RISC y CISC
- 1. Introducción Todos los CPUs x86 compatibles con la PC son procesadores CISC (Computadora de Conjunto de Instrucciones Complejas), pero en las Mac nuevas o en alguna que se hagan dibujos de ingeniería complejos, probablemente tengan un CPU RISC (Computadora de Conjunto de Instrucciones Reducido). La diferencia práctica entre CISC y RISC es que los procesadores CISCx86 corren a DOS, Windows 3.1 y Windows 95 en el modo nativo; es decir, sin la traducción de software que disminuya el desempeño. Pero CISC y RISC también reflejan dos filosofías de computación rivales. El procesamiento de RISC requiere breves instrucciones de software de la misma longitud, que son fáciles de procesar rápidamente y en tándem por un CPU. En contraste, un procesador de CISC tiene que procesar instrucciones más largas de longitud desigual. Es más difícil procesar múltiples instrucciones de CISC a la vez. Los que proponen RISC mantienen que su método de procesamiento es más eficiente y más escalable, por lo que los arquitectos pueden añadir unidades de ejecución más fácilmente a un diseño existente y aumentar el rendimiento (las unidades de ejecución son los circuitos dentro del chip que hacen gran parte del trabajo). Similarmente, RISC facilita el multiprocesamiento verdadero, donde varios CPUs trabajan simétricamente mientras dividen, ejecutan y ensamblan una cadena de instrucción; los chips CISC pueden hacer lo mismo, pero no son tan efectivos. La simplicidad de las instrucciones de RISC también significa que requieren menos lógica para ejecutar, reduciendo el costo del chip. Pocos en el campo del CISC discuten estos hechos, prefiriendo apuntar a la realidad <<la gran mayoría del software para la PC está escrito para procesadores CISC>>. Todo el debate de CISC/RISC puede ser irrelevante pronto debido a que nuevas técnicas están convergiendo. El Pentium Pro, el Nx586 y el K5 son básicamente procesadores RISC en su núcleo. Toman las instrucciones de CISC y las traducen a instrucciones estilo RISC. Para la generación que sigue al Pentium Pro, Intel y Hewlett-Packard están colaborando en un CPU híbrido que pueda aceptar instrucciones RISC y CISC. Si ese chip crea un estándar, puede acelerar el cambio hacia el software optimizado para RISC. Un mundo de RISC significaría
- 2. CPUs más poderosos, y más baratos. Cuando quiera mejorar, simplemente puede añadir otro CPU en lugar de desprenderse de su viejo CPU. Procesadores: CISC y RISC Los procesadores se agrupan hoy en dos familias, la más antigua y común de las cuales es la "CISC" o "Complex InstructionSet Computer": computador de set complejo de instrucciones. Esto corresponde a procesadores que son capaces de ejecutar un gran número de instrucciones pre-definidas en lenguaje de máquina (del orden del centenar). Desde hace unos años se fabrican y utilizan en algunas máquinas procesadores "RISC" o "Reduced Instruction Set Computer", es decir con un número reducido de instrucciones. Esto permite una ejecución más rápida de las instrucciones pero requiere compiladores (o sea traductores automáticos de programas) más complejos ya que las instrucciones que un "CISC" podría admitir pero no un "RISC", deben ser escritas como combinaciones de varias instrucciones admisibles del "RISC". Se obtiene una ganancia en velocidad por el hecho que el RISC domina instrucciones muy frecuentes mientras son operaciones menos frecuentes las que deben descomponerse. Dentro de muy poco los usuarios dejaran de hacerse la pregunta ¿RISC O CISC?, puesto que la tendencia futura, nos lleva a pensar que ya no existirán los CISC puros. Hace ya tiempo que se ha empezado a investigar sobre microprocesadores "híbridos", es decir, han llevado a cabo el que las nuevas CPU's no sean en su cien por cien CISC, sino por el contrario, que estas ya contengan algunos aspectos de tecnología RISC. Este propósito se ha realizado con el fin de obtener ventajas procedentes de ambas tecnologías (mantener la compatibilidad x86 de los CISC, y a la vez aumentar las prestaciones hasta aproximarse a un RISC), sin embargo, este objetivo todavía no se ha conseguido, de momento se han introducido algunos puntos del RISC, lo cual no significa que hayan alcanzado un nivel optimo. Realmente, las diferencias son cada vez mas borrosas entre las arquitecturas CISC y RISC. Las CPU's combinan elementos de ambas y no son
- 3. fáciles de encasillar. Por ejemplo, el Pentium Pro traduce las largas instrucciones CISC de la arquitectura x86 a micro operaciones sencillas de longitud fija que se ejecutan en un nucleo de estilo RISC. El UltraSparc-II de Sun, acelera la decodificación MPEG con unas instrucciones especiales para gráficos; estas instrucciones obtienen unos resultados que en otros procesadores requerirían 48 instrucciones. Por lo tanto a corto plazo, en el mercado coexistirán las CPU's RISC y los microprocesadores híbridos RISC - CISC, pero cada vez con diferencias mas difusas entre ambas tecnologías. De hecho, los futuros procesadores lucharan en cuatro frentes: -Ejecutar más instrucciones por ciclo. -Ejecutar las instrucciones en orden distinto del original para que las interdependencias entre operaciones sucesivas no afecten al rendimiento del procesador. -Renombrar los registros para paliar la escasez de los mismos. -Contribuir a acelerar el rendimiento global del sistema, además de la velocidad de la CPU. Fundamentos y origen del RISC Los titulares que definen la arquitectura RISC, podría resumirse, con la suficiente flexibilidad, en varios puntos: - Reducción del número de instrucciones ( ensamblador ). - Uso intensivo de registros, disminuyendo los accesos a memoria. - Simplificación de la CPU en aras de una mayor velocidad de proceso. - Empleo de memorias cache.
- 4. - Utilización de "compiladores optimizados", generadores de código objeto adaptado a los requerimientos de la CPU. Corazón del RISC La CPU o procesador es el centro, el cerebro del ordenador. Sera ella quien dicte las acciones a tomar tras leer la información contenida en memoria. Se alimenta de instrucciones en lenguaje ensamblador para, a partir de cada una de estas, generar una pleyade de ordenes ( microordenes ) que, semicultas al programador, recorrerán las interioridades del propio procesador, activando registros, etc,... de su complejo hardware, a la vez que escapan hacia el exterior de la CPU con la misión de gobernar el comportamiento de la memoria buses de E/S, etc. En resumen son estas micro ordenes las que constituyes el sistema nervioso del ordenador. El problema se plantea al implementar en la CPU un dispositivo que "dispare" una serie de respuestas ante el estimulo de los "LOAD", "STORE", "JUMP", "MOVE" Las CPU's cuentan con una pequeña memoria de control de naturaleza ROM en la que se graba el conjunto de micro ordenes que corresponden a cada instrucción. Cuando una de estas es introducida en el procesador, lo que se hace realmente es utilizarla para direccionar adecuadamente la memoria de control y obtener así las micro ordenes correspondientes. ¿Ventajas? Un cambio en las instrucciones solo exige reagravar esta ROM. Los ordenadores etiquetados como CISC gozan de los privilegios y defectos del micro código. La CPU es considerablemente más rápida que la memoria principal. Esto significa que conviene manejar un amplio abanico de instrucciones complejas cuyo significado equivalga al de varias instrucciones simples, disminuyendo asi los accesos a memoria. A esto se le añade la tendencia de aumentar el grado de complejidad de las instrucciones para acercarlas a los lenguajes de alto nivel. Sin embargo, como resultado de ciertos estudios en los que se examino la frecuencia de utilización de las diferentes instrucciones, se observo que el 80 % del tiempo era consumido por solo el 20 % de las instrucciones, con prioridad de los almacenamientos (STORE), cargas (LOAD) y bifurcaciones (BRANCH).
- 5. Esto significa que se poseían soberbias memorias de control cuyo contenido era muy poco utilizado. Se estaba penalizando la velocidad de respuesta en aras de tener información poco útil. La alternativa RISC se basa en esto y propone procesadores cableados con un repertorio simple de instrucciones sencillas y frecuentes; todo código complejo puede descomponerse en varios congéneres mas elementales en los que, para evitar los terribles efectos sobre los retardos de la memoria principal (MP), se recurre a numerosos registros y a memorias cache. Un registro es una unidad de almacenamiento enclavada en la CPU y, por tanto, tan rápida como esta. Las memorias cache son pequeñas memorias de alta velocidad, se alimentan de la MP, de la que toman la información que está siendo más frecuentemente utilizada. Otro de los objetivos del RISC fue lograr que a cada instrucción correspondiera un solo ciclo de reloj, a excepción, de aquellos casos que hay que mover datos. - Disminuye la probabilidad de fallo. - Reduce el tamaño de la CPU, que puede entonces albergar más recursos (registros). - Facilita el diseño. - Permite maquinas más compactas y con menor consumo. - A menor complejidad... menor coste. Aun así con todos los datos obtenidos a favor y en contra del CISC y del RISC, hay que tener en cuenta otro factor importante : la eficacia del software. Compiladores optimizados del RISC Es cierto que un procesador RISC es más veloz que uno CISC, pero también lo es que, al ser más simples las instrucciones, necesita más de estas para emular funciones complejas, por lo que los programas son más largos y voluminosos. Es decir, el código objeto generado, ocupa más memoria y, al ser más extenso, emplea más tiempo en ser procesado. Los partidarios argumentan que el factor volumen de memoria incide poco en el precio, además estiman que
- 6. el aumento de código no toma dimensiones importantes por el uso de coprocesadores y compiladores optimizados. Al existir menor variedad en el código generado, el proceso de compilación es mas rápido. El motivo es que hay menor número de reglas y posibilidades entre las que elegir (no existirá la disyuntiva de construir la misma acción por diferentes caminos, solo habrá una forma única ) evitando la exploración de grandes tablas de instrucciones en busca del sujeto correcto. "En un ordenador convencional, la misma instrucción de lenguaje de alto nivel puede ejecutarse de diversa formas, cada una con sus inconvenientes y ventajas, pero en el RISC solo hay una forma de hacer las cosas” Al traducir los lenguajes de alto nivel mediante unidades de extrema simplicidad, se incremente la eficiencia. Si se emplean instrucciones potentes se corre el riesgo de no aprovecharlas en su totalidad y potencia, menor es la adaptación a los diferentes casos particulares ¿RISC o CISC? El conflicto surge al evaluar las ventajas netas ¿qué es más apropiado, usar muchas instrucciones de un solo ciclo aprovechadas al máximo, o pocas de múltiples pasos de reloj en las que existe infrautilización? La cuestión, es que hasta el momento, el estudio de prestaciones de ambas tecnologías, nos ha llevado a concluir que hoy en día los RISC obtienen más prestaciones, es decir, son más potentes y rápidos que los CISC. Sin embargo, el mercado se ha decantado por la tecnología CISC en cuanto a volumen de ventas. Por experiencia propia, podemos comprobar que un CISC tiene un coste "razonable", que es alcanzado a nivel de usuario. Esto mismo, no ocurre con los RISC, que por el contrario tienen un coste elevado, por esto mismo esta tecnología ha sido enfocada a ventas a nivel de empresa y equipos de gama alta. La utilidad que se le dé a la maquina es muy importante, ya que el usuario debe de encontrar un nivel optimo en cuanto a calidad - precio. Y por qué pagar más si realmente no se le va a sacar partido al cien por cien.
- 7. El software utilizado es otro de los factores importantes, dado que un RISC no utiliza el mismo software que un CISC. Estos últimos, por lo general tienen un software más asequible. Dada la compatibilidad hacia atrás de la familia CISC x86, los usuarios han podido renovar sus equipos sin por ello tener que abandonar software que ya conocían, y reutilizar sus datos. Así mismo, los fabricantes han tenido en cuenta este factor, puesto que seguir con otra línea de procesadores suponía no solo un cambio muy radical, sino que además podía llevar un riesgo en cuanto a ventas. Estos son algunos de los motivos. Sin embargo, también hay que tener en cuenta el conflicto de intereses de algunos fabricantes, así como la opinión de distintas revistas, algunas de ellas asociadas a diferentes marcas. Se están estudiando las tendencias futuras, como pueden ser los híbridos, mejoras en los microprocesadores CISC, mejoras en los RISC.