Arquitectura de CPU
Un conjunto mínimo de instrucciones ( MISC ) es una arquitectura de unidad central de procesamiento (CPU), generalmente en forma de microprocesador , con una cantidad muy pequeña de operaciones básicas y códigos de operación correspondientes , que juntos forman un conjunto de instrucciones . Estos conjuntos suelen estar basados en pilas en lugar de en registros para reducir el tamaño de los especificadores de operandos .
Una arquitectura de máquina de pila de este tipo es inherentemente más simple ya que todas las instrucciones operan en las entradas superiores de la pila.
Un resultado de la arquitectura de pila es un conjunto de instrucciones en general más pequeño, lo que permite una unidad de decodificación de instrucciones más pequeña y más rápida con un funcionamiento en general más rápido de las instrucciones individuales.
Características y filosofía de diseño
Además de la definición de pila de una arquitectura MISC, la arquitectura MISC se define por la cantidad de instrucciones admitidas.
- Por lo general, se considera que una computadora con un conjunto mínimo de instrucciones tiene 32 instrucciones o menos, [1] [2] [3] donde las instrucciones de tipo NOP, RESET y CPUID generalmente no se cuentan por consenso debido a su naturaleza fundamental.
- Se considera que 32 instrucciones es el número máximo permitido de instrucciones para un MISC, aunque 16 u 8 instrucciones se acercan más a lo que se entiende por "Instrucciones mínimas".
- Una CPU MISC no puede tener cero instrucciones ya que es una computadora con conjunto de instrucciones cero .
- Una CPU MISC no puede tener una sola instrucción ya que es una computadora con un solo conjunto de instrucciones . [4]
- Las instrucciones de CPU implementadas no deberían admitir, por defecto, un conjunto amplio de entradas, por lo que esto normalmente significa una CPU de 8 o 16 bits.
- Si una CPU tiene un bit NX , es más probable que se la considere una computadora de conjunto de instrucciones complejo (CISC) o una computadora de conjunto de instrucciones reducido (RISC).
- Los chips MISC generalmente carecen de protección de memoria de hardware de cualquier tipo, a menos que exista una razón específica de la aplicación para tener la función.
- Si una CPU tiene un subsistema de microcódigo , eso la excluye de ser un MISC.
- El único modo de direccionamiento considerado aceptable [¿ por quién? – Debatir ] para una CPU MISC es cargar/almacenar , lo mismo que para las CPU de computadora con conjunto de instrucciones reducido (RISC).
- Las CPU MISC normalmente pueden tener entre 64 KB y 4 GB de memoria direccionable accesible, pero la mayoría de los diseños MISC tienen menos de 1 megabyte.
Además, las secuencias de instrucciones de MISC suelen ser muy simples. Las secuencias de instrucciones , la predicción de saltos , la ejecución fuera de orden , el cambio de nombre de registros y la ejecución especulativa excluyen en general que una CPU se clasifique como una arquitectura MISC.
Si bien las CPU de 1 bit son obsoletas (y no eran MISC ni OISC), la primera computadora con nanotubos de carbono es una computadora de un conjunto de instrucciones de 1 bit , y tiene solo 178 transistores, y por lo tanto es probablemente la CPU de menor complejidad (o la siguiente más baja) producida hasta ahora (por cantidad de transistores ).
Historia
Algunas de las primeras computadoras digitales implementadas con conjuntos de instrucciones fueron, según la definición moderna, computadoras con conjuntos de instrucciones mínimos.
Entre estas diversas computadoras, sólo ILLIAC y ORDVAC tenían conjuntos de instrucciones compatibles.
- Manchester Baby (Universidad de Manchester, Inglaterra) realizó su primera ejecución exitosa de un programa almacenado el 21 de junio de 1948.
- Calculadora automática de almacenamiento de retardo electrónico (EDSAC, Universidad de Cambridge , Inglaterra) fue la primera computadora electrónica práctica con programa almacenado (mayo de 1949)
- Manchester Mark 1 ( Universidad Victoria de Manchester , Inglaterra) Desarrollado a partir del bebé (junio de 1949)
- Computadora automática para la investigación científica e industrial de la Commonwealth ( CSIRAC , Consejo para la investigación científica e industrial ) Australia (noviembre de 1949)
- Computadora automática de variable discreta electrónica ( EDVAC , Laboratorio de investigación balística , Laboratorio de computación en el campo de pruebas de Aberdeen, 1951)
- Computadora automática variable discreta Ordnance ( ORDVAC , Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ) en Aberdeen Proving Ground, Maryland (finalizada en noviembre de 1951) [5]
- Máquina IAS en la Universidad de Princeton (enero de 1952)
- MANIAC I en el Laboratorio Científico de Los Álamos (marzo de 1952)
- El MESM realizó su primera prueba en Kiev el 6 de noviembre de 1950.
- Illinois Automatic Computer ( ILLIAC ) en la Universidad de Illinois (septiembre de 1952)
Las primeras computadoras con programa almacenado
- El IBM SSEC tenía la capacidad de tratar instrucciones como datos, y se demostró públicamente el 27 de enero de 1948. Esta capacidad se reivindicó en una patente estadounidense expedida el 28 de abril de 1953. [6] Sin embargo, era en parte electromecánico, no totalmente electrónico. En la práctica, las instrucciones se leían desde una cinta de papel debido a su memoria limitada. [7]
- El Manchester Baby , de la Universidad Victoria de Manchester , fue el primer ordenador totalmente electrónico capaz de ejecutar un programa almacenado. El 21 de junio de 1948, ejecutó un programa de factorización durante 52 minutos, después de ejecutar un programa de división simple y un programa para demostrar que dos números eran primos entre sí .
- El Integrador Numérico Electrónico y Computadora ( ENIAC ) fue modificado para funcionar como una computadora primitiva de programa almacenado de solo lectura (usando las Tablas de Funciones para la memoria de solo lectura del programa (ROM) y se demostró como tal el 16 de septiembre de 1948, ejecutando un programa de Adele Goldstine para von Neumann.
- La computadora automática binaria ( BINAC ) ejecutó algunos programas de prueba en febrero, marzo y abril de 1949, aunque no se completó hasta septiembre de 1949.
- El Manchester Mark 1 se desarrolló a partir del proyecto Baby. Una versión intermedia del Mark 1 estuvo disponible para ejecutar programas en abril de 1949, pero no se completó hasta octubre de 1949.
- La calculadora automática de almacenamiento de retardo electrónico (EDSAC) ejecutó su primer programa el 6 de mayo de 1949.
- La computadora automática electrónica variable discreta ( EDVAC ) fue entregada en agosto de 1949, pero tuvo problemas que impidieron su puesta en funcionamiento regular hasta 1951.
- La Computadora Automática de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth ( CSIRAC , anteriormente CSIR Mk I) ejecutó su primer programa en noviembre de 1949.
- La Computadora Automática Estándar del Este ( SEAC ) se presentó en abril de 1950.
- El Pilot ACE ejecutó su primer programa el 10 de mayo de 1950 y se demostró en diciembre de 1950.
- La Computadora Automática Occidental Estándar ( SWAC ) se completó en julio de 1950.
- El Whirlwind se completó en diciembre de 1950 y estuvo en uso real en abril de 1951.
- El primer ERA Atlas (posteriormente el modelo comercial ERA 1101/UNIVAC 1101) se instaló en diciembre de 1950.
Debilidades del diseño
La desventaja de un MISC es que las instrucciones tienden a tener más dependencias secuenciales, lo que reduce el paralelismo general a nivel de instrucción .
Las arquitecturas MISC tienen mucho en común con algunas características de algunos lenguajes de programación , como el uso de la pila de Forth y la máquina virtual Java . Ambas son débiles a la hora de proporcionar un paralelismo completo a nivel de instrucción . Sin embargo, se podría emplear la fusión de macrooperaciones como un medio para ejecutar frases de instrucciones comunes como pasos individuales (por ejemplo, ADD,FETCH para realizar una única lectura de memoria indexada).
CPU notables
Probablemente el MISC de mayor éxito comercial fue la arquitectura original de transputer INMOS que no tenía unidad de punto flotante . Sin embargo, muchos microcontroladores de 8 bits , para aplicaciones informáticas integradas, se califican como MISC.
Cada nave espacial STEREO incluye dos CPU P24 MISC y dos CPU CPU24 MISC. [8] [9] [10] [11]
Véase también
Referencias
- ^ Ting, Chen-hanson; Moore, Charles H. (1995). "MuP21: un procesador MISC de alto rendimiento". UltraTechnology . Offete Enterprises.
- ^ Patente estadounidense 5481743A, Baxter, Michael A., "Arquitectura informática de conjunto de instrucciones mínimo y método de emisión de instrucciones múltiples", publicada el 2 de enero de 1996, expedida el 2 de enero de 1996, asignada a Apple
- ^ Halverson, Richard Jr.; Lew, Art (1995). An FPGA-Based Minimal Instruction Set Computer (Informe técnico). Departamento de Ciencias Informáticas y de la Información, Universidad de Hawai. pág. 23. ICS-TR-94-28.
- ^ Kong, JH; Ang, L.-M.; Seng, KP (2010). "Procesador AES de conjunto mínimo de instrucciones que utiliza la arquitectura Harvard". 2010 3.ª Conferencia internacional sobre informática y tecnología de la información . págs. 65–69. doi :10.1109/ICCSIT.2010.5564522. ISBN. 978-1-4244-5540-9.
- ^ Robertson, James E. (1955). Illiac Design Techniques: informe número UIUCDCS-R-1955-146 (Informe). Urbana–Champaign , Illinois: Laboratorio de Computación Digital, Universidad de Illinois en Urbana–Champaign.
- ^ Patente estadounidense 2636672, Hamilton, Francis E.; Hughes, Ernest S. Jr. y Rowley, Russell A. et al., "Calculadora electrónica de secuencia selectiva", expedida el 28 de abril de 1953, cedida a IBM
- ^ Grosch, Herbert RJ (1991). Computadora: fragmentos de una vida. Third Millenium Books. ISBN 978-0-8873-3085-8.
- ^ Mewaldt, RA; Cohen, CMS; Cook, WR; Cummings, AC; et al. "3.5.2 El computador con conjunto mínimo de instrucciones (MISC)". El telescopio de baja energía (LET) y la electrónica central SEP para la misión STEREO (PDF) (Informe). pág. 20.
- ^ Russell, CT, ed. (2008). La misión STEREO. Springer. ISBN 978-0-387-09649-0.
- ^ Ting, CH; Cook, WR (2001). Manual del usuario del microprocesador P24 MISC (informe técnico). Tecnología eMAST. STEREO-CIT-005.A.
- ^ Manual del usuario del microprocesador CPU24 (informe técnico). NASA. Octubre de 2003. Versión 5 Actel para HET estéreo.
Enlaces externos
