Arquitetura RISC e CISC

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Engenharia Elétrica
Arquitetura Cisc e Risc
Dhiogo Curis dos Santos
Trabalho da disciplina de Microprocessadores
Professor: César
Niteroi
2022
Introdução
A arquitetura de processador descreve o processador que foi usado em um computador. Grande parte doscomputadores vêm com identificação e literatura descrevendo o processador que contém dentro de si, arquitetura CISC e RISC.
CISC
A CISC (em inglês: Complex Instruction Set Computing, Computador com um Conjunto Complexo de Instruções), usada em processadores Intel e AMD; suporta mais instruções no entanto, com isso, mais lenta fica a execução delas.
Um processador CISC (ComplexInstruction Set Computer), é capaz de executar várias centenas de instruções complexas, sendo extremamente versátil. Exemplos de processadores CISC são os 386 e os 486. No começo da década de 80, a tendência era construir chips com conjuntos de instruções cada vez mais complexos, mas alguns fabricantes resolveram seguir o caminho oposto, criando o padrão RISC (ReducedInstruction Set Computer ).
Ao contrário dos complexos CISC, os processadores RISC são capazes de executar apenas algumas poucas instruçõessimples. 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 com clocks mais altos. Um processador RISC é capaz de executar instruções muito mais rapidamente.
Assim, em conjunto com um software adequado, estes processadores são capazes de desempenhar todas as funções de um processador CISC, compensando as suas limitações com uma velocidade maior de operação. Atualmente, vemos processadores híbridos, que são essencialmente. Hoje temos como microprocessadores CISC toda a plataforma Intel, dos tradicionais ao Pentium. Do outro lado estão o consórcio PowerPC, MIPS, HP e Digital, cada qual com seu chip.
Além disso, os chips RISC normalmente usam menos que 128 instruções comparados com 200 a 300 nos típicos chips CISC e produzem menos formatos de instruções e modos de endereçamentos remotos que os chips CISC.
O conjunto complexo de instruções CISC produz operações internas lentas e faz com que o chip decodifique instruções.
O tamanho fixo das instruções no RISC (geralmente 32 bits) produz melhor alinhamento de instruções na memória, resultando em mais eficiência nas operações e o conjunto de instruções RISC utiliza o recurso de pipeline (uma instrução por ciclo), sendo mais eficiente que os processadores CISC.
	TIPO DE INSTRUÇÃO
	NÚMERO DE CICLOS POR INSTRUÇÃO
	
	486 (CISC)
	SPARC (RISC)
	MOTOROLA 89000 (RISC)
	Load
	1
	2
	1-3
	Store
	1
	3
	3
	Register-Register
	1
	1
	1
	Jump
	3/1
	1/2
	1
	Call
	3
	3
	1
Fonte: Computer World
Por outro lado, os processadores RISC, usando instruções mais simplificadas com orientação de carrega/armazena, exigem maior memória de armazenamento para seus programas em linguagem de máquina e apresentam também maior tráfego de memória; ou seja, os programas baseados em RISC sempre requerem mais instruções para completar uma tarefa.
O que temos observado atualmente é que as tecnologias RISC e C ISC estão se misturando: os processadores RISC estão aumentando o conjunto de instruções e os CISC estão aumentando o número de registradores.
	MICROPROCESSADOR
	TECNOLOGIA
	NÚMERO INSTRUÇÕES
	IBM POWER (RS/6000)
	RISC
	184
	HP PA
	RISC
	140
	SUN SPARC
	RISC
	70
	MOTOROLA 68040
	CISC
	120
	INTEL 386
	CISC
	96
Em máquinas CISC, existem várias maneiras de se fazer a mesma coisa e o compilador analisa qual a melhor;
Em máquinas RISC, a única maneira de realizar a compilação é buscar os operandos para os registradores, executar os cálculos e armazenar os resultados.
Risc
A RISC (em inglês: ReducedInstruction Set Computing, Computador com um Conjunto Reduzido de Instruções) usada em processadores PowerPC (da Apple, Motorola e IBM) e SPARC (SUN); suporta menos instruções, e com isso executa com mais rapidez o conjunto de instruções que são combinadas.
O primeiro processador do mundo nasceu juntamente com o primeiro computador, o Eniac (Eletronic NumericalIntegratorandCalculator), construído por John Von Neuman em 1946.
O processador é a unidade principal do computador; ele controla o fluxo dos programas, executa operações lógicas e aritméticas, acessa a memória, faz solicitações aos periféricos, confunde-se com a CPU.
Em 1971, na Intel Corporation, Ted Hoff construiu um processador que tinha todas as unidades reunidas em um só chip, o 4004, o primeiro microprocessador.
A diferença básica entre o processador tradicional e o microprocessador é o fato de ste último poder ser produzido na linha de montagem, em larga escala, diminuindo drasticamente o custo por causa do preço e do pouco calor dissipado; os microprocessadores se espalharam pelo mundo, conquistaram o mercado e fizeram fortunas incalculáveis.
A idéia original do projeto RISC, de produzir máquinas com um conjunto reduzido de instruções, é, em última análise, uma volta ao início da computação, pois os primeiros computadores digitais tinham poucas instruções.
A crescente complexidade das arquiteturas foi decorrente da necessidade de compatibilizar novos modelos com os anteriores; de reduzir o "gap" semântico entre programas escritos em linguagem de alto nível e o conjunto de instruções das máquinas.
Um projeto de pesquisa da IBM identificou que a maioria das instruções eram usadas com pouca freqüência. Cerca de 20% delas eram usadas 80% das vezes. Os próprios desenvolvedores de sistemas operacionais habituaram-se a determinados subconjuntos de instruções, tendendo a ignorar as demais, principalmente as mais complexas.
A proposta RISC foi então implementar todo um conjunto de instruções em um único chip.
Desde do Eniac, os processadores utili zavam conjuntos de instruções (instruction sets) bastante complexos. Esse tipo de arquitetura, por sua difícil execução, exige que o processador analise as instruções e execute pequenas sub-rotinas gravadas dentro do próprio processador.
Acreditando que essas sub-rotinas ou microcódigos fossem contraproducentes, JonhCocke, da IBM, teve a idéia de construir um processador mais simples, que não necessitasse de microcódigo, deixando o trabalho pesado para os programas.
Estava criada a filosofia do computador com conjunto reduzido de instruções (ReducedInstruction Set Computer - RISC), um processador menor, mais barato,
mais frio. Com o tempo, este termo acabou por se generalizar e denomina todas as máquinas que obedecessem a um conjunto específico de princípios de arquitetura.
Como era preciso identificar os outros computadores não RISC, foi cunhado o termo CISC (ComplexInstruction Set Computer). Apesar de inventada em 1974, a filosofia RISC só chegou ao mercado em 1985, pelas mãos da Sun Microsystems, com o Sparc.
O PowerPC é o maior desafio aos processadores Intel, que detêm 70% do mercado mundial. O DEC Alpha AXP é o processador RISC de mais alto desempenho rodando em 150MHz ou mais. As outras plataformas RISC populares são o SPARC e o PA-RISC, que geralmente rodam em sistemas operacionais baseados em Unix.
Existe um conjunto de características que permite uma definição de arquitetura básica RISC; são elas: (1) o coração de todo computador é o datapath (ULA, registradores e os barramentos que fazem sua conexão); uma das maiores características das máquinas RISC é utilizar apenas uma instrução por ciclo do datapath (uma instrução é similar a uma microinstrução); (2) projeto carrega/armazena, ou seja, as referências à memória são feitas por instruções especiais de load/store; (3) inexistência de microcódigo; sendo assim, a complexidade está no compilador; (4) instruções de formato fixo, permitindo uso consistente do formato e facilitando a decodificação de instruções por controle fixo, o que torna mais rápido os dutos de controle; (5) conjunto reduzido de instruções, facilitando a organização da UC de modo que esta tenha uma interpretação simples e rápida; (6) utilização de pipeline,uma técnica de dividir a execução de uma instrução em fases ou estágios, abrindo espaço para execução simultânea de múltiplas instruções; à medida que um estágio é concluído, a instrução vai para a frente, no canal, e a instrução seguinte vai para aquele estágio; como as instruções RISC são do mesmo tamanho, elas levam um ciclo para completar cada estágio de pipeline. Por exemplo, se uma instrução pode ser dividida em 4 fases, 4 instruções podem ser executadas simultaneamente; (7) utilização de múltiplos conjuntos de registradores.
O pri ncipal objetivo de uma máquina RISC é executar uma instrução por ciclo; como o acesso à memória utili za mais ciclos, a solução foi criar um grande número de registradores (overlappingregisterwindows). Este número de registradores tem grande impacto na performance das máquinas RISC, que só são possíveis devido sua simplicidade de projeto (inexistência de microcódigo).
Conclusão
O processador Risc geralmente é empregado para em projetos menores mais baratos e que consomem menos energia, sendo muito interessantes por exemplo móveis e consoles. A arquitetura Risc é adotada nos processadores dos consoles mais modernos uma vez que proporciona um hardware extremamente dedicado só tornando muito mais rápido em relação a microcomputadores com muito mais recursos já os processados.
Já os processadores Cisc que trabalham com clock muito elevado são mais caros e possuem um desempenho superior, entretanto eles são maiores e consomem mais energia sendo indicados então para computadores desktop, notebooks mais poderosos e Servidores. Atualmente os processadores da Intel e AMD que originalmente eram puramente Cisc se combinam as 2 arquiteturas, resultando assim em uma arquitetura híbrida. Eles continuam disponibilizando para os programadores um conjunto de instruções Cisc, porém internamente são implementados como se fossem risc com diversos estágios para transformar as instruções Cisc dos programas instruções semelhantes as instruções Risc para serem executadas pelo hardware.
BIBLIOGRAFIA
Arquitetura e organização de computadores / William Stallings. — 8. ed. — São Paulo : Pearson Pratice Hall, 2010.
https://www.diegomacedo.com.br/arquitetura-de-processadores-risc-e-cisc/ 
<Acesso em 21/04/2022 às 10h00.>
http://www.hardware.com.br/artigos/risc-cisc
<Acesso em 22/04/2022 às 17h00.>