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PROCESADOR X86 E INSTRUCCIONES MOISES VELAZQUEZ ARANDA ING.HERNÁN LESHER | ING. SISTEMAS COMPUTACIONALES | 20150077

HISTORIA La arquitectura x86 es conocer la base de los procesadores de la todavía breve historia de la informática. Se han vendido millones de procesadores a lo largo de ésta historia, pero nos enfocaremos en el hit tecnológico: la arquitectura x86, que ha sido una de las creaciones más importantes en el mundo del hardware. En 1971 Intel presentó el primer procesador comercial del mercado, el 4004. Se trataba de un modelo con bus de 4 bits y pensado para su uso en calculadoras, A él lo siguieron los Intel 8008 y 8080 en 1972 y 1974, respectivamente, con set de instrucciones diseñado por Datapoint Corporation y también pensados para ser utilizados en las calculadoras más avanzadas de la época. En 1975 inició los diseños de la arquitectura iAPX 432 (Intel Advanced Processor Architecture) de 32 bits, con mejoras en la multitarea y la administración de memoria respecto de la familia de los 8000, siendo una arquitectura pensada en la programación orientada a objetos y con la capacidad de administrar múltiples procesos simultáneamente. En el mes de mayo de 1976 comenzaron a desarrollar un nuevo procesador que empezó a venderse un par de años más tarde, a mediados de 1978. El Intel 8086 incluyó retrocompatibilidad con el software de los anteriores 8008 y 8080, utilizando transistores de 3 micras y una frecuencia de hasta 4.77 MHz. Lo más importante de todo fue la introducción de un nuevo juego de instrucciones diseñado por Intel y denominado x86-16. Unos meses más tarde, el 1 de julio de 1979 se presentó el Intel 8088, una versión más barata del 8086 con prácticamente todas sus características, y que tuvo en IBM a su principal aliado. El IBM PC 5150, considerado el primer ordenador personal ('PC') de venta masiva de la historia, utilizó el 8088 Fue entonces cuando Intel posicionó como su principal producto una nueva familia de chips: los procesadores 'x86', definidos así por usar el mismo juego de instrucciones.

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CARACTERISTICAS DE ARQUITECTURA X86 La larga experiencia de la compañía ha repercutido en múltiples y notables cambios en muchos aspectos, que van desde la mejora en el tamaño de los buses de datos (16, 32 y ahora 64 bits) a múltiples nuevas instrucciones añadidas que han ido adaptándose a los nuevos usos de la tecnología Por ejemplo, el 8086 no disponía de operaciones en coma flotante, para lo cual Intel creó un coprocesador matemático que realizase estas operaciones: fue una pequeña extensión sobre x86 denominada x87. Se trataba de procesadores independientes que proporcionaban un extra de rendimiento en cierto software, pero que a la vez suponían un coste adicional respecto del equipo original que tampoco era considerado muy barato. x86 también ha ido incluyendo nuevos sets de instrucciones y mayores registros para afrontar todo tipo de tareas. MMX, introdujo múltiples instrucciones para operar con datos en coma flotante, enteros o posiciones de memoria), 3DNow! (una evolución sobre MMX, también para aplicación gráfica) o AES (más reciente, para cifrado de la información). Si revisamos, veremos que en x86 dispondremos de cientos de instrucciones, muchas de ellas complejas que podrían subdividirse en varias instrucciones más pequeñas. Sin embargo la filosofía de CISC es precisamente esa: proporcionar un amplio conjunto de instrucciones que pueden abarcar múltiples tareas más simples. Otro aspecto fundamental de los procesadores x86 es su rendimiento. A lo largo de la historia ha demostrado ser una arquitectura muy potente, pero esto tiene su contrapartida: son un conjunto de procesadores que consumen más energía que los modelos ARM.

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ARQUITECTURA CISC Y RISC Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un microprocesador es 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 en términos de un lenguaje de estas instrucciones.

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,

RISC En la arquitectura computacional, RISC (del inglés reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características fundamentales:

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Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos. Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

El objetivo de diseñar máquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a memoria. El tipo de procesador más comúnmente utilizado en equipos de escritorio, el x86, está basado en CISC en lugar de RISC, aunque las versiones más nuevas traducen instrucciones basadas en CISC x86 a instrucciones más simples basadas en RISC para uso interno antes de su ejecución. Características:       

Incrementar el tamaño del conjunto de registros. Mayor velocidad en la ejecución de instrucciones. Implementar medidas para aumentar el paralelismo interno. Añadir cachés enormes. Añadir otras funcionalidades, como E/S y relojes para minicontroladores. Construir los chips en líneas de producción antiguas que de otra manera no serían utilizables. No ampliar las funcionalidades, y por lo tanto ofrecer el chip para aplicaciones de bajo consumo de energía o de tamaño limitado.

CISC En la arquitectura computacional, CISC (complex instruction set computer) es un modelo de arquitectura de computadora. Los microprocesadores CISC tienen un 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.x.

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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. Entre las ventajas de CISC destacan las siguientes:

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Reduce la dificultad de crear compiladores. Permite reducir el costo total del sistema. Reduce los costos de creación de sftware. Mejora la compactación de código. Facilita la depuración de errores.

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