Arquitetura Pipelined

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Aldeir Braga

Lucas Lamounier de Almeida Souza

Samara da Costa Morais

UNIDADES DE PROCESSAMENTO RISC E CISC

Rio Branco – AC

2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ACRE

Aldeir Braga

Lucas Lamounier de Almeida Souza

Samara da Costa Morais

UNIDADES DE PROCESSAMENTO RISC E CISC

Projeto de pesquisa apresentado como exigência para obtenção de parte nota na disciplina Microprocessadores I do curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica.

Orientador: Prof. Dra. Ana Beatriz Alvarez

Rio Branco – AC

2014

RESUMO

A arquitetura CISC trabalha com um conjunto complexo de instruções, em contrapartida a arquitetura RISC atua com um número reduzido de instruções e instruções simplificadas. A partir da arquitetura RISC começou a se pensar em um modo de otimizar o desempenho, desde então a técnica pipelined começou a ser utilizada, que basicamente usa do paralelismo na execução das instruções, o presente trabalho apresenta as características gerais da técnica pipelined.

Palavras – chave: CISC, RISC, Desempenho, Pipelined, Datapath, Controle.

 

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 5

1 UNIDADES DE PROCESSAMENTO CISC E RISC 6

1.1 ARQUITETURA CISC 6

1.2 ARQUITETURA RISC 6

1.3 CISC X RISC 7

2 ARQUITETURA PIPELINED 7

2.1 DATAPATH PIPELINED 8

2.2 CONTROLE PIPELINED 10

2.3 DESEMPENHO PIPELINED 11

CONSIDERAÇÕES FINAIS 13

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 14

APÊNDICE A – TABELAS 15

APÊNDICE B – FIGURAS 16

INTRODUÇÃO

O presente trabalho dá uma breve definição sobre as arquiteturas CISC e RISC, para auxiliar a compreensão da técnica pipelined, que é utilizada para otimizar o desempenho do processador. No decorrer da pesquisa fica explicitado as diferenças entres arquiteturas CISC e RISC, para que se possa iniciar os estudos acerca da técnica pipelined, bem como o seu caminho de dados, o controle da técnica pipelined, e o desempenho da técnica pipelined, onde pode – se perceber nitidamente a diferença na produtividade quando se está aplicando a técnica pipelined e quando a mesma não é aplicada. 

1 UNIDADES DE PROCESSAMENTO CISC E RISC

1.1 Arquitetura CISC

A característica crucial para definir a arquitetura CISC (Computador com um Conjunto Complexo de Instruções) relaciona – se com seu próprio nome, ou seja, os processadores CISC têm como particularidade a capacidade de executar várias instruções complexas.

Uma das vantagens dos processadores CISC é justamente o fato de conter muitas instruções contidas no próprio processador, ajudando assim no trabalho dos programadores, pois em decorrência disso apresentam uma diminuição no tamanho do código executável, tendo em vista o fato de já conterem muitos códigos comuns em diversos programas. A figura 1, apêndice B, ilustra processadores que utilizam a arquitetura CISC.

A desvantagem apontada pelos pesquisadores da área seria a de que instruções diferentes necessitam de quantidades distintas de período de relógio para executar, podendo assim tornar o computador bastante lento.

1.2 Arquitetura RISC

A arquitetura RISC (Conjunto Reduzido de Instruções de Código) tem como característica o fato de possuir instruções reduzidas e simplificadas. Nesse caso as instruções são executadas diretamente pelo hardware, a arquitetura RISC busca otimizar as tarefas em que o processador passa mais tempo. A figura 2, vide apêndice B, ilustra a arquitetura RISC.

A arquitetura RISC apresenta como desvantagem o fato de que essa estrutura necessita de um sistema de memória rápido para alimentar suas instruções, o que pode se tornar um empecilho com relação à custos, pois encareceria o projeto.

Vale ressaltar que hoje em dia o que predomina são as estruturas conhecidas como híbridas que contam tanto com a arquitetura RISC quanto com a arquitetura CISC.

1.3 CISC X RISC

Vide tabela CISC X RISC na Tabela 1 no Apêndice A.

2 ARQUITETURA PIPELINED

A técnica pipelined, à grosso modo, consiste na execução de uma instrução por meio de sua divisão em etapas, visando assim otimizar a execução. As instruções são dispostas em uma espécie de fila da memória dentro do processador até o momento em que são solicitadas para serem executadas.

A técnica pipelined consiste em dividir o processador em várias etapas diferentes, quando uma nova instrução é carregada ela passa pela primeira etapa, o que decorre um ciclo de clock, e então passa para a segunda, terceira, até a enésima etapa, no entanto, quando essa instrução é processada pela primeira etapa, outra nova instrução já está sendo carregada para que a primeira etapa trabalhe nela. Pode – se observar que essa técnica traz como vantagem o fato de que a primeira etapa não precisa esperar até que a primeira instrução passe por todas as outras fase para poder processar uma nova instrução, o que reduz o tempo de execução.

A Intel começou a utilizar o pipelined visando melhorar o desempenho do 486, nesse caso o 486 possui