Resumo da arquitetura RISC e CISC

Resumo da arquitetura RISC e CISC

RISC e CISC são estratégias de projetos de CPU´S, abordagens para atingir um certo número de objetivos definidos em relação a um certo conjunto de problemas. É importante ver a evolução a partir de um conjunto de condições tecnológicas que existiam na época. Cada um se trata de uma abordagem ao projeto de maquinas que os projetistas sentiram ser mais eficiente no uso dos recursos tecnológicos da época. É importante perceber e compreender as limitações da época (anos 70 a 90), a forma como os projetista trabalharam com elas e a chave para perceber os dois tipos de arquiteturas.

O uso da memória e armazenamento, os computadores usavam memoria de cariz magnético para armazenar o código dos programas, era cara e também bastante lenta. Com a vinda da RAM ouve uma melhora na velocidade, mas o preço era extremamente elevado. Por esse motivo colocar grandes volumes de código na memória desde o armazenamento secundário era um grande impedimento ao desempenho. Desces motivos os projetistas fizeram com que a escrita de código fosse um assunto muito sério. O bom código era compacto assim que era necessário colocá-lo todo num pequeno espaço de memória. Portanto teve a redução no código e no preço do custo total de um sistema.

Compiladores o seu trabalho era simples nessa época, era de traduzir código escrito numa linguagem de alto nível (C ou Pascal), em assembly. Depois o assembly era convertido para código de máquina. Se quisesse o código compacto e optimizado, a única solução era programar em assembly.

VLSI, esse tecnologia apenas permitia densidades de transistores que seriam muito baixas quando comparadas com os standards de hoje. Era impossível colocar várias funcionalidades em um único chip. No início dos anos 80, quando surgiu a arquitetura RISC, um milhão de transistores já era o suficiente. Devido à falta de recursos as CPU´S com CISC tinha suas unidades funcionais espalhadas por vários chips. Isso significava lentidão por avia espera na transferência de dados, o melhor ideal e a utilização de um único chip.

CISC, no início dos anos 70, os compiladores eram lento e simples devido a memória lenta e cara causando limitações no tamanho do código, portanto assim ocorreu a crise no software. Existia uma diferença enorme entre o hardware que era cada vez mais barato e o software que cada vez mais caro. Os projetistas defendiam que a única forma de controlar o problema era mudar a complexidade do software e transferir para o hardware. Se tivesse uma função que o programador não tivesse que escrever várias vezes sem conta com um programa, porque não implementar essa função no hardware que era barato e o custo de um programador não era. Essa ideia de mover a complexidade do software para o hardware foi o impulso para a arquitetura CISC, e que esse era o verdadeiro objetivo dessa arquitetura. E também a ideia de passar o código assembly se parecesse mais com os códigos de alto nível (C ou Pascal). Assim a arquitetura CISC foi levada ao extremo, tendo a motivação que era reduzir o custo do sistema fazendo computadores fossem mais fácil de programar.

Ainda a arquitetura CISC estava perdendo desempenho, foi então que ouve a redução de linhas no código para a execução. E também existia outa tática era os modos de endereçamento complexos, que carregavam nos registos e poderiam ser multiplicados pela unidade de execução a ALU (Aritmetric Logic Unit). Utiliza as linhas de código para multiplicar o conteúdo das posições era a utilização de micro-codigo, permitia a implantação de instruções ainda mais complexas no hardware. Sua principal vantagem era s execução direta assim sendo rápida, não existindo qualquer tipo de restrição ou compilação. A máquina simplesmente descodifica e executa as instruções no hardware. O seu maior problema é a ocupar algum espaço. Portanto a micro programação, é um mini processador dentro do processador. Esses micro programas são armazenados numa memória de controle especial. Para manter um bom desempenho, o microcódigo tinha que ser altamente optimizado, eficiente e compacto para que o custo da memória não aumenta-se. Mais alguns problemas sugiram como vários erros e tinha que ser corrigidos várias vezes e também era difícil detectar a onde vinha o erro.

RISC, era necessário um a solução fazer tudo em um único chip, no entanto para fazer um processador couber em um chip só foi necessário tirar algumas funcionalidades. A ideia e descobrir que tipo de tarefa o processador passava mais tempo realizando essas tarefas. Esse pensamento fez com que houvesse a inversão de passar a complexidade do software para o hardware, pois a memória estava ficando barata e os compiladores eram cada vez mais eficientes, por isso muitas das complicações de conjunto de instruções deixaram de existir. Os projetistas resolveram que o suporte para as linguagem de alto nível poderia ser mais eficiente se fosse implementado em software assim gastando pouco recurso, portanto essa tecnologia aumentou o desempenho. O microcódigo foi o primeiro a sair e também o grupo de instruções, ao compilar o código, os compiladores realizavam o mesmo conjunto de instruções em menos tempo e com simplicidade. A redução do conjunto de instruções fez com que outras instruções complexas se tornaram simples dando origem ao termo Reduced Instruction Set Computer, que foi o começo da utilização da execução direta.

Foi decidido que todas as instruções RISC deveriam demorar apenas um ciclo de relógio ao terminar sua execução. Ao perceber que tudo poderia ser feito com instruções de micro código, também poderia ser para armazenar o assembler. Por esta razão muitas instruções de uma máquina RISC corresponde a micro instruções em uma máquina CISC. A outra razão que a execução só demorasse um ciclo do relógio foi a implementação do pipelining, que permite várias execuções em paralelo, reduzindo drasticamente o número de ciclos por instrução. Além da técnica pipelining, houve mais duas inovações importantes a eliminação dos modos de endereçamento complexos e o aumento do número de registros internos do processador. Ouve a separação das instruções LOAD e STORE, assim enquanto o processador espera alguns ciclos para os dados serem carregados, pode executar outra tarefa em vez de ficar esperando.

Na arquitetura RISC a função do compilador e muito mais eficaz, a grande vantagem dessa arquitetura foi a o nível de optimização dos compiladores. Essa ação de transferir o fardo do código no hardware para o compilador foi um dos maiores avanços da arquitetura

...