Sistemas

Procesadores RISC, multiproceso y caché
Introducción:
A lo largo de la historia de la industria de los ordenadores, la tendencia mayormente adoptada para conseguir un aumento de prestaciones, ha sido el incremento de la complejidad de las instrucciones. Es lo que se ha denominado "computación con conjuntos de instrucciones complejas" o CISC (Complex Instruction Set Computing).
Sin embargo, latendencia actual, se esfuerza en conseguir procesadores con conjuntos de instrucciones de complejidad reducida o RISC (Reduced Instruction Set Computing). La idea es que un conjunto de instrucciones poco complejas son simples, y por tanto de más rápida ejecución, lo que permite crear un código más "aerodinámico".
Tanto la tecnología CISC como la RISC son acreditadas a IBM, aunque sus antecesoresbien pueden ser John vonNeumman (inventor del primer programa de ordenador almacenado, y que promovía la velocidad inherente a conjuntos de instrucciones reducidas), Maurice Wilkes (padre de la microprogramación y de muchos conceptos de los diseños RISC), y Seymour Cray (primeros supercomputadores, empleando principios RISC).
En 1975, IBM inició el desarrollo de un controlador para un sistema deconmutación telefónica, que aunque fue abandonado, sirvió como punto de partida para el desarrollo de una CPU con tecnología ECL, corazón del sistema 801, precursor del IBM PC RT.
Los inicios de la tecnología RISC también surgen en el ambiente académico, ya que en 1980, la Universidad de Berkeley (California), el Dr. David A. Patterson inició un proyecto denominado RISC I, que obtuvo resultadosen tan solo 19 meses, seguido por RISC II, SOAR (Smalltalk on a RISC) y SPUR (Symbolic Processing on a RISC). El resultado directo, además de la educación en la ingeniería y los fundamentos del diseño de microprocesadores, fue la creación de una máquina que fuese capaz de mayores velocidades de ejecución a menores velocidades de reloj y que requiriese menores esfuerzos de diseño.
Casisimultáneamente, en la Universidad de Stanford, el Dr. John Hennesy inició también un proyecto de implementación RISC, denominado MIPS, seguido por el sistema MIPS-XMP, enfocados hacia el proceso simbólico, demostrando las capacidades de velocidad de la arquitectura RISC.
Ambos profesores se vieron envueltos rápidamente, en proyectos de productos comerciales, y en concreto, Hennesy fue uno de los fundadoresde MIPS Computer Systems, mientras Patterson actuaba de asesor durante el desarrollo del primer SPARC.
Por otro lado, durante las pasadas décadas, el multiproceso, como medida de incrementar drásticamente las prestaciones de los sistemas a un coste razonable, se ha visto reducido al ámbito de los computadores de "alto nivel", en parte debido a los bajos niveles de integración del silicio, y a lafalta de software que facilitase la ejecución paralela de las aplicaciones.
Las ventajas de los procesadores RISC, especialmente las ligadas a los sistemas abiertos (léase UNIX), los hacen plataformas ideales para explorar los puntos fuertes de los sistemas multiprocesadores.
Tecnología RISC:
La comparación que antes hemos realizado entre CISC y RISC es algo simple, ya que no es sólo unacuestión de diferencias en el conjunto de instrucciones, puesto que es fundamental resaltar el mejor uso y aprovechamiento de los recursos del silicio, es decir, menor tiempo de diseño y empleo de menor número de transistores, lo que redunda en menor número de errores de diseño y menor tiempo de ejecución para instrucciones individuales.
Las características comunes a todos los procesadores RISC, fuentede sus capacidades de altas prestaciones, son:
1. Modelo de conjunto de instrucciones Load/Store (Cargar/Almacenar). Sólo las instrucciones Load/Store acceden a memoria; las demás operaciones en un RISC, tienen lugar en su gran conjunto de registros. Ello simplifica el direccionamiento y acorta los tiempos de los ciclos de la CPU, y además facilita la gestión de los fallos de paginas (page...