Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un procesador es el conjunto de instrucciones. Básicamente hay 2 tipos diferentes, que son CISC y RISC. Vamos a ver en que consiste cada uno de ellos.
CISC significa Complex Instruction Set Computer. Los procesadores de este tipo tienen un conjunto de instrucciones amplio y que realizan operaciones complejas entre operandos en memoria o en registros. Este tipo de procesadores son los primeros que se desarrollaron. Los motivos para seguir esta estrategia a la hora de diseñar este tipo de conjunto de instrucciones fueron muchos. En aquella época era habitual programar en lenguaje ensamblador por lo que instrucciones de este tipo hacían el procesador más sencillo de cara al programador. Se consideraba más sencillo diseñar un procesador CISC que un compilador más complicado. De hecho en muchas ocasiones ni se disponía de uno. Otro motivo era que al describir con una sola instrucción acciones más o menos complejas, que de otra manera supondrían varias instrucciones más sencillas, se ahorraba memoria que resultaba cara y de acceso lento. Más adelante, según se extendían los lenguajes de alto nivel y los compiladores, se añadían instrucciones muy especificas, que no estaban pensadas para ser usadas para programar en ensamblador, pero que eran prácticas para el compilador, ampliando y haciendo más complejo el conjunto de instrucciones. El problema de estos procesadores es que son dificiles de optimizar. Hay muchas instrucciones y algunas demasiado complejas, mientras que los recursos hardware a la hora de diseñar un procesador son limitados. También se dificulta el paralelismo, debido a lo heterogeneo del conjunto de instrucciones.
Más adelante surgió la idea de limitar el conjunto de instrucciones y hacer que cada una haga una tarea sencilla. A los procasadores que utilizan este tipo de estrategia se les conoce como RISC (Reduced Instruction Set Computer). Este tipo de procesadores que aparecieron desde el final de los años 70, se basan en operaciones load-store que permiten pasar datos de memoria a registro y viceversa y operaciones básicas cuyos operandos siempre son registros. De esta manera lo que en un procesador CISC suponía una instrucción, puede y suele traducirse en varias instrucciones RISC. Las ventajas de esto es que cada instrucción es más sencilla por lo que puede ejecutarse más rápidamente y no hay tanta diferencia en el tiempo de ejecución de instrucciones diferentes. También se puede fijar el tamaño de una instrucción. Por todo esto la segmentación y el paralelismo en la ejecución es más sencilla para el diseñador del procesador. También se limita la gestión del acceso a memoria y su retardo a 2 únicas instrucciones.
Existen otras tecnologías como VLIW y EPIC, aunque RISC y CISC son las que se utilizan en la gran mayoría de los casos.
Vistas las diferencia y teniendo en cuenta lo que han evolucionado los compiladores desde su aparición, es lógico que RISC sea lo que utilizan todos los procesadores modernos.
Antes de terminar, una puntualización. Los procesadores que utilizamos están basados en la arquitectua x86 que utiliza un conjunto de instrucciones de tipo CISC. En la época de los 486 (segmentados) y los primeros Pentium, (superescalares) estos procesadores optimizaban ciertas instrucciones en detrimento de otras. Las instrucciones optimizadas eran un subconjunto similar a lo que sería un procesador RISC. En la actualidad los procesadores convierten las instrucciones CISC en una o varias micro-operaciones según convenga al diseño del procesador que se hace siguiendo la filosofía RISC.
CISC significa Complex Instruction Set Computer. Los procesadores de este tipo tienen un conjunto de instrucciones amplio y que realizan operaciones complejas entre operandos en memoria o en registros. Este tipo de procesadores son los primeros que se desarrollaron. Los motivos para seguir esta estrategia a la hora de diseñar este tipo de conjunto de instrucciones fueron muchos. En aquella época era habitual programar en lenguaje ensamblador por lo que instrucciones de este tipo hacían el procesador más sencillo de cara al programador. Se consideraba más sencillo diseñar un procesador CISC que un compilador más complicado. De hecho en muchas ocasiones ni se disponía de uno. Otro motivo era que al describir con una sola instrucción acciones más o menos complejas, que de otra manera supondrían varias instrucciones más sencillas, se ahorraba memoria que resultaba cara y de acceso lento. Más adelante, según se extendían los lenguajes de alto nivel y los compiladores, se añadían instrucciones muy especificas, que no estaban pensadas para ser usadas para programar en ensamblador, pero que eran prácticas para el compilador, ampliando y haciendo más complejo el conjunto de instrucciones. El problema de estos procesadores es que son dificiles de optimizar. Hay muchas instrucciones y algunas demasiado complejas, mientras que los recursos hardware a la hora de diseñar un procesador son limitados. También se dificulta el paralelismo, debido a lo heterogeneo del conjunto de instrucciones.
Más adelante surgió la idea de limitar el conjunto de instrucciones y hacer que cada una haga una tarea sencilla. A los procasadores que utilizan este tipo de estrategia se les conoce como RISC (Reduced Instruction Set Computer). Este tipo de procesadores que aparecieron desde el final de los años 70, se basan en operaciones load-store que permiten pasar datos de memoria a registro y viceversa y operaciones básicas cuyos operandos siempre son registros. De esta manera lo que en un procesador CISC suponía una instrucción, puede y suele traducirse en varias instrucciones RISC. Las ventajas de esto es que cada instrucción es más sencilla por lo que puede ejecutarse más rápidamente y no hay tanta diferencia en el tiempo de ejecución de instrucciones diferentes. También se puede fijar el tamaño de una instrucción. Por todo esto la segmentación y el paralelismo en la ejecución es más sencilla para el diseñador del procesador. También se limita la gestión del acceso a memoria y su retardo a 2 únicas instrucciones.
Existen otras tecnologías como VLIW y EPIC, aunque RISC y CISC son las que se utilizan en la gran mayoría de los casos.
Vistas las diferencia y teniendo en cuenta lo que han evolucionado los compiladores desde su aparición, es lógico que RISC sea lo que utilizan todos los procesadores modernos.
Antes de terminar, una puntualización. Los procesadores que utilizamos están basados en la arquitectua x86 que utiliza un conjunto de instrucciones de tipo CISC. En la época de los 486 (segmentados) y los primeros Pentium, (superescalares) estos procesadores optimizaban ciertas instrucciones en detrimento de otras. Las instrucciones optimizadas eran un subconjunto similar a lo que sería un procesador RISC. En la actualidad los procesadores convierten las instrucciones CISC en una o varias micro-operaciones según convenga al diseño del procesador que se hace siguiendo la filosofía RISC.
Patxi Astiz
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