CISC vrs RISC

Seminario privado ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

ARQUITECTURA HARVARD Y ARQUITECTURA VON NEUMAN.

Son dos arquitecturas distintas relacionadas con el uso y distribucin de la memoria

ARQUITECTURA HARVARD Y ARQUITECTURA VON NEUMAN.

ARQUITECTURA HARVARD.

Arquitectura Harvard: Este modelo, que utilizan los micro controladores PIC, tiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes.

Sistema CERRADO, Ejemplo los Micro controladores PIC.

PIC 16 F 84

PIC 16 F 84 GRABADOR PIC PRO - PIC

Ventajas arquitectura Harvard:

El tamao de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instruccin ocupe una sola posicin de memoria de programa, logrando as mayor velocidad y menor longitud de programa. Son procesadores RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido) .El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operacin. ARQUITECTURA VON NEUMAN.

Arquitectura Von Neumann: Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en esta arquitectura, en la cual la unidad central de proceso (CPU), est conectada a una memoria principal nica (casi siempre slo RAM) donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A dicha memoria se accede a travs de un sistema de buses nico (control, direcciones y datos).

Sistema ABIERTO, Ejemplo los Micro procesadores.

Las principales limitaciones que nos encontramos con la arquitectura Von Neumann son:

La limitacin de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas. La limitacin de la velocidad de operacin a causa del bus nico para datos e instrucciones que no deja acceder simultneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso.

CISC vrs RISC

CISC vrs. RISCCISC: COMPLEX INSTRUTION SET COMPUTER vrs. RISC: REDUCED INSTRUCTION SET COMPUTER

En el caso de los procesadores RISC una de sus caractersticas ms importantes es la habilidad de manejar las interrupciones sin causar perjuicio al rendimiento general del procesador, algo que en el caso de los procesadores CISC es una seria limitacin.

ARQUITECTURA INTERNA MICROPROCESADOR

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREn 1,971 intel Corporation introdujo el primer microprocesador del mundo el Intel 4004, un microprocesador de 4 bits que inclua 45 instrucciones y se ejecutaban en forma lenta a 50 KIPS (Kilo Instrucciones por segundo) .

Microprocesador 4040, versin mejorada del 4004 con velocidades mas altas.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORLos microprocesadores de 4 bits todava sobreviven en aplicaciones de bajo nivel como hornos de microondas y pequeos sistemas de control.

A finales de 1,971 intel Corporation introdujo un microprocesador de 8 bits, el 8008. Con una memoria de 16 Kbytes y con instrucciones adicionales (un total de 48), ejecutaba 50,000 instrucciones por segundo.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREn 1,973 introdujo el primer microprocesador moderno de 8 bits, el 8080. No solo manejaba ms memoria y efectuaba mas instrucciones , sino que las ejecutaba 10 veces mas rpido que el 8008, (500,000 instrucciones por segundo) y utilizaba 4 veces mas memoria (64 Kbytes).

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREn 1,977 intel Corporation introdujo una versin actualizada del 8080: El 8085 el cual procesaba 769,230 instrucciones por segundo , con 246 instrucciones y la introduccin del generador de reloj interno, el controlador del sistema interno y la frecuencia de reloj mas elevada .

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREn 1,978 intel introdujo el microprocesador 8086 y un ao despus el 8088 ambos dispositivos son microprocesadores de 16 bits (ejecutando instrucciones en 2.5 MIPS o 2.5 millones de instrucciones por segundo y tanto el 8086 y el 8088 utilizaban 1 Mbyte de memoria, 16 veces ms memoria que el 8085.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORLos microprocesadores 8086 y el 8088 incluyeron una instruccin de multiplicar y dividir que faltaba en las versiones anteriores. El total de instruccin de estos micros eran variaciones de 20,000 instrucciones.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl microprocesador de 16 bits evolucion debido a la necesidad de implantar sistemas de memora mas grandes. Las funciones tales como hojas de clculo, procesadores de palabras, verificadores ortogrficos y direcciones con base en computadora eran de memoria intensiva y requeran mas de 64 Kbytes de memoria encontrados en los microprocesadores de 8 bits.

En poco tiempo, un 1 MByte de memoria resulto limitado incluso para hojas de calculo grandes y otras aplicaciones.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl microprocesador de 16 bits evolucion debido a la necesidad de implantar sistemas de memora mas grandes. Las funciones tales como hojas de clculo, procesadores de palabras, verificadores ortogrficos y direcciones con base en computadora eran de memoria intensiva y requeran mas de 64 Kbytes de memoria encontrados en los microprocesadores de 8 bits.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador 80286. En poco tiempo, un 1 MByte de memoria resulto limitado incluso para hojas de calculo grandes y otras aplicaciones. Esto condujo a la introduccin del microprocesador 80286 en 1,983. El cual es casi idntico al 8086 y al 8088, excepto porque utiliza una memoria de 16 Mbtye en lugar de la memoria de 1 Mbyte.

La velocidad del reloj del 80286 se aument de tal manera que efecta algunas instrucciones en tan poco tiempo como 4.0 MIPS (4.0 millones de instrucciones por segundo) .ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286El 80286 extrae sus instrucciones de la memora, pero lo hace de una manera completamente nueva, Los primeros microprocesadores obtenan una instruccin de la memoria y la ejecutaban, despus buscaban la siguiente instruccin. ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286Este procesos continuaba a partir de una asignacin en forma circular al momento que el microprocesador ejecutaba el software.

El 80286 todava saca instrucciones de memoria, pero cuando ejecuta una orden, el microprocesador ya ha extrado la siguiente y ha iniciado su procesamiento.

Operacin del microprocesador 80286

Arquitectura bsica de microprocesador 80286ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286

Unidad de bus BU. La unidad de bus controla los buses del sistema y distribuye informacin entre el microprocesador y la memoria o entrada-salida (E-S). Tambin pasa informacin entre ella y la unidad de direccin, como entre la unidad de ejecucin y la unidad de instruccin. Una caracterstica importante de la Unidad de Bus es la cola de prebusqueda que la separa de la Unidad de Instruccin.ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286

Unidad de instruccin IU. La unidad de instruccin recibe los cdigos d operacin desde la BU mediante la cola de prebusqueda y los decodifica. Estas instrucciones decodificadas pasan a otra cola llamada cola de instruccin localizada entre la IU y la unidad de ejecucin. Esta cola tiene tres instrucciones de profundidad e incrementa de nuevo el rendimiento del 80286.ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286

Unidad de ejecucin EU. La unidad de ejecucin recibe la orden decodificada de la cola de instrucciones. La unidad de instruccin ejecuta las instrucciones que recibe de la cola y usa la BU para transferir los datos ente el 80286, la memoria y E-S.ARQUITECTURA BASICA DEL MICROPROCESADOR 80286

Unidad de direccin AU. La unidad de direccin genera todas las ordenes para la memoria y los accesos de E-S. La AU pasa la orden a la BU de tal manera que la memoria y la E-S se accedan. Asimismo, ejecuta la administracin de memoria al usar una variedad de tcnicas de traduccin de direccin que convierten la direccin lineal. La cual genera el software en una direccin fsica que accesa una localidad fsica de memoria o E-S.ARQUITECTURA DEL MICROPROCESADOR 80286Microprocesador 80286, Generador de reloj 82284, Controlador de bus de sistema 82288, memoria y dispositivos de E-S.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador 80386. Las funciones empiezan a demandar velocidades de microprocesador mas rpidas, mas memoria y mayor anchura para los datos. Esto condujo a Intel a introducir el 80386 en 1986, este es un micro completo de 32 bits contiene un bus de datos de 32 bits y una capacidad de direccin de memoria de 32 bits.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORItems8028680386SX80386DXRegistros16 bits32 bits32 bitsBuses internos16 bits16 bits32 bitsBus de datos16 bits16 bits32 bitsMemoria principal< 16 Mbytes< 4 Gbytes< 4 GbytesMemoria virtual< 1 Gbyte< 64 Tbytes< 64 TbytesEVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl micro 80386 utiliza hasta 4 Gbytes de memoria debido a que muchos paquetes de software requiere usar GUI (Interfaz grfica de usuario) esto requiere un micro de alta velocidad.

El micro 80386 adems de proporcionar velocidades de reloj ms elevadas. El microprocesador 80386 incluye una unidad de administracin de memoria, la cual permite localizar y manejar los recursos de memoria por el sistema operativo. EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREn 1,989 surge el microprocesador 80486 el cual incorpor el microprocesador 80386 y el coprocesador numrico 80387. Incluye una memoria cach de 8 Kbytes en un paquete integrado, casi la mitad de las instrucciones se ejecutan en 33 MIPS (33.0 millones de instrucciones por segundo). La velocidad se mejora en un 50% sobre el 80386 empleando la misma frecuencia de reloj.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORLa versin estndar del microprocesador 486 es el 486DX, que maneja registros de 32 bits y tiene un bus interno de 32 bits. Adems de todas las innovaciones incorporadas al 80386, el 486DX incluye dentro del microchip, los circuitos especializados en las operaciones con punto flotante (coprocesador matemtico).El primer microcomputador que se fabric con el microprocesador 486 fue el ALR Power Cache 486 de ALR (Advanced Logic Research). EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl 486DX tambin incluye una memoria cach de primer nivel (L1 / level 1) tipo write-through de 8 Kbytes para manejo indistinto de instrucciones y datos (la memoria cach tipo write-through slo trabaja con las operaciones de lectura desde memoria RAM). EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl 486DX Tambin permite la incorporacin de mdulos adicionales de memoria cach de segundo nivel (L2 / level 2), fuera del microprocesador (cach externa), para acelerar la transmisin de informacin entre el microprocesador y la memoria RAM.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl cambio ms importante del 486DX, con respecto al 80386, es la habilidad para ejecutar una operacin con nmeros enteros por cada ciclo del reloj interno del microprocesador, lo que se consigue al utilizar tecnologa escalar y mejorar la tcnica de entubamiento (pipelinning).EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORLas operaciones con enteros requieren de 5 fases: Preseleccin, decodificacin, generacin de direccin (decodificacin 2), ejecucin y escritura. Unicamente a partir de la quinta operacin consecutiva con enteros se consigue el rendimiento de una operacin por cada ciclo del reloj, existiendo cuatro ciclos de latencia para el proceso

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORA continuacin se presenta, esquemticamente, la organizacin interna de los microprocesadores 486DX, 486DX2 y DX4.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORSistemas Pentium: Trabajan con un microprocesador Pentium de Intel, que ingres al mercado en Marzo de 1993. El Pentium permite utilizar todas las aplicaciones desarrolladas para su predecesor, el 486.

Existen tres variantes fundamentales del Pentium: el P5, el P54C y el P55C.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl Microprocesador Pentium P5:El coprocesador matemtico est incorporado al microprocesador Pentium P5, y ha sido mejorado considerablemente con respecto al coprocesador matemtico del 486, mediante la independizacin de los componentes para ejecutar sumas, multiplicaciones y divisiones, y tambin mediante la incorporacin de tecnologa escalar. EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl Microprocesador Pentium P5:La versin estndar del microprocesador Pentium P5 emplea tecnologa superescalar (tecnologa escalar aplicada a varias unidades de procesamiento), que le permite ejecutar dos operaciones enteras no dependientes simultneamente.

El microprocesador Pentium P5 original se lo encuentra en dos versiones: de 60 Mhz y de 66 Mhz.

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl Microprocesador Pentium P5:El entubamiento de los procesos con punto flotante, y la tecnologa escalar utilizada, permiten que el coprocesador matemtico del Pentium P5 llegue a ser en promedio 5 veces ms rpido que el coprocesador matemtico del 486. Pentium P5 utiliza un bus de datos de 64 bits (el doble que el 486). Posee 8 Kbytes de memoria cach de primer nivel tipo write-back (de mejores caractersticas tcnicas que la memoria cach tipo write-through del 486) para manejo exclusivo de instrucciones

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl Microprocesador Pentium P5:Pentium P5 utiliza un bus de datos de 64 bits (el doble que el 486). Posee 8 Kbytes de memoria cach de primer nivel tipo write-back (de mejores caractersticas tcnicas que la memoria cach tipo write-through del 486) para manejo exclusivo de instrucciones

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOREl Microprocesador Pentium P5:Permite ejecutar dos operaciones enteras no dependientes simultneamente gracias a la presencia de dos unidades aritmtico-lgicas para operaciones con enteros (ALUs / arithmetic-logic units) entubadas (pipelinned), despus de cuatro ciclos de latencia. Las operaciones con enteros requieren de las mismas cinco fases del 486.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador Pentium P55C:Tambin se lo conoce como Pentium-MMX. A fines de 1996, ingres al mercado la tercera familia de microprocesadores Pentium bajo la identificacin Pentium P55C con caractersticas similares al Pentium P54C, pero mejorado ostensiblemente para el uso de multimedia mediante la incorporacin de 54 nuevas instrucciones de microcdigo.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador Pentium P55C:Tambin se lo conoce como Pentium-MMX. A fines de 1996, ingres al mercado la tercera familia de microprocesadores Pentium bajo la identificacin Pentium P55C con caractersticas similares al Pentium P54C, pero mejorado ostensiblemente para el uso de multimedia mediante la incorporacin de 54 nuevas instrucciones de microcdigo.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador Pentium P55C:Un cambio tecnolgico importante en el Pentium P55C, es que la ejecucin de cada operacin elemental requiere de 6 fases entubadas, en lugar de las 5 fases del P5 y del P54C. Adems, el P55C utiliza 16 Kbytes de memoria cach para instrucciones y otros 16 Kbytes para datos.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADORItems486DXDX4P5P54CP55CBus de datos32 bits32 bits64 bits64 bits64 bitsArquitectura interna32 bits32 bits32 bits32 bits32 bitsUnidad de punto flotanteInteriorInteriorInteriorInteriorInteriorTamao cach L18 Kbytes16 Kbytes16 Kbytes16 Kbytes32 KbytesTipo cach L2W-backW-backW-throughW-throughW-throughTamao cach L2< 256 K< 256 K< 512 K< 512 K< 512 KEVOLUCIN DEL MICROPROCESADORMicroprocesador Pentium P55C

EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR Sistemas P6: Los primeros sistemas Pentium Pro se empezaron a comercializar en Octubre de 1995, apareciendo casi simultneamente las computadoras de AST , Compaq, DEC, HP, IBM, Intergraph, Dell y Siemens.

Trabajan con un microprocesador hbrido CISC/RISC Pentium Pro de Intel. El Pentium Pro permite utilizar todas las aplicaciones desarrolladas para su predecesor, el Pentium.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR Sistemas P6:

Pentium Pro emplea tecnologa superescalar, que le permite ejecutar normalmente dos operaciones enteras no dependientes de modo simultneo, debido a la presencia de dos unidades aritmtico-lgicas para operaciones con enteros. EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR Sistemas P6:

A diferencia del Pentium P5, del P54C, y del P55C, el Pentium Pro tiene una unidad de punto flotante totalmente independiente de las unidades de enteros, por lo que puede procesar (adicionalmente a las dos operaciones enteras) una operacin de punto flotante al mismo tiempo o una tercera operacin entera.EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR Sistemas P6:

Pentium Pro utiliza dos buses de datos de 64 bits (uno conectado a la memoria cach y otro a la memoria RAM tradicional). Posee 8 Kbytes de memoria cach de primer nivel tipo write-back para manejo exclusivo de instrucciones, y tiene otros 8 Kbytes independientes de memoria cach de primer nivel tipo write-back para el manejo de datos. EVOLUCIN DEL MICROPROCESADOR Sistemas P6: