Arquitetura risc

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Arquitetura de Computadores - Arquitetura RISC
por Helcio Wagner da Silva

Introdução
• RISC = Reduced Instruction Set Computer • Elementos básicos:
– Grande número de registradores de propósito geral ou uso de tecnologias de compilação na otimização do uso de registradores – Conjunto limitado (reduzido) de instruções simples – Enfoque na utilização de pipeline de instruções

•Arquitetura oposta à Instruction Set Computer)

CISC

(Complex
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Introdução
CARACTERÍSTICA Ano de desenvolvimento Número de instruções Tamanho de uma instrução (Bytes) Modos de endereçamento Número de registradores de propósito geral Processador 80486 (Intel, CISC) 1989 235 1-11 11 8 SPARC (Sun, RISC) 1987 69 4 1 40-520

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Características da Execução de Instruções
• Com as linguagens deprogramação de baixo nível, o custo da produção de SW era bem alto • Além disso, falhas de SW eram inerentemente mais comuns que falhas de HW • Esse panorama mudou com o surgimento das linguagens de programação de alto nível
– Elas permitem ao programador abstrair os detalhes da máquina e expressar algoritmos de forma mais concisa
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Características da Execução de Instruções
• O preço pago pelaadoção das linguagens de alto nível é o gap semântico
– Há uma enorme distância entre as operações disponíveis nas linguagens de alto nível e as operações disponibilizadas pelo HW da máquina

• Os projetistas buscaram arquiteturas diminuíssem esse gap. Elas incluíam:

que

– Grandes conjuntos de instruções – Dúzias de modos de endereçamento – Implementação de diversos comandos delinguagens de alto nível no HW da máquina
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Características da Execução de Instruções
• Outros pesquisadores tomaram o caminho inverso: simplificar o conjunto de instruções • Eles tomaram com base estudos que determinavam as características e os padrões de execução de instruções de máquina geradas por programas de alto nível • Os aspectos examinados foram:
– Operações realizadas – Operandos usados –Chamadas de procedimento
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Características da Execução de Instruções – operações realizadas
Ocorrência dinâmica Pascal Comando de atribuição Comando de repetição 45 5 C 38 3 Ponderada por instrução de máquina Pascal 13 42 C 13 32 Ponderada por referência à memória Pascal 14 33 C 15 26

Chamada de proced. Comando condicional Desvio incondicional
Outros

15 29 6

12 43 3
1

31 11 333 21 1

44 7 2

45 13 1

São executados mais freqüentemente

Consomem mais tempo na execução
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Características da Execução de Instruções – operandos
Pascal Constante inteira Variável escalar Vetor/registro 16 58 26 C 23 53 24 Média 20 55 25

• A maioria das referências é para variáveis escalares - e locais
– Referências a vetores ou registros incluem referências anteriores aseus apontadores, que são, também, variáveis escalares locais
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Características da Execução de Instruções – chamadas de procedimentos
• Aspectos significativos:
– Número de parâmetros e variáveis utilizados
% de execução de chamadas de proc. com: Compiladores, interpretadores e editores de texto Pequenos programas não numéricos

> 3 argumentos
> 5 argumentos > 8 argumentos e variáveisescalares locais > 12 argumentos e variáveis escalares locais

0-7 %
0-3 % 1-20 % 1-6 %

0-5 %
0% 0-6 % 0-3 %

– Nível de aninhamento de procedimentos
• Normalmente, o programa permanece limitado a uma janela de profundidade limitada
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Características da Execução de Instruções – resumo das conclusões
• Comandos de atribuição (movimentação de dados) são muito utilizados • Esses dadossão, em sua maioria, variáveis escalares locais • Abordagens visando melhoria do desempenho
– Abordagem baseada em HW
• Banco de Registradores

– Abordagem baseada em SW
• Técnicas de compilação que visam otimizar a utilização de registradores
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Banco de Registradores
• Registradores são organizados em janelas para diminuir o acesso à memória
Registradores de parâmetros Registradores...
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