Arquitetura CISC

O nome CISC (Complex Instruction Set Computer) advém do fato de se considerar complexo um conjunto constituído de grande quantidade de instruções, com múltiplos modos de endereçamento, entre outras críticas. Em uma época inicial da computação em que a memória era cara e pequena e, por isso, os códigos gerados pelos compiladores deveriam ser compactos e eficientes na execução. Dessa forma, os projetistas precisavam obter boa densidade do código de máquina, ou seja, cada instrução deveria fazer muito, de modo que o programa completo tivesse poucas instruções.

As arquiteturas CISC seguem algumas regras básicas:

1 - Formato de dois operandos mais comum – instruções com campos de origem e destino, como a instrução:

ADD CX, mem (subtrair o valor na memória do valor no registrador CX e colocar resultado no registrador CX)

2 - Uso de modos registrador para registrador; registrador para memória e memória para registrador.

3 - Uso de múltiplos modos de endereçamento para a memória, incluindo indexação para o caso de vetores.

4 - Instruções com largura variável, com a quantidade de bytes variando de acordo com o modo de endereçamento utilizado.

5 - As instruções requerem múltiplos ciclos de relógio para sua complexa execução, além do que a quantidade desses ciclos varia de acordo com a largura das instruções. Por exemplo, se uma instrução realiza mais de um acesso à memória para buscar dois operandos, então gasta mais ciclos do que outra que só realiza um acesso.

6 - O hardware possui poucos registradores devido ao fato de possuir muitas instruções com acesso à memória e por causa da limitação do espaço no chip usado para a memória de controle.

7 - Há também registradores especializados, como o registrador de controle (flags...); de segmento para o ponteiro da pilha, para tratamento de interpretação e outros.

Comparativos entre as arquiteturas RISC e CISC

Todos os processadores dispõem de instruções de salto “de ida e volta”, normalmente designados de instruções de chamada de sub-rotinas: nestas, para além de se alterar o conteúdo do registro PC como qualquer instrução de salto, primeiro guarda-se o endereço de instrução que segue a instrução de salto ( e que se encontra no PC); nas arquiteturas CISC este valor é normalmente guardado na stack; nas arquiteturas RISC esse valor é normalmente guardado num registro.

Conjunto de instruções de um processador RISC: o conjunto de instruções que cada processador suporta é bastante variado. Contudo é possível identificar e caracterizar grupos de instruções que se encontram presentes em qualquer arquitetura.

Para transferência de informação: integram este grupo as instruções que transferem informação entre registros e a memória (load/store), entre registros (simulado no Assembler do MIPS, e implementando com uma soma com o registro 0), diretamente entre posições de memória (suportado por exemplo, no M680x0, mas não disponível em qualquer arquitetura RISC), ou entre registros e a stack, com incremento/decremento automático do sp (disponível em qualquer arquitetura CISC, mas incomum em arquiteturas RISC);

Operações aritméticas, lógicas, …: soma, subtração e multiplicação com inteiros e fp, e operações lógicas AND, OR, NOT, ShiftLeft/Right são as mais comuns; alguns processadores suportam ainda a divisão, quer diretamente por hardware, quer por microprogramação.

Acesso a operandos em memória em CISC e RISC:Uma das consequências do fato das arquiteturas CISC disporem de um menor número de registros é a alocação das variáveis escalares, em regra, a posições de memória, enquanto que nas arquiteturas RISC, a regra era a alocação a registros. Atendendo ao modelo de programação estruturada tão em voga nos anos 70, ao fato da maioria das variáveis escalares serem locais a um dado procedimento, e à necessidade do modelo de programação ter de suportar o aninhamento e recursividade de procedimentos, as arquiteturas CISC necessitavam de um leque rico de modos de endereçamento à memória, para reduzir o gap semântico entre uma HLL e a linguagem máquina.

Resume-se aqui, as principais diferenças entre as arquiteturas CISC e RISC, nas facilidades de acesso a operandos que se encontram em memória:

CISC: grande riqueza na especificação de modos de endereçamento; exemplo do i86: modo absoluto; por registro indireto –(R), – (SP), (SP)+; por registro base–(Rb)+desloc8,16,32, (Rb)+(R), (Rb)+desloc8,16,32; com acessos indiretos à memória, isto é, com apontadores para as variáveis sem memória armazenados em células de memória.

RISC: apenas em operações load/store e apenas 1 ou 2 modos; exemplo do MIPS: apenas (R)+desloc16.

Operações lógicas e aritméticas em CISC e RISC: Duas grandes diferenças se fazem notar entre estes 2 modelos: na localização dos operandos neste tipo de operações, e o nº de operandos que é possível especificar em cada instrução.

CISC:1 ou mais operandos em memória (máx 1 no i86 e M68K); nem sempre se especificam 3 operandos (máx 2 no i86 eM68K).

RISC: operandos sempre em registros; 3 operandos especificados (1 dest, 2 fontes).

Como pode ser visto no gráfico acima, a quantidade de etapas pela qual a instrução nos processadores de arquitetura CISC e maior que as RISC, causando o efeito de demora para as instruções serem processadas.

Fonte: http://www.gruponetcampos.com.br/2011/03/arquitetura-cisc-e-risc-qual-diferenca/