risc e cisc

2/22/2015 GRUPO AZUL - CISC e RISC - Tecnologias de Processamento | grupoazulsenai.spaceblog.com.br

http://grupoazulsenai.spaceblog.com.br/2473627/CISC-e-RISC-Tecnologias-de-Processamento/ 1/6

(http://doutissima.com.br/?utm_source=)

CISC e RISC Tecnologias de ProcessamentoSERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL –

SENAI BLUMENAUCURSO TÉCNICO EM MANUTENÇÃO E SUPORTE EM INFORMÁTICA

CISC e RISC Tecnologias de Processamento CISC e RISC

ALUNOS: CARLA SIMONE MORETTI LUCAS KRAUS MAIKON BARON MARCELO NATHAN ROZA WILLIAM LÉO GARCIA

PROFESSOR: ANDERSON SCHMITT

Terminologia de Hardware, Software e Redes.

Blumenau

2013 O processador é uma ferramenta fundamental não só aos computadores, mas também aossmartphones, vídeo games e outros dispositivos que precisam do mesmo para funcionar. Oprocessador tem como função carregar as instruções de programas do computador, realizandooperações aritméticas e lógicas. Desde os primeiros momentos da indústria de computadores os cientistas dos principaisfabricantes têm estudado métodos e técnicas que possam aperfeiçoar o desempenho e acapacidade dos sistemas de computação. O ritmo frenético da evolução dos processadores, apresentam como uma de suasinúmeras consequencias o desenvolvimento das mais variadas arquiteturas demicroprocessamento. Além disso o desenvolvimento na tecnologia de semicondutoresreduziram a diferença de velocidade entre o processador e a memoria a tal ponto que novas emais rápidas arquiteturas internas se tornaram econômicas. Entre essas arquiteturas serãocitadas a arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computer) e a RISC (Reduced InstructionSet Computer).

2 – ARQUITETURA DE JOHN VON NEUMANN John Von Neumann tem grande mérito na evolução computacional da atualidade comsua grande ligação com a informática, pois era um arquiteto, construtor de hardware,programação, análise numérica, computação científica e teoria da computação a nívelinternacional. Neumann desenvolveu uma arquitetura computacional caracterizada pelapossibilidade de uma máquina digital guardar seus programas, no mesmo local que a memóriados dados.

Para que fosse possível o armazenamento de dados e programas no mesmo localNeumann teve de criar ferramentas dentro da Unidade Central de Processamento (CPU). Paraisso ele criou uma máquina que, armazenava as instruções e os dados em uma mesmamemória, e às executava sequencialmente de acordo com a ordem em que elas apareciamnesta memória, além de possuir instruções que eram capazes de, modificar esta ordem paraoutro ponto da memória, continuar a execução a partir de lá, ou retornar a um ponto anterior Os sistemas atuais, embora mais potentes, possuem os mesmos componentes básicose realizam suas funções essenciais orientados pelos mesmos conceitos fundamentais expostosno relatório apresentado por John Von Neumann, relativo à arquitetura de seu sistema EDVAC,que são:

dados e instruções são armazenados em uma memória do tipo que escreve e recupera(leitura);

o conteúdo da memória é endereçável conforme sua posição independente do tipo deinformação nele contido;

a execução das instruções ocorre de forma sequencial (a não ser que uma instruçãoespecífica mude momentaneamente a sequencia) uma em seguida à outra.

O que é mais importante referese não aos componentes ou partes da máquina, mas aforma pela qual estes componentes realizam suas funções essenciais e este é justamente odomínio “arquitetura”.A máquina proposta por Von Neumann reúne os seguintes componentes:

– uma memória;

– uma Unidade Lógica e Aritmética (ULA);

– uma Unidade Central de Processamento (UCP), composta por diversos registradores,

– uma Unidade de Controle (UC), cuja função é buscar um programa na memória, instruçãopor instrução, e executálo sobre os dados de entrada.

Figura 1

http://grupoazulsenai.spaceblog.com.br/2473627/CISC-e-RISC-Tecnologias-de-Processamento/



(http://perlbal.hipi.com/blogimages/2806095/gd/137244204633.jpg)

Fonte: Web (2013)

3 – ARQUITETURA CISC CISC Complex Instruction Set Computing é um Conjunto Complexo de Instruções,usada em processadores Intel e AMD são capazes de executar centenas de instruçõescomplexas diferentes sendo, assim, extremamente versátil.

Os processadores baseados na computação de conjunto de instruções complexascontêm uma microprogramação, ou seja, um conjunto de códigos de instruções que sãogravados no processador, permitindolhe receber as instruções dos programas e executálas.

Como característica marcante esta arquitetura contém um conjunto grande deinstruções, a maioria deles em um elevado grau de complexidade.

Examinando do ponto de vista um pouco mais prático, a vantagem da arquitetura CISCé que já temos muitas das instruções guardadas no próprio processador, o que facilita otrabalho dos programadores de linguagem de máquina. Os processadores CISC têm avantagem de reduzir o tamanho do código executável por já possuírem muito código comumem vários programas, em forma de uma única instrução.

Esta arquitetura processa e trata grandes e complexas instruções, nomeadamenteoperações de multiplicação e divisão, mas também executa e descodifica grandes quantidadesde operações, parecendo possuir outro processador pelo fato da maioria dos algoritmos já seencontrarem no mesmo sendo o seu tempo de restabelecimento praticamente nulo.

CISC é implementada e guardada em micro código no processador, sendo difícilmodificar a lógica de tratamento de instruções. Esta arquitetura suporta operações do tipo“a=a+b” descrita por “add a,b”, ou seja podem simplesmente utilizar duas operações para umaúnica instrução, sendo um deles fonte e destino (acumulador) e permite um ou maisoperadores em memória para a realização das instruções. Com isto se comprovam anecessidade de abranger um elevado leque de modelos de endereçamento, com acesso diretoà memória e com apontadores para as variáveis em memória, armazenados eles próprios(ponteiros) em células de memória.

Porém, do ponto de vista do desempenho, os CISC’s têm algumas desvantagens emrelação aos RISC’s, entre elas a impossibilidade de se alterar alguma instrução composta parase melhorar o desempenho. O código equivalente às instruções compostas do CISC pode serescrito nos RISC’s da forma desejada, usando um conjunto de instruções simples, da maneiraque mais se adequar. Sendo assim, existe uma disputa entre tamanho do código verso odesempenho.

Pelo fato da arquitetura CISC ter um Hardware mais implementado, o software pode fazeruso destes e ficar com um código menor se comparado a outras arquiteturas. Poderíamosassim considerar os seguintes pontos positivos e negativos da arquitetura CISC: Positivostemos Instruções assembly mais poderosas e Menor tempo para executar tais instruções.Como negativos podemos citar um hardware mais complexo, há um maior custo em construirtais chips e a velocidade de processamento dos mesmos fica prejudicada em função do calorgerado pelos transistores.Máquinas CISC (Complex Instruction Set Computer) têm um conjunto de instruções grande, detamanhos variáveis, com formatos complexos. Muitas dessas instruções são bastantecomplicadas, executando múltiplas operações quando uma única instrução é dada (porexemplo, é possível realizar um loop complexo usando apenas uma operação assembly).(CUNHA, 2009).3.1 ATRIBUTOS E CARACTERÍSTICAS

A arquitetura CISC possui um formato de dois operando, onde as instruções realizamcomunicação das seguintes formas: comandos de registradorregistrador, registradormemóriae memóriaregistrador. Há também múltiplos modos de endereçamento para acesso àmemória. As instruções têm o tamanho de acordo com modo de endereçamento e requeremmúltiplos ciclos de clock para executar.Figura 2

http://perlbal.hi-pi.com/blog-images/2806095/gd/137244204633.jpg



(http://perlbal.hipi.com/blogimages/2806095/gd/137244195259.jpg) Fonte: Web (2013)3.2 PROCESSADORES CISCA seguir estão relacionados alguns dos computadores que possuíam processadores com atecnologia CISC.

IBM 3090 (1957)NSC 32016 (1970)VAX11/780 (1977)Intel 286 (1982)Intel 386 (1985)Intel 486 (1989)Intel Pentium (1993)Intel Pentium II (1997)MC68040 (1998)

OBS: O ultimo modelo Intel a ser produzido com arquitetura puramente CISC foi o Pentium II.3.3 VANTAGENS:1. Microprogramação: é tão fácil quanto a linguagem assembly para implementar, e muito maisbarata que uma rede da unidade de controle.

2. As facilidades: instruções microcodificadas permitiram que os projetistas fizessem máquinasCISC expansíveis e compatíveis um computador novo poderia rodar os mesmos programasdos computadores mais antigos porque o computador novo conteria um super conjunto deinstruções para "emular" computadores mais antigos.

3. Como cada instrução ficou mais capaz, menos instruções poderiam ser usadas paraprogramar uma determinada tarefa. Isto provocou o uso mais eficiente da memória principal.

4. Podemse escrever conjuntos de instrução de microprogramas para combinar com aconstrução de linguagens de altonível. 3.4 DESVANTAGENS:1. Como as novas gerações de uma família de processador geralmente envolvem a geraçãoantecessora, tanto o conjunto de instruções quanto o hardware do novo chip tornamse maiscomplexos.

2. Instruções diferentes levam quantidades diferentes de período de relógio para executar, oque pode tornar a máquina excessivamente lenta.

3. Instruções muito especializadas não são usadas com a frequência suficiente a ponto dejustificar sua existência. Aproximadamente 20% das instruções disponíveis são usadas em umprograma típico.

4. Instruções CISC típicas sejam “condition codes”, o que demanda tempo de execução, alémdo fato de os programadores terem um esforço extra em lembrarse de examinálas. 4 – ARQUITETURA RISC A arquitetura RISC surgiu como uma alternativa mais moderna em relação ao uso doscomplexos processadores CISC. A principal característica dessa tecnologia é seu conjuntoreduzido de instruções mais simples. Por conta disso, os processadores RISC são maisbaratos e mais velozes que os baseados na tecnologia CISC. Um chip RISC é capaz deexecutar diversas instruções em apenas um ciclo de clock, enquanto um processador comumleva vários ciclos para realizar a mesma tarefa.

O funcionamento da arquitetura RISC baseiase em um conjunto de instruçõespequenas e individuais. O processamento dessas instruções tornase mais ágil, já que elaspossuem sempre um tamanho fixo e, portanto, há apenas uma forma de executálas. Osprocessadores com essa tecnologia não necessitam de microprogramação, pois eles já utilizamum microcódigo que permite que as instruções sejam executadas diretamente pelo hardware.

Um dos principais diferenciais da arquitetura RISC é o uso de uma técnica chamadaPipeline. Ela é responsável por acelerar a execução de um conjunto de instruções, pois permiteque o hardware processe instruções simultaneamente. Assim, não é necessário que aexecução de uma instrução termine para que a próxima comece.

As quatro principais fases do processamento de instruções (busca, decodificação,execução e escrita) em um processador CISC são realizadas sequencialmente. Em umprocessador RISC, no entanto, essas mesmas fazem ocorrem em paralelo, devido à presençado Pipeline. É importante ressaltar que a técnica acima descrita não diminui o tempo deexecução das instruções, mas melhora o seu processamento global.

A arquitetura RISC só opera instruções que estejam armazenadas em seusregistradores. As únicas operações que lidam com o acesso à memória são as que realizam acarga e o armazenamento nesses registradores. Essa característica gera maior agilidade naexecução de operações aritméticas.




Como os processadores RISC são capazes de executar várias instruções em apenas umciclo de máquina, é necessário que os microcomputadores tenham uma banda passante comgrande largura para acessar a memória. Para conquistar um bom desempenho de máquina epara conseguir uma banda passante eficiente, é preciso usar uma cache de instruções.

O modelo de processador RISC é atualmente muito utilizado em computadoresdedicados a execução de jogos, já que sua performance confere a esse tipo de aplicativo ummelhor desempenho. Assim, é a arquitetura adotada em processadores de videogames atuais.

No entanto, pouquíssimos equipamentos possuem atualmente apenas uma dasarquiteturas de processadores aqui apresentadas. Muitos fabricantes, talvez por questões delogística e de marketing vendem seus produtos como sendo processadores RISC, o que namaioria das vezes não é verdade.

Mesmo processadores da família x86 (32 bits) como o Pentium II e o Pentium III e oMIPS R10000 e o HP PA8000, supostamente tratados como modelos RISC, possuemcaracterísticas de ambas as arquiteturas. Esse método foi aplicado para aperfeiçoar ofuncionamento de tais processadores e foi então batizado de “Arquitetura híbrida”.

Computadores híbridos funcionam com diferentes tipos de processadores integrados emum sistema que possibilita a execução de tarefas mais complexas e também maioresvariedade de serviços oferecidos ao hardware. Essa técnica é responsável por implementar,em um mesmo processador, as melhores características das arquiteturas CISC e RISC.

A arquitetura híbrida começou a ser estudada e posteriormente utilizada por conta de umproblema ocorrido ao tentar amenizar o impacto das desvantagens trazidas pelos diferentestipos de processadores disponíveis.

Desde a sexta geração de processadores, a Intel tem utilizado apenas a arquiteturahíbrida RISC/CISC. Assim, esse processador é capaz de aceitar também instruções no formatox86, visto que todos os programas são hoje desenvolvidos com base nesse tipo de instruções.Softwares como editores de texto e planilhas não poderiam ser executados em processadoresunicamente RISC.

As microinstruções contidas no processador RISC não podem ser acessadasdiretamente pelo usuário. Isso torna impossível criar programas baseados nessas instruções edepois enviálos para as unidades de execução da máquina. Além disso, cada processadorRISC possui um tipo de microinstruções que varia de acordo com o modelo do dispositivo. UmPentium II, por exemplo, possui instruções incompatíveis com as do Pentium 4.

Para resolver esse problema de compatibilidade e garantir ao usuário o melhordesempenho de seu microcomputador, empresas como a Intel e a AMD optam por fabricarprocessadores híbridos. Dessa forma, é possível agregar as melhores característicasencontradas tanto em arquiteturas RISC quanto em arquiteturas CISC. 4.1 – CARACTERÍSTICAS RISC:

Número de instruções limitado;

Codificação de instruções em uma palavra de tamanho fixo;

Execução sem microcódigo;

Altas taxas de execução (próximas a 1 instrução/ciclo)

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 trêsendereços. Instruções complexas: apenas incluir quando o benefício no desempenhocompensar a degradação de velocidade;

4.2 – VANTAGENS Velocidade

Devido a tecnologia pipeline os processadores RISC alcançam duas a quatro vezes aperformance dos processadores CISC usando tecnologia de semicondutor equivalente eos mesmos valores de clock.

Simplicidade do Hardware

Pelo fato de um processador RISC trabalhar com instruções simples, o processadorutiliza de menos espaço no chip, funções extras como circuito de gerenciamento dememória e unidade aritmética armazenada num mesmo chip. Chips menores permitemque os fabricantes armazenem mais dispositivos em uma única pastilha, o que podebaixar consideravelmente o custo.

Instrução de máquina simples



As instruções construídas para um processador RISC são simples e pequenas o queaumenta a sua performance.

4.3 – DESVANTAGENS:

A transição da arquitetura CISC para arquitetura RISC pode apresentar algunsproblemas devido ao fato que os engenheiros de software podem ter problemas parafazer a transição do código de memória de maneira correta.

Qualidade do Código

A performance de um processador RISC depende diretamente do código gerado peloprogramador. No caso de um código mal desenvolvido o processador pode gastar umtempo demasiado na execução das instruções, isto faz com que a performance de umamáquina RISC dependa em grande parte da qualidade do código, gerado peloprogramador.

Expansão do Código

O fato de a arquitetura CISC trabalhar com instrução única com ações complexas e asmáquinas RISC trabalharem com instrução simples a transição do código pode acarretarproblemas. O termo "expansão do código" referese ao aumento de tamanho que seobtém de um programa originalmente compilado para uma máquina CISC, ter sidorecompilado para uma máquina RISC. A expansão vai depender da capacidade doprogramador e a natureza do conjunto de instruções de máquina.

Projeto de Sistema

Outra desvantagem que a arquitetura RISC apresenta é o fato de requerer sistema dememória rápida para alimentar suas instruções. Tipicamente sistemas baseados nestaarquitetura costumam apresentar grande quantidade de memória cache interna,conhecida como "firstlevel cache", o que encarece o projeto.

Figura 3

(http://perlbal.hipi.com/blogimages/2806095/gd/13724418497.jpg)Fonte: web (2013) A transição de CISC para RISC foi uma mudança radical na arquitetura. Os conjuntos deinstruções foram mudados, sacrificando a compatibilidade binária para o desempenho.Reduzindo o conjunto de instruções, o processador cabia em um chip menor que permitia queos desenvolvedores aumentassem a velocidade do clock.

Além disso, o processador poderia ser pipelineado e uma unidade de controlemicrocodificada tornouse desnecessária. RISC, "resolve os casos comuns mais rápidos", era oprincípio que conduziu a um aumento impressionante da performance comparado com osprocessadores CISC. Os processadores mais adiantados tais como IBM RT, SPARCv7 e MIPSR2000 aderiram completamente ao princípio fundamental RISC.

Entretanto, enquanto a tecnologia avançava para aumentar os tamanhos dos dados eaumentar a densidade do transistor, os desenvolvedores do processador RISC começaram aconsiderar maneiras de usar esse espaço novo do chip. Alguns dos usos desse espaçoincluíram:

Registros adicionais;

Onchip chaces que são cronometrados tão rapidamente quanto o processador;

Unidades funcionais adicionais para execução superescalar;Instruções adicionais nãoRISC (mais rápidas);

Onchip aceitando operações de ponto flutuante;

Profundidade aumentada no Pipelined.

Assim, a geração atual de processadores de desempenho elevado carrega poucascaracterísticas dos processadores que iniciaram a revolução RISC.

5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS




Nenhum comentárioCISC e RISC Tecnologias de Processamento

Podese analisar que a diferença de arquitetura entre os processadores CISC e RISC émuito grande, essas diferenças devem ser analisadas com cuidado, pois a forma que cada umexecuta um conjunto de códigos é totalmente diferente. Enquanto o processador RISC temuma capacidade de execução de instruções menores ele executa essas instruções diretamenteno hardware, já a os processadores CISC executa uma quantidade mais complexa deinstruções, porém ele executa essas instruções em um método de micro instruções, o quedeixa o processo mais lento.

Toda arquitetura tem suas vantagens e desvantagens, o importante é utilizar aarquitetura que melhor se encaixa nas necessidades dos usuários, sendo a arquitetura RISCrecomendada para o mercado de alto nível e a CISC para um cenário mais versátil.6 – REFERÊNCIAS

Disponível em:<http://networkeducation.grou.ps/wiki/item/arquiteturasciscerisc> cesso em: 17de junho 2013.

Disponível em: <http://www.gruponetcampos.com.br/author/germano> acesso em: 20 de junho2013.

Disponível em: <http://members.tripod.com/risc_sm/indice.html> acesso em: 21 de junho 2013.

Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/74295093/Arquitetura> acesso em: 22 de junho 2013.

Disponível em:<http://www.inf.unioeste.br/guilherme/oac/RiscCisc.pdf> acesso em 25 de junho2013.

risc e cisc

Documents