“La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica” Aristóteles
ARQUITECTURAS DE CADA TIPO DE PROCESADOR (MÓVILES, (MÓVILES , LAPTOPS Y ESCRITORIO), VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA ARQUITECTURA (CISC, RISC, ARM), EVOLUCIÓN DE CADA TIPO DE PROCESADOR
Sistemas Sistemas Operati Operativos vos II Secció Sección: n: SV
RESUMEN En este artícul artículo o hablaremos hablaremos sobre sobre todo lo que se refiere refiere al micropro microprocesad cesador or y su funcionamie funcionamiento nto interno interno en un móvil, laptop laptop y computadora, computadora, ventajas ventajas y desventajas desventajas de cada arquit arquitect ectura ura (CISC, (CISC, RISC, RISC, ARM), ARM), y evoluci evolución ón de cada cada tipo tipo de proces procesador ador,, pero pero es bueno bueno aclarar que también están presentes presentes en otros dispositivos electrónicos, incluso en tu celular, y en muchos de los aparatos electrónicos utilizados actualmente. El procesador es el cerebro del sistema, encargado de procesar toda la información. Básicamente Básicamente,, es el "cerebro" "cerebro" de la computadora. Prácticamente, todo pasa por él, ya que es el responsable de ejecutar todas las instrucciones existentes. Mientras más rápido vaya el procesador, más rápido serán ejecutadas las instrucciones. Es el componente donde es usada la tecnología más reciente. Los mayores productores de procesadores en el mundo, son grandes empresas con tecnología para fabricar procesadores competitivos para computadoras: computadoras: Intel (que domina el mercado), AMD, Vía e IBM, IBM, que fabrica procesadores para otras empresas, como Transmeta. Algunos de los modelos más modernos, modernos, y los cuales cuales cuentan cuentan con la tecnología tecnología más avanzada avanzada de la actualidad actualidad son son el Intel Intel Core Sandy Bridge en sus variantes variantes i3, i5 e i7, el AMD Fusion y FX, FX, los cuales pueden incorporar incorporar hasta hasta 8 núcleos. Los anteriorme anteriormente nte mencionados mencionados cubren cubren la mayoría de las necesidades necesidades en computadoras computadoras de escritorio escritorio,, mientras mientras que para dispositivos dispositivos portátiles portátiles como celulares y tablets tablets podemos contar contar con procesadores procesadores ARM, ARM, Atom, Tegra2 Tegra2 y Snapdragon. Snapdragon.
Palabras Clave: Microproces Microprocesador, ador, Circuitos Circuitos Integrados, Integrados, Semiconduct Semiconductores, ores, Transistor Transistores, es, Unidad Unidad Centr Central al De Proce Proceso, so, Regist Registros ros,, Cache Cache
Abstract In this article we will talk talk about everything that concerns the microprocessor and its internal operation in a mobile, laptop and computer, advantages and disadvantages of each architecture (CISC, RISC, ARM), and evolution of each type of processor, but it is good to clarify Which are also present present in other electronic electronic devices, including your cell phone, and many of the electronic devices currently used. The processor is the brain brain of the system, system, in charge of processing all the information. information. Basically, it is is the "brain" of the computer. Virtually everything everything goes through through it, as it is responsibl responsiblee for executing executing all existing existing instructi instructions. ons. The faster the processor goes, the faster the instructions will be executed. It is the the component where the latest latest technology technology is used. used. The world's world's largest largest processor processor producers producers are big companies with technology to manufacture competitive processors for computers: Intel (which dominates the market), AMD, Vía and IBM, which manufactures processors for other companies, such as Transmeta. Transmeta. Some of the most modern models, and which have the most advanced advanced technology technology of today are the Intel Intel Core Sandy Bridge Bridge in its variations variations i3, i5 and i7, AMD Fusion and FX, FX, which can incorporate up to 8 cores. cores. The above mentioned covers most of the needs in desktop computers, while for portable devices such as cell phones and tablets we can count on ARM, Atom, Tegra2 and Snapdragon. Key Words: Microprocessor, Integrated Circuits, Semiconductors, Transistors, Central Processing Unit, Registers, Cache. DESARROLLO
EL MICROPROCESADOR Y SU FUNCIONAMIENTO El microprocesador es un circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo. Es un circuito sumamente integrado, estos circuitos integrados son también muy conocidos por el nombre de microchips o chips, están formados componentes muy pequeños, están ubicados en una pieza plana muy delgada construida de un material llamado semiconductor. También hay
microprocesadores que pueden tener hasta 10 millones de transistores (actúan como amplificadores electrónicos), además contiene resistencias, diodos, conexiones y condensadores. En la actualidad algunos de los microprocesadores más complejos contienen otras secciones adicionales; por ejemplo, secciones de memoria especializada denominadas memoria cach e, sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento de datos. Ya que este dispositivo ha ido evolucionando de una manera muy rápida es por eso que estos microprocesadores más modernos contienen aproximadamente unos 20 millones de transistores. Ahora también en la quinta generación de los microprocesadores Intel tomo el nombre de Pentium. Aparecido en marzo de 1993 en frecuencias de trabajo de 60 y 66 MHz, fabricados con un concepto Bi CMOS de geometría de 8 micras y con una arquitectura superes escalar, los microprocesadores Pentium se encuadran en un conce pto RISC.
MICROPROCESA MICROPROCESADOR DOR PARA PC DE ESRITORIO ESRITORIO
8086 En 1975 Intel decidió ponerse manos a la obra construyendo su primer microprocesador de16 bits que salió al mercado en 1978. Se trataba del 8086, que definió el inicio de su gama de productos más famosa, la familia de microprocesadores x86.
80286 En 1984 aparece aparece el 80286 como como base para para una nueva generación generación de ordenadores de IBM, el IBM AT (Advanced Technology). Supone un nuevo salto tecnológico. Además de incrementar el bus de direcciones de 20 bits a 24, lo que permitía acceder hasta los 16 Mb de RAM, se incrementaba la velocidad, llegando a ser hasta un 25 por ciento más rápidos que los 8086 y 8088 originales.
80386 DX y SX Introducido en 1985, el 80386 DX supera un nuevo escalón en el avance tecnológico en microprocesadores. Se incorpora una nueva ampliación y surge el número mágico, el 32. Los buses de datos y de direcciones se amplían hasta 32 líneas de datos, ocurriendo lo mismo con el tamaño de los registros. Esta ampliación supone un incremento en la memoria RAM física instalada. Puede direccionar 4 Gb de memoria física (DX significa Double word eXternal) y 64 Tb de memoria virtual, una cifra que en la actualidad está aún muy por encima de las
posibilidades económicas de los usuarios (a ver quién instala 4.000 Megabytes de RAM, unos 20 millones de pesetas).
80486DX 80486SX El 80486DX salió al mercado en 1989. La estructura interna hablando en términos numéricos es igual a la de un 80386. El tamaño de lo s registros y de los buses son de 32 bits. Mantiene los tres modos de operación: real, protegido y real virtual. Las diferencias reales con los 80386DX son que tiene un flag más, un estado de excepción más, 2 bits más en la tabla de entrada de páginas, 6 instrucciones y los registros de control tienen una longitud de 9 bits.
80486DX2, 80486DX4, 80486SX2 Estos modelos de microprocesadores en realidad son iguales que sus hermanos menores. Internamente duplican la velocidad del reloj del sistema. Es igual que revolucionar el motor de un coche para que corra más. Las consecuencia consecuenciass son obvias: un sobrecalentam sobrecalentamiento iento del micro micro con una reducción reducción de potencia. Por este motivo se recomienda utilizar un método de disipación de calor para que el rendimiento no se vea reducido (laminillas disipadoras o ventiladores). Las velocidades a las que trabajan son: 50, 66, 75 y 100 (sólo para el DX4) MHz para los DX2 y 40 y 50 MHz para los SX2
Overdrives Intel comenzó una nueva política con la salida de los microprocesadores con la denominación Overdrive. Los Overdrive eran actualizaciones para los microprocesadores instalados en los sistemas que dispusieran de un segundo zócalo para tal propósito. En esta primera generación de Overdrives los chips disponían de un duplicador de frecuencia interno y tenían un pin más, el número 169. Este pin se encargaba de inhabilitar el 80486 instalado en la placa dejando como único micro funcionando el Overdrive. No era posible la retirada del micro anterior, puesto que el sistema dejaba de funcionar
Pentium Overdrive ¡Cómo no íbamos a disponer de una versión “light” del Pentium compatible pin a pin con nuestros microprocesadores 80486DX y DX2! El 18 de septiembre de 1995 Intel anuncia la disponibilidad de un nuevo modelo procesador de mejora Pentium Overdrive a 83 MHz(además del modelo a 63 MHz que ya existía) ex istía) que permite permite la actualizaci actualización ón de los microproces microprocesadore adoress 80486 DX, DX2 y SX. Compatible pin a pin con estos microprocesadores en Pentium Overdrive integra la
tecnología del Pentium en 3,3 voltios y 0’6 micras.
Pentium Pro El Pentium Pro a 133 MHz, que fue presentado el día 3 de noviembre de 1995 en el hotel Ritz de Madrid es el primer microprocesador de la tercera generación de la gama Pentium. Está preparado específicamente para ejecutar aplicaciones compiladas y desarrolladas para 32 bits. Algunas aplicaciones desarrolladas para entornos de 16 bits tienen una reducción de rendimiento en su ejecución en sistemas basados en un Pentium Pro respecto a los Pentium normales a 133 MHz. Perfectamente compatible con sus hermanos menores incorpora nuevas mejoras, de las cuales destaca la ejecución dinámica, tema al que dedicaremos un apartado especial y la inclusión de una memoria cache secundaria integrada en el encapsulado del chip.
PROCESADORE PROCESADORESS EN DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS MÓVILES Tras Tras el paso paso de de los años años la la elecci elección ón de un celu celular lar se a reduci reducido do prácti prácticam cament entee a la elecci elección ón de un procesador, ya que el usuario moderno sabe que mientras mejor sea el procesador, procesador, tendrá una mejor mejor experiencia experiencia en en cuanto al uso uso del sistem sistemaa operativo operativo y sus aplicaciones. Considerando lo anterior, el procesador cobra una doble importancia, ya que el continuo avance avance en aplica aplicacio ciones nes y juegos juegos para para los dispos dispositi itivos vos móvile móviless hace hace necesari necesario o cada vez más un proc procesa esador dor mas potent potentee que pueda pueda corr correr er este este tipo tipo de aplica aplicacio ciones nes cada cada vez más complejas. En la actualidad los procesadores mas utilizados y que veremos a continuación, están basados en la tecnología tecnología System-on-a System-on-a-chip -chip (SoC), (SoC), esto esto significa significa que se integra integra en un solo chip todos todos o gran parte parte de los componentes componentes de de un disposit dispositivo ivo móvil que cumplen cumplen otras otras funcion funciones es como como por ejemplo: GPS, procesamiento de gráficos, sonido, etc.
Arquitectura ARM La arquitectura ARM domina el mercado de los procesadores para celulares con aproximadamente un 80% del mercado, esto debido a su principal característica; el bajo consumo consumo de energía energía,, caract caracterí erísti stica ca import important antee para un disposi dispositiv tivo o móvil. móvil. El diseño del ARM comenzó comenzó en 1983, a cargo de Roger Roger Wilson y Steve Steve Furber Furber como un proyecto de la empresa Acorn Computer. Compu ter. En 1985 se terminaron los primeros prototipos del procesador procesador al que que llamaron llamaron ARM1, un un año después, después, en 1986 1986 se lanza al mercado mercado la primera primera versión versión comercial comercial de este procesador procesador llamado ARM2, ARM2, desde entonces han salido salido una
serie de familias como: ARM3, ARM6,ARM7, ARM7TDMI, StrongARM, ARM9TDMI, ARM9E, ARM9E, ARM1 ARM10E,X 0E,XSca Scale, le, ARM11, ARM11, Cort Cortex, ex,
etc. etc. Actual Actualmen mente te la la mayorí mayoríaa de los los
procesadores fabricados para los dispositivos móviles se basan en una de estas familias para su desarrollo. Veamos por ejemplo el caso de Iphone Iphone de Apple
Como podemos ver cada procesador en cada modelo del iphone se basa en una diferente familia de la arquitectura ARM, siendo el procesador mas actual para el iPhone, iPhone, el Apple A6 de doble núcleo basado basado en la familia Cortex.
ARM ARM Cor Corte texx - A15 A15 Proces Procesado adorr Humm Humming ingbir bird d y Exyn Exynos os de Sams Samsung ung Samsun Samsung g tambié también n tiene tiene su su propi propiaa línea línea de procesadores,
el
mas
conocido
es
el
Samsung
Hummingbird. Este procesador esta implementado en el Samsung Galaxy i9000, tiene una arquitectura ARM cortex-A8, sin embarg embargo o Samsung Samsung a mejorado mejorado el diseño diseño lógico lógico logran logrando do que un mismo numero de procesos sea completado en menos tiempo, obteniendo una ganancia de un 5 a un 10% en el desempeño sobre el diseño original de ARM. Posee además tecnología tecnología de 45 nm (manóme (manómetros) tros),, esto esto signifi significa ca que que tiene tiene una mayor cantidad de transistores en un menor espacio físico.
Procesador Samsung Hummingbird Una de las últimos últimos procesador procesadores es de Samsung sacado sacado al mercado es el Exynos 4 Quad basado basado en ARM Cortex-A9 Cortex-A9 de cuádruple cuádruple núcleo, núcleo, utilizado utilizado en el Galaxy SIII. SIII. Fue el prim primer er proces procesado adorr de cuatro cuatro núcleos núcleos que salió salió al merca mercado do y cuenta cuenta con la tecnol tecnologí ogíaa High-k Metal Gate de 32 nm, posee una velocidad de reloj de 1.4 GHz y un 20% menos de consumo consumo energético energético respecto respecto a su predecesor predecesor el Exynos 4 Dual basado en la tecnología tecnología de 45 nm. El procesador incorpora un nuevo motor por hardware para la gestió gestión n de
vide video o
de
alta alta defini definició ción n 1080p, 1080p,
esto esto
tanto tanto
para para
la la grabac grabación ión como como
la reprod reproducci ucción. ón. La última última versió versión n sacada sacada al merc mercado ado por Samsung Samsung es el el Exynos Exynos 5 Dual Dual basado en la arquitectur arquitecturaa ARM Cortex-A15 Cortex-A15 y con una frecuenci frecuenciaa de 1.7GHz de doble doble núcleo basada en tecnología tecnología de 32nm, junto junto a una GPU quad core core Mali T-604 T-604 capaz de gestionar gestionar resoluciones de hasta 2560x1600 píxeles.
Samsung Galaxy S3 con Exynos 4 Quad.
Procesador Procesador Snapdragon Snapdragon de Qualcomm Qualcomm Al igual que el procesador procesador anterior, anterior, el Snapdragon Snapdragon también también esta desarroll desarrollado ado en base a la tecnol tecnologí ogíaa de 45nm lo que repres represent entaa un buen desemp desempeño. eño. Esta generacion de procesadores basadas en la familia Cortex, version ARMv7-A y nucleo Qualcomm Scorpion Scorpion es es utilizad utilizadaa por dispositiv dispositivos os móviles móviles como el HTC Desire Z, thunderbold y el Disire HD. Actualmente Qualcomm esta produciendo procesadores basados basados en tecnología tecnología de 28nm llamado llamados, s, SnapDrag SnapDragon on S4. Esta Esta reducción reducción de tamaño tamaño (28 nm) nm)
implica una mejora en el consumo al realizar las mismas tareas que con un p rocesador de por ejemplo ejemplo 45 nm. nm. Segun Segun los creadores creadores la la reducción reducción en el consumo consumo estaría estaría entre un 25 a 40%. Gráfic Gráfico o de consum consumo o energét energético ico,, compar comparaci ación ón tecnolo tecnología gíass 28nm 28nm vs 45nm 45nm
CPU Para esta esta nueva tecnología tecnología las CPUs CPUs pasan de ser ser Qualcomm Qualcomm Scorpio Scorpion n a Krait con con una frecuencia de reloj comprendida entre los 1.5 GHz y los 2.5 GHz, logrando con esto un 60% mas de rendimiento rendimiento su predecesor predecesor Snapdragon Snapdragon de 45nm.
GPU Snapdragon S4, cuenta cuenta con una GPU adreno 225, que es aproximadamente un 50% más rápida que la adreno 220. La arquitectura del nuevo procesador Snapdragon S4 es un desarrollo propio de Qualcomm basado en ARM.
Procesad Procesador or OMAP de Texas Texas Instrume Instruments nts OMAP 3 El OMAP36x comparte con el resto, la característica de diseño sobre los los 45nm 45nm en el cual cual Texa Texass Instr Instrum umen ents ts añad añadió ió un acel aceler erad ador or de imág imágen enes es llam llamad ado o IVA 2 que que sopo soport rtaa la codi codifi fica caci ción ón y deco decodi difi fica caci ción ón de imág imágen enes es por por hardwa hardware, re, ademá ademáss incluye incluye un un compone componente nte que que llaman llaman Proces Procesador ador de señale señaless integr integrado ado que se encarga de manejar la información de imágenes y captura de video, el resultado, una mejora en el desempeño de la batería y en la captura de imágenes. Al Al ig igual qu que el el Hummin Hummingbi gbird rd el OMAP OMAP de últim últimaa genera generació ción n también también cuent cuentaa con NEON ARM para para potenc potencia iarr el dese desemp mpeñ eño o de apli aplicac cacio ione ness mult multim imed edia ia..
Arquitectura de OMAP 5 Procesador Procesador Tegra Tegra de Nvidia Es el proc procesa esador dor con con mas éxito éxito de esta esta genera generació ción n basado basado en la la arquit arquitect ectura ura Corte Cortexx- A9 con con una frecuencia frecuencia maxima maxima de 1,2 GHz y un diseño diseño de 40nm, 40nm, posee dos dos núcleos núcleos y cada núcleo posee 64 Kb de memoria memoria cache.
Equipado Equipado con un procesador procesador de señales señales capaz de soportar soportar sensores sensores de cámaras cámaras de hasta 12 Megapíxeles. Megapíxeles. En En lo referente referente al procesami procesamiento ento de gráficos gráficos se cuenta con un chip chip Geforce Geforce de ultra bajo consumo y adicionalmente soporta la sa lida de video HDMI. En conclusión conclusión tenemos tenemos un procesador procesador increíbleme increíblemente nte rápido, rápido, con una gran gran desempe desempeño ño en procesamient procesamiento o de gráficos gráficos y con con un bajo consumo consumo de batería. batería. A pesar de ser un procesador diseñado para los tablets, Nvidia Tegra 2 ha sido integrado en dispositivos dispositivos muy muy interesante interesantess como el Zune HD. HD. La página oficial oficial de Nvidia señala señala que el Tegra 2 posee una potencia potencia 4 veces mayor mayor a la primera generacio generacion n de Tegra. Algunas Algunas especificaciones del Tegra 2:
Procesador CPU: ARM ARM Cortex Cortex A-9 doble nucleo nucleo Frecuencia: Frecuencia: Hasta Hasta 1.2 GHz GHz Celulares en el mercado que integran procesadores Tegra
LG Optimu Optimuss 2X, Proces Procesador ador doble doble núcleo núcleo Tegra Tegra 2
MICROPR MICROPROCE OCESAD SADOR OR PARA PARA LAPTOPS LAPTOPS.. La marca más conocida de microprocesadores microprocesadores y componentes afines afines es Intel que funciona desde 1968. Su último lanzamiento son los circuitos Intel Atom, especiales para netbooks y equipos similares. Los procesadores Intel Intel se venden desde y hacia todas partes del mundo y son utilizados en equipos de baja y alta gama, incluso en equipamiento de la NASA. Además, esta compañía ha tenido una enorme participación en desarrollo de tecnología y software
open source o de código abierto. • Otras empresas de microprocesadores son AMD, Motorola, IBM y muchas más. - ASUS ASUS Y TOSHIB TOSHIBA A (15%) (15%) Defini Definitiv tivame amente nte TOSHI TOSHIBA BA ha demost demostrad rado o tener tener una gran gran estabilidad, La serio QOSMIO es muy buena. ASUS una marca inclusive no muy reconocida tiene también también una gran estabilidad. estabilidad. - SONY (16.8%) Sony Vaio son laptops muy minuciosamente diseñadas. diseñadas. Su precio aleja aleja a muchos compra compradores. dores. Pero es una alternat alternativa iva muy buena. buena. - APPLE APPLE (17.4% (17.4%)) Los Los dise diseñad ñadore oress gráfic gráficos os ponen ponen las las mano manoss al fueg fuego o por por los los mode modelos los MACBOOK. Grandes diseños, muy potente aunque ALIENWARE ahora le a superado en poder por el momento. - DELL (18.3%) (18.3%) Una buena buena marca americana americana término término medio. Tiene Tiene una serie serie muy resisten resistente te a golpes, agua, agua, etc. El que tiene tiene UNA difícilment difícilmentee dice que es mala. mala. A pesar de que hace un tiempo DELL tuvo un problema serio con sus BATERIAS en un modelo especifico (se incendiaban) incendiaban) al final final se se cambió el lote lote total. total. SEME SEMEJAN JANZA ZA - ACER ACER (20% (20%)) Una Una marc marcaa buena. buena. La La he usad usado o y su pre preci cio o es bas basta tant ntee accesible. Sus modelos se vuelven obsoletos muy rápido. - LENOVO (21.5%) A pesar que tiene tiene respaldo de IBM, LENOVO es una marca que visita mucho a la GARANTIA. Aparte, es muy compatible y no muy delicado. - HP (25.6%) (25.6%) La La decepción. decepción. HP es el modelo modelo que que LAPTOPS LAPTOPS que que vemos vemos todos todos los técnicos técnicos alguna vez. A pesar p esar que tiene miles de accesorios (Control remoto, pantalla giratoria, diseño pulido muy poco recomendable porque una laptop se toca mucho y queda como MANCHADO), tiene muchos problemas, en especial con la serie DV, el chip de video RECALIENTA HASTA NO ENCEDER MAS. PROPUESTAS FUTURISTICAS
ARQUITECTURA ARQUITECTURA RISC, RISC, CISC Y ARM Primeramen Primeramente te definamos definamos lo que que signifi significa ca CISC, CISC, RISC y ARM: •
CISC (complex instruction set computer) Computadoras con un conjunto de
instrucciones complejo. •
RISC (reduced instruction set computer) Computadoras con un conj unto de instrucciones
reducido. •
ARM es una una arquitectur arquitecturaa RISC (Reduced (Reduced Instru Instruction ction Set Computer=O Computer=Ordenado rdenadorr con con Conjunto Reducido de Instrucciones).
La arquitectura del procesador es lo que hace la diferencia entre el rendimient rendimiento o de un CPU (Unidad (Unidad Central de Proceso) y otra. Dependiendo procesador
de
cómo
almacena
el los
operandos operandos de las instruccione instruccioness 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
Una de las primeras primeras decisiones decisiones a la hora de diseñar un microproc microprocesador esador es decidir decidir cuál será su juego de instrucciones. La decisión por dos razones; primero, el juego de instrucciones decide el diseño físico del conjunto; segundo, cualquier operación que deba ejecutarse en el microprocesador deberá poder ser descrita descrita en términos de un lenguaje de estas instrucciones. Frente a esta cuestión caben dos filosofías filosofías de diseño; diseño; máquinas denominadas denominadas CISC y máquinas denominada denominadass RISC.
Cuando hablamos de microprocesadores
CISC, computadoras con un conjunto de
instrucciones complejo, (del inglés complex instruction set computer), y procesadores RISC, computadoras con un conjunto de instrucciones reducido, (del inglés reduced reduced instruction set computer), se piensa que los atributos complejo y reducido describen las diferencias entre los dos modelos de arquitectura para microprocesadores. Esto es cierto solo de forma superficial, pues se requiere de muchas otras características esenciales para definir los RISC y los CISC. Hasta hace solo algunos años, la división era tajante: RISC se utilizaba para entornos de red, mientras que CISC se aplicaba en ordenadores domésticos. Pero en la actualidad se alzan voces que afirman que CISC está agotando sus posibilidades, mientras mientras otras defienden fervientemente que CISC ya ha alcanzado a RISC, adoptando algunas de sus principales características. Arquitectura RISC
En la arquitectura arquitectura computaciona computacional, l, RISC (del inglés reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las las siguientes características fundamentales: Instrucciones de tamaño fijo y presentado en un reducido número de formatos. formatos. Sólo las instrucciones de carga y almacenamient almacenamiento o acceden a la memoria memoria de datos. El objetivo objetivo de diseñar máquinas máquinas con con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. El primer primer intento intento por hacer una CPU basada basada en el concepto concepto RISC fue hecho en IBM el cual comenzó en 1975, precediendo a los dos proyectos anteriores. Nombrado como proyecto RAN, el trabajo trabajo llevó a la creación creación de la familia de procesado procesadores res IBM 801, la cual fue fue utilizada ampliamente en los equipos de IBM. El 801 fue fue producido eventualmente en forma forma de un chip como ROMP en 1981, que es la abreviatura de Research Office Products Division Mini Processor. Como implica el nombre, esta CPU fue diseñada para tareas pequeñas, y cuando cuando IBM IBM lanzó lanzó el diseño diseño basad basado o en el IBM IBM RT-PC RT-PC en 1986, 1986, el rendi rendimie miento nto no no era aceptable. A pesar de esto, el 801 inspiró varios proyectos de investigación, incluyendo algunos nuevos dentro de IBM que eventualmente llevarían a su sistema IBM POWER.
Las máquinas RISC protagonizan la tendencia actual de construcción de mic roprocesadores. PowerPC, DEC Alpha, MIPS, ARM, SPARC... son ejemplos de algunos de ellos. RISC es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de conjuntos de instrucciones
pequeñas
y
simples
que
toman
menor
tiempo
para
ejecutarse.
El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque au nque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución. La idea fue inspirada por el hecho de que muchas de las características que eran incluidas en los diseños tradicionales de CPU para aumentar la velocidad estaban siendo ignoradas por los programas que eran ejecutados en ellas. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la computadora que accedía era cada vez más alta. Esto con llevó la aparición de numerosas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el número total de accesos a memoria.
Las características que generalmente son encontradas en los diseños RISC son: •
Codificaci Codificación ón uniforme uniforme de instrucciones instrucciones,, lo que permite una de codificación codificación más rápida.
•
Un conjunto de registros homogéneo, permitiendo que cualquier registro sea utilizado en cualquier contexto y así simplificar simplificar el diseño del compilador. compilador.
•
Modos de direccionamiento simple con modos más complejos reemplazados por secuencias de instrucciones aritméticas simples.
•
Los tipos de datos soportados en el hardware no se encuentran en una máquina R ISC.
•
Los diseños RISC también prefieren utilizar como característica un modelo de memoria Harvard, donde los conjuntos de instrucciones y los conjuntos de datos están conceptualmente separados.
Entre las ventajas de RISC tenemos las siguientes: •
La CPU CPU trabaj trabajaa más rápido rápido al al utiliz utilizar ar menos menos cicl ciclos os de relo relojj para para ejecut ejecutar ar instrucciones.
•
Utiliza Utiliza un sistema de direccio direcciones nes no destructivas destructivas en RAM. RAM. Eso significa significa que a diferencia de CISC, RISC conserva después de realizar sus operaciones en memoria los dos operandos y su resultado, reduciendo la eje cución de nuevas operaciones.
•
Cada instrucción puede ser ejecutada en un solo ciclo del CPU
Arquitectura CISC En la arquitectura computacional, CISC (complex instruction set computer) es un modelo de arquitectura arquitectura de computad computadora. ora. Los microproc microprocesador esadores es CISC CISC tienen un conjunto conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos, en contraposición a la arquitectura RISC. Este tipo de arquitectura dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que, en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento implementan un sistema que convierte dichas instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones. Los CISC pertenecen a la primera corriente de construcción de procesadores, antes del desarrollo de los RISC. Ejemplos de ellos son: Motorola 68000, Zilog Z80 y toda la familia Intel x86 usada en la mayoría de las computadoras personales actuales. Para realizar una sola instrucción un chip CISC CISC requiere de cuatro a diez ciclos de reloj.
Entre las ventajas ventajas de CISC destacan destacan las siguientes: siguientes: • • • •
Reduce la dificultad de crear compiladores. Permite reducir el costo total del sistema. Reduce los costos de creación de software. Mejora la compactación de código.
•
Facilita la depuración de errores.
Ejemplo de microprocesado microprocesadores res basados en la tecnología tecnología CISC: • •
Intel 8086, 8088, 80286, 80386, 80486. Motorola 68000, 68010, 68020, 68030, 6840.
Ejemplo de microprocesado microprocesadores res basados en la tecnología tecnología CISC: • • • •
MIPS, Millions Instruction Per Second. PA-RISC, Hewlett Packard. SPARC, Scalable Processor Architecture, Sun Microsystems. POWER PC, Apple, Motorola e IBM.
ARQUIT ARQUITECT ECTURA URA ARM La arquitectura arquitectura de los procesad procesadores ores móviles móviles existentes, existentes, con el permiso permiso de procesador
Intel y su
Atom Z2460 con arqu arquite itectu ctura ra x86, x86, es ARM. ARM. ARM ofrece ofrece tanto tanto los jueg juegos os de
instrucciones necesarios para programar aplicaciones como diseños de referencia para fabricar fabricar los procesadores procesadores capaces de trabaj trabajar ar con con ellos. ellos. Las instruccione instruccioness tienen un equivalente en operaciones lógicas lógicas y aritméticas, aritméticas, que a su vez tienen su «representación» electrónica electrónica realizab realizable le mediante mediante circuitos circuitos digitale digitales. s. Una compañí compañíaa interesada interesada en ofrecer ofrecer soluciones CPU basadas en ARM puede licenciar tanto las instrucciones como el diseño de referencia, o diseñar desde cero la electrónica capaz de trabajar con ellas. Durante la historia de ARM, ha habido diferentes arquitecturas
caracterizadas
por
el
juego
de
instrucciones. ARMv1, ARMv2, hasta llegar a ARMv7 con la vista puesta en ARMv8. Para cada arquitectu ra, ha habido diferentes
diseños de referencia. Por Por ejem ejempl plo, o,
para ARMv6 se tenía el diseño de referencia ARM11. Y para los actuales ARMv7 son populares los ARM Cortex A9 a la espera de los Cortex A15. Compañías como
Apple, Qualcomm o NVIDIA , en alguno de sus proyectos futuros, no
usan estos diseños de referencia y, por tanto, sus procesadores no se pueden categorizar como Cortex A9 ni A15, aunque sus características estarán en línea con las de los futuros Cortex A15. Por ejemplo, el procesador Samsung Exynos 4412 de cuatro núcleos que usa el Galaxy
S3 es ARMv7 Corte Cortex x A9, así como el Tegra
3 de NVIDIA , también quad core, es Cortex
A9. ARM es una
arquitectur arquitecturaa RISC (Reduced (Reduced Instruction Instruction Set Computer=Or Computer=Ordenador denador con Conjunto Conjunto
Reducido Reducido de Instruccio Instrucciones) nes) de 32 bits y recientemen recientemente te con la llegada llegada de su versió versión n V8-A tambié también n de 64 Bits Bits desarr desarroll ollada ada por por ARM Holdi Holdings ngs.. Se llamó llamó Advanced
RISC Machine,
y
anteriormente Acorn RISC Machine. La arquitectura ARM es licenciable. Esto significa que el negocio principal de ARM Holdings es la venta de núcleos IP, estas licencias se utilizan para crear microcontroladores y CPUs basados en este núcleo. Las empresas que son titulares de licencias ARM actuales o anteri anteriore oress incluyen incluyen a Alcate Alcatel-L l-Lucen ucent, t, Apple Apple Inc., Inc., Applied AppliedMic Micro, ro, Atmel, Atmel, Broadco Broadcom, m, Cirrus Cirrus Logic, Logic, Digita Digitall Equipme Equipment nt Corpor Corporati ation, on, Ember, Ember, Energy Energy Micro, Micro, Frees Freescal cale, e, Intel Intel (a través través de de DEC) DEC),, LG, LG, Marv Marvel elll Tech Techno nolo logy gy Gro Group, up, Micr Microse osemi mi,, Micr Micros osof oft, t, NEC, NEC, Nint Ninten endo, do, Noki Nokia, a, Nuvo Nuvoto ton, n, Nvid Nvidia ia,, Sony Sony,, Medi MediaT aTek ek,, NXP NXP (ant (antes es Phil Philip ipss Semi Semico cond nduc ucto tors rs), ), Oki, Oki, ON Semico Semicondu nducto ctor, r, Psion, Psion, Qualco Qualcomm, mm, Samsun Samsung, g, Sharp, Sharp, STMicr STMicroel oelect ectron ronics ics,, Symbi Symbios os Logic, Logic, Texas Instruments, Instruments, VLSI Technology, Yamaha, y ZiiLABS. Los procesadores ARM son desarrollados por ARM y los titulares de licencias de ARM. Prominentes familias de procesadores ARM desarrollados por ARM Holdings incluyen el ARM7,V8-A ARM9, ARM11 y Cortex. Los procesadores ARM notables desarrollados por los licenciatari licenciatarios os incluyen Applied Applied Micro Circuits Circuits Corporation Corporation X-Gene, DEC StrongARM StrongARM,, Frees eescale i.MX, Mar Marvell Tec Technology Gr Group XScale, NVIDI VIDIA A Teg Tegra, Qualcomm Snapdragon, Texas In Instruments OMAP, Samsung Exyn xynos, Apple Ax, ST-Ericsson Nova NovaTh Thor or,, Huawe Huaweii K3V2 K3V2 e Inte Intell Medf Medfie ield ld.
ARM Holdings Holdings,, la empresa empresa que que desarrolló desarrolló la la arquitectur arquitecturaa decidió decidió licenciarla licenciarla haciéndola haciéndola accesible a los distintos fabricantes por una pequeña tasa.
Entre las ventajas ventajas de ARM tenemos las siguient siguientes: es: •
Los procesadores ARM necesitan una cantidad menor de transistores que los procesadores x86 CISC CISC típicos en la la mayoría de ordenadores personales.
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Su enfoque enfoque de diseño diseño lo lleva a una reducción reducción de los costos, costos, calor calor y energía. energía.
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Son muy deseables para dispositivos que funcionan con baterías, como los teléfonos teléfonos móviles, tabletas, entre otros.
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La relativa simplicidad de los procesadores ARM los hace ideales para aplicaciones de baja potencia.
CONCLUSIONES En conclusión podemos mencionar que el usuario debe decidirse por una u otra estructura estructura de procesamiento, esto lo hace de acuerdo a la aplicación que maneje cada usuario en su PC. Esto vale vale tanto para para la decisión decisión por una determinada determinada arquitect arquitectura ura CISC, CISC, RISC o ARM, como para determi determinar nar si si cual puede emplears emplearsee en forma forma rentable rentable para una una aplicación aplicación concret concreta. a. 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 microprocesador es más rápidos y eficientes. Un microprocesador es la encapsulación, en un chip, de la unidad aritmético-lógica y la unidad de control, es quien ejecuta el programa almacenado en la memoria principal y quien opera con los datos. Si un microprocesador es capaz de ejecutar muchas instrucciones en código máquina no es garantía de ser mejor que otro que ejecuta menos instrucciones. En la actualidad sucede todo lo contrario.
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