chamada de sub-rotinas: nestas, para além de se alterar o conteúdo do registro PC como qualquer instrução de salto, primeiro guarda-se o endereço de instrução que segue a instrução de salto ( e que se encontra no PC); nas arquiteturas CISC este valor é normalmente guardado na stack; nas arquiteturas RISC esse valor é normalmente guardado num registro.

CISC: grande riqueza na especificação de modos de endereçamento; exemplo do i86: modo absoluto; por registro indireto com acessos indiretos à memória, isto é, com apontadores para as variáveis sem memória armazenados em células de memória. RISC: apenas em operações load/store e apenas 1 ou 2 modos; exemplo do MIPS: apenas operações lógicas e aritméticas em CISC e RISCDuas grandes diferenças se fazem notar entre estes 2 modelos: na localização dos operandos neste tipo de operações, e o nº de operandos que é possível especificar em cada instrução. Resumindo o que foi visto anteriormenteCISC: 1 ou mais operandos em memória (máx 1 no i86 e M68K); nem sempre se especificam 3 operandos (máx 2 no i86 eM68K). RISC: operandos sempre em registros; 3 operandos especificados (1 dest, 2 fontes)

Atualmente pode-se dizer que não existem mais chips CISC ou RISC, mas sim chips híbridos, que misturam características das duas arquiteturas, a fim de obter o melhor desempenho possível.

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3.1 COMPARAÇÃO ENTRE CARACTERÍSTICAS CISC E RISC

Principais características de mircroprocessadores CISC:• Muitas instruções• Instruções são complexas• Microcodificação das instruções• Alta capacidade de endereçamento para operações de memória• Número reduzido de registradores

Em comparação, microprocessadores RISC são mais oumenos o oposto aos CISC:• Conjunto reduzido de instruções• Instruções menos complexas• Unidade de controle hardwarizada• Baixa capacidade de endereçamento para operações de memória, com• apenas duas instruções básicas, LOAD e STORE• Grande número de registradores

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4. Exemplos de CISC E RISC

4.1 Exemplos de Arquiteturas CISC

• x86 : Basicamente todos os processadores atuais desktop se enquadram nessa categoria, desde os 80386 até os modernos Core i7;

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4.2 Exemplos de Aplicações e Arquiteturas RISC

• DEC Alpha: workstations, servidores• PA-RISC Packard, da Hewlett.• ARC : Chips multimídia ;• ARM: iPad, Smartphones, celulares,• modens;• Power PC, Apple Motorola e IBM.• Power: Playstation 3, Xbox 360, Wii;

SuperH: Dreamcast, CD-ROM drives, Automotivas;• Supercomputadores;

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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Vagner SANTOS, Arquiteturas de Sistema Disponível online em: http://erpti.blogspot.com/2010/12/arquitetura-de-sistemas-risc-e-cisc.htmlAcesso em: 05/06/2011.

[2] Wikipedia, CISCDisponível online em: http://es.wikipedia.org/wiki/CISCAcesso em: 05/06/2011.

[3] Hardware, Processadores RISC x Processadores CISC Disponível online em: http://www.hardware.com.br/artigos/risc-cisc/Acesso em: 05/06/2011

[4]Hardware, RISC Disponível online em: http://www.hardware.com.br/termos/riscAcesso em: 05/06/2011

[5] Leonardo GARCIA, Arquitectura de microprocesadores RISC y CISCDisponível online em: http://www.monografias.com/trabajos55/microprocesadores-cisc-risc/microprocesadores-cisc-risc2.shtml Acesso em: 05/06/2011

[6] Knol Beta, ARQUITETURA RISC E ARQUITETURA CISCDisponível online em: http://knol.google.com/k/arquitetura-risc-e-arquitetura-cisc#Acesso em: 05/06/2011