Controversia CISC Y RISC

CONTROVERSIA RISC VS. CISC
 

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:

1. Juego de instrucciones para arquitecturas basadas en pilas.
2. Juego de instrucciones para arquitecturas basadas en acumulador.
3. 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.

Desde hace algunos años, el diseño de los microprocesadores han tenido cambios, y se distinguen dos filosofías: CISC y RISC. Por Complex Instruction Set Computer se entiende un procesador tradicional, dotado de complejas operaciones que, sin embargo, tienden a ser poco utilizadas porque son especializados. La tendencia opuesta Reduced Instruction Set Computer, especifica diseños donde se reduce la potencia y complejidad de las instrucciones, pero aumentando su velocidad de proceso como compensación. No se puede decir que un diseño RISC sea inherentemente mejor que uno CISC porque, siendo estos aparatos tan enormemente elaborados y complejos, cualquier análisis simplista fracasará, como suele suceder. Además, los nuevos microprocesadores incluyen características de ambas filosofías en su diseño.

ARQUITECTURAS CISC

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

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

En la década de los sesentas la micropramación, por sus características, era la técnica más apropiada para las tecnologías de memorias existentes en esa época y permitía desarrollar también procesadores con compatibilidad ascendente. En consecuencia, los procesadores se dotaron de poderosos conjuntos de instrucciones. Las instrucciones compuestas son decodificadas internamente y ejecutadas con una serie de microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Para esto se requieren de varios ciclos de reloj (al menos uno por microinstrucción).

Fue la primera tecnología de CPUs con la que la maquina PC se dio a conocer mundialmente.

Adoptada por Intel, se coloco en las primitivas PCs (procesador 8088) que fueron lanzadas bajo la marca IBM el 12 de Agosto de 1981. Su sistema de trabajo se basa en la Microprogramación.

Dicha técnica consiste en hacer que cada instrucción sea interpretada por un microprograma localizado en una sección de memoria en el circuito integrado del Microprocesador. A su vez, las instrucciones compuestas se decodifican para ser ejecutadas por microinstrucciones almacenadas en una ROM interna. Las operaciones se realizan al ritmo de los ciclos de un reloj.

Considerando la extraordinaria cantidad de instrucciones que la CPU puede manejar, la construcción de una CPU con arquitectura CISC es realmente compleja. A este grupo pertenecen los microprocesadores de INTEL (celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium IV) y AMD (Duron, Athlon).

El origen de la arquitectura CISC se remonta a los inicios de la programación ubicada en los años 60 y 70.

Entre las bondades de CISC destacan las siguientes:

1. Reduce la dificultad de crear compiladores.

2. Permite reducir el costo total del sistema.

3. Reduce los costos de creación de Software.

4. Mejora la compactación de código.

5. Facilita la depuración de errores (debugging).

ARQUITECTURAS RISC

Buscando aumentar la velocidad del procesamiento se descubrió en base a experimentos que, con una determinada arquitectura de base, la ejecución de programas compilados directamente con microinstrucciones y residentes en memoria externa al circuito integrado resultaban ser mas eficientes, gracias a que el tiempo de acceso de las memorias se fue decrementando conforme se mejoraba su tecnología de encapsulado.

Debido a que se tiene un conjunto de instrucciones simplificado, éstas se pueden implantar por hardware directamente en la CPU, lo cual elimina el microcódigo y la necesidad de decodificar instrucciones complejas.

En investigaciones hechas a mediados de la década de los setentas, con respecto a la frecuencia de utilización de una instrucción en un CISC y al tiempo para su ejecución, se observó lo siguiente:

- Alrededor del 20% de las instrucciones ocupa el 80% del tiempo total de ejecución de un programa.

- Existen secuencias de instrucciones simples que obtienen el mismo resultado que secuencias complejas predeterminadas, pero requieren tiempos de ejecución más cortos.

Las características esenciales de una arquitectura RISC pueden resumirse como sigue:

• Estos microprocesadores siguen tomando como base el esquema moderno de Von Neumann.
• Las instrucciones, aunque con otras características, siguen divididas en tres grupos:

a)Transferencia.
b)Operaciones.
c) Control de flujo.

• Reducción del conjunto de instrucciones a instrucciones básicas simples, con la que pueden implantarse todas las operaciones complejas.
• Arquitectura del tipo load-store (carga y almacena). Las únicas instrucciones que tienen acceso a la memoria son 'load' y 'store'; registro a registro, con un menor número de acceso a memoria.
• Casi todas las instrucciones pueden ejecutarse dentro de un ciclo de reloj. Con un control implantado por hardware (con un diseño del tipo load-store), casi todas las instrucciones se pueden ejecutar cada ciclo de reloj, base importante para la reorganización de la ejecución de instrucciones por medio de un compilador.
• Pipeline (ejecución simultánea de varias instrucciones). Posibilidad de reducir el número de ciclos de máquina necesarios para la ejecución de la instrucción, ya que esta técnica permite que una instrucción puede empezar a ejecutarse antes de que haya terminado la anterior. 

RECOMENDACIONES DEL GRUPO

Tanto RISC como CISC tienen caracteristicas propias que ayudan a los ususarios; segun sea la necesidad de cada uno, por lo tanto el usuario escogera la tecnología que más le convenga así que no se puede decir que una es superior a otra sino que depende de la aplicación en la que se utilice. Damarys Baso 

En un futuro no muy lejanos la tecnología RISC  remplazara a la antigua CISC.

Con la RISC los procesos son mucho más eficientes en cuanto a que supera de 2 a 3 a veces más su velocidad, capacidad y rendimiento en cuanto a la CISC sus procesos son mucho más lentos ya que es muy antigua. Todas las maquinas en el futuro gozaran de la RISC hasta que llegue otra superior y la desplace de su posición.  Daniel Pedroza 

 
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 sustituirán a los CISC, pero existe el hecho que los microprocesadores CISC tienen un mercado de software muy difundido. 
Rodolfo Rodríguez