Actualizado a: 22 de enero de 2024
RISC vs. CISC. Hoy quieri hablaros de las diferencias entre esta dos arquitecturas de procesadores. Y es que en el amplio mundo de la tecnología, hay muchos conceptos bastante complejos de entender sin contexto previo. Mi intención en el presente tema es resolver esa cuestión tanto de manera individualizada como colectiva, ofreciendoos las respectivas explicaciones pertinentes. Ahora bien, entiendo que muchos de vosotros querréis ir al grano, por lo que omitiréis algunos pasajes más concretos.
Si es tu deseo saber más al respecto en general, te recomiendo que no lo hagas. Por el lado contrario, si ya tienes constancia y datos sobre ambas, y solo quieres saber cuáles son sus diferencias, puedes saltarte este apartado e ir directamente al final de la entrada en donde, tanto de manera desarrollada como esquemática, os ofrezco todo un repertorio de aspectos y diferencias entre ambas. Dicho esto, y antes de comenzar, me gustaría daros una primera definición de ambos términos.
RISC vs. CISC: contextualización resumida inicial
Por un lado, el CISC —o Conjunto Complejo de Instrucciones— abraza la idea de ofrecer un conjunto extenso y diverso de instrucciones. Este enfoque permite ejecutar tareas complejas en una sola instrucción, proporcionando una versatilidad significativa. En entornos donde la complejidad y versatilidad son esenciales, como en ordenadores personales y servidores de datos, CISC ha sido la arquitectura de procesador históricamente prominente.
Contrastando con esto, RISC —o Conjunto Reducido de Instrucciones— sigue la filosofía de simplicidad. Busca eficiencia mediante un conjunto reducido y más simple de instrucciones, cada una diseñada para realizar tareas específicas de manera eficiente. Este enfoque ha demostrado ser especialmente eficaz en entornos donde la velocidad de ejecución y la eficiencia energética son cruciales, como en dispositivos móviles y sistemas embebidos.
Dicho esto, en la elección entre RISC y CISC, la clave radica en considerar las necesidades particulares de la aplicación. Cada enfoque tiene sus ventajas, y la decisión se toma en función de factores como la versatilidad, la eficiencia y el rendimiento en contextos específicos. Con esto en mente, y a medida que profundicemos en el tema, podremos ir entendiendo por qué, cómo y de qué manera. Al mismo tiempo, podremos entender las complejidades y beneficios específicos que ofrecen, brindándote una visión más completa de cómo estos enfoques influyen en el diseño y el rendimiento de los procesadores.
Qué son las instrucciones
Las instrucciones, dentro del contexto de la arquitectura de procesadores, son comandos específicos que indican a la unidad central de procesamiento (es decir, la CPU) cómo realizar una tarea particular. Estas instrucciones son el lenguaje que utiliza el procesador para ejecutar programas y realizar operaciones. Cada instrucción generalmente representa una operación básica que la CPU puede llevar a cabo.
Estas instrucciones son escritas en lenguajes de bajo nivel, como el lenguaje ensamblador, que son más comprensibles para las máquinas que para los humanos. En un programa, una serie de instrucciones se ejecutan secuencialmente, formando así las operaciones necesarias para realizar una tarea más compleja. Los conjuntos de instrucciones, ya sea reducidos (RISC) o complejos (CISC), definen la gama y la complejidad de las operaciones que un procesador puede realizar. En esencia, las instrucciones son los bloques fundamentales que componen la ejecución de programas en un sistema informático.
Qué es la arquitectura de diseño de un procesador
La arquitectura de diseño de un procesador se refiere a la estructura y organización interna de un microprocesador. Incluye los principios fundamentales sobre cómo el procesador realiza operaciones y ejecuta instrucciones. Para entenderlo algo mejor, podemos citar algunas de sus principales características, siendo estas:
- Conjunto de instrucciones (ISA). Define el conjunto de instrucciones que el procesador puede ejecutar. Puede ser RISC (Reduced Instruction Set Computing) o CISC (Complex Instruction Set Computing), como comentamos con anterioridad al principio de este tema.
- Unidad de control. Supervisa y coordina las operaciones del procesador, generando señales de control para dirigir la ejecución de las instrucciones.
- Unidad Aritmético-Lógica (ALU). Realiza operaciones aritméticas y lógicas, como sumas, restas, y operaciones booleanas.
- Registros. Son pequeñas áreas de almacenamiento dentro del procesador utilizadas para almacenar datos temporalmente. Pueden incluir registros de propósito general y registros especializados.
- Unidad de procesamiento. Es la parte del procesador que ejecuta las instrucciones. Puede estar dividida en etapas (pipeline) para mejorar la eficiencia.
- Memoria caché. Almacena datos e instrucciones que se utilizan con frecuencia para reducir los tiempos de acceso a la memoria principal.
- Bus de datos y Bus de direcciones. Facilitan la transferencia de datos y direcciones entre diferentes partes del procesador y la memoria.
- Unidad de manejo de memoria. Gestiona la transferencia de datos entre la memoria principal y el procesador.
- Pipeline. En procesadores modernos, las instrucciones a menudo se procesan en etapas secuenciales a través de un pipeline para mejorar la velocidad de ejecución.
- Predicción de ramas. Se utiliza para predecir el flujo de ejecución de las instrucciones condicionales y minimizar los efectos de las instrucciones de salto condicional.
- Interruptores y manejo de interrupciones. Facilitan la interrupción del flujo normal de ejecución para manejar eventos externos.
- Interconexiones internas. Conexiones internas que permiten la comunicación eficiente entre las diferentes unidades del procesador.
El diseño de un procesador implica una cuidadosa consideración de estas componentes para lograr un equilibrio entre rendimiento, eficiencia energética y complejidad. Diferentes arquitecturas de procesadores pueden ser más adecuadas para diferentes tipos de aplicaciones y requisitos.
RISC vs. CISC: ¿Qué es RISC?
Ahora que hemos aclarado que son las instrucciones y las arquitecturas de diseño, podemos hablar con más propiedad de los dos elementos centrales del presente tema. Dicho esto, podemos decir que RISC, acrónimo de Reduced Instruction Set Computing, es una arquitectura de diseño —válgase la redundancia en este caso— de procesadores que se caracteriza por tener un conjunto de instrucciones reducido y simple.
Esta filosofía de diseño se centra en ejecutar un conjunto básico de instrucciones de manera eficiente y en realizar operaciones simples en un solo ciclo de reloj. Ahora bien, esto ya lo vimos al comienzo de la presente entrada, por lo que… ¿Por qué repetirnos? Primero, para frescarnos la memoria y, en segundo lugar, para separar su definición del resto de concepto. Esto me parece importante para entender mejor sus principales características. Estas serían:
- Instrucciones simples. Las instrucciones en arquitecturas RISC son sencillas y específicas, realizando operaciones básicas. Cada instrucción generalmente realiza una tarea elemental.
- Longitud de instrucción fija. Las instrucciones en una arquitectura RISC suelen tener una longitud fija, lo que simplifica el diseño del procesador y facilita la decodificación de instrucciones.
- Registro de uso. Los procesadores RISC suelen tener un conjunto de registros de propósito general. Así pues, las operaciones se realizan principalmente entre estos registros. Se minimiza el uso de la memoria para operaciones de procesamiento.
- Ejecución en un solo ciclo. La mayoría de las instrucciones en RISC se ejecutan en un solo ciclo de reloj, lo que contribuye a una ejecución más rápida de programas.
- Carga y almacenamiento en ,emoria. Las operaciones de carga y almacenamiento en memoria son realizadas mediante instrucciones separadas. Las operaciones más complejas se realizan utilizando registros.
- Énfasis en compiladores. En la arquitectura RISC, se espera que los compiladores realicen la mayor parte de la optimización del código. Esto significa que el código compilado puede ser más eficiente.
Algunos ejemplos de arquitecturas RISC son ARM (utilizada en dispositivos móviles y sistemas embebidos) y MIPS. La simplicidad y eficiencia en la ejecución de instrucciones hacen que las arquitecturas RISC sean adecuadas para ciertos tipos de aplicaciones, como aquellas que requieren un rendimiento eficiente en términos de energía y espacio.
RISC vs. CISC: ¿Qué es CISC?
Bien, ya sabemos qué es el RISC y cuáles son sus principales característcas, por lo que ahora toca hacer lo mismo con el otro núcleo del tema. Es decir, el CISC. Este, el cual es un acrónimo de Complex Instruction Set Computing es una arquitectura de diseño —permitidme la redundancia una vez más— de procesadores que se caracteriza por tener un conjunto de instrucciones más amplio y complejo en comparación con las arquitecturas RISC. Siguiendo el modelo anterior, podemos decir que sus principales características son:
- Instrucciones complejas. Las instrucciones en arquitecturas CISC pueden realizar operaciones complejas y abordar múltiples tareas en una sola instrucción. Esto puede incluir operaciones aritméticas, lógicas y de movimiento de datos en una sola instrucción.
- Longitud de instrucción variable. A diferencia de las arquitecturas RISC con longitud de instrucción fija, las instrucciones en CISC pueden variar en longitud. Algunas instrucciones pueden ser más largas debido a la complejidad de las operaciones que realizan.
- Registro especializado. Los procesadores CISC a menudo tienen un conjunto más amplio de registros, algunos de los cuales pueden estar especializados para realizar tareas determinadas.
- Ejecución de instrucciones complejas. Algunas instrucciones en arquitecturas CISC pueden requerir varios ciclos de reloj para completarse debido a su complejidad. Esto puede afectar la velocidad de ejecución de programas.
- Operaciones directas en memoria. Las arquitecturas CISC a menudo permiten realizar operaciones directamente en la memoria, evitando la necesidad de cargar y almacenar datos en registros.
- Énfasis en la complejidad del hardware: A diferencia de las arquitecturas RISC, que delegan la optimización del código a los compiladores, las arquitecturas CISC a menudo buscan realizar operaciones más complejas directamente en el hardware.
Ejemplos de arquitecturas CISC incluyen x86 y x86-64 (una extensión de la arquitectura x86). Las arquitecturas CISC son conocidas por su versatilidad y son utilizadas en una variedad de aplicaciones, desde ordenadorespersonales hasta servidores. Sin embargo, la complejidad de las instrucciones puede afectar la eficiencia en términos de espacio y consumo de energía en comparación con las arquitecturas RISC.
RISC vs. CISC: comparativa directa
Ya hemos aclarado qué son RISC y CISC y, en realidad, con esto ya hemos especificado cuáles son sus principales diferencias. Entendemos que son lo mismo, es decir, arquitecturas de diseño de un procesador, y que una se enfoca en la simplicidad, mientra que la otra aborda tareas más complejas. Por lo tanto, entendemos que su principal distinción es el enfoque, lo cual las hace más apta para un tipo de formatos u otros.
Todo eso ya lo sabemos, pero resulta complicado verlo de manera directa mediante apartados bien diferenciados, siendo este el motivo por el que (aun a riesgo de ser redundante una vez más) os lo he querido presentar de manera comparativamente más directa. Dicho esto, podemos decir que…
Complejidad vs. simplicidad, versatilidad vs. eficiencia
Por un lado, el CISC es un diseño más complejo y versatil. Es decir, las arquitecturas CISC se caracterizan por su amplio conjunto de instrucciones y su capacidad de realizar tareas complejas en una sola instrucción. Estas instrucciones pueden abarcar operaciones aritméticas, lógicas y de movimiento de datos, otorgando a los procesadores CISC una versatilidad considerable.
Por otro lado, las arquitecturas RISC emplean un modelo más simplificado. Se centran en un conjunto básico de instrucciones, cada una diseñada para realizar tareas específicas de manera eficiente. Aunque esto podría parecer limitante, la rápida ejecución de sus instrucciones en un solo ciclo de reloj es una de las ventajas clave de las arquitecturas RISC.
Ejecución
La ejecución de instrucciones en estas arquitecturas también difiere. Mientras que en CISC se pueden realizar operaciones más complejas directamente en memoria, en RISC se da más énfasis a la carga y almacenamiento en registros, minimizando el acceso a la memoria. Del mismo modo, en RISC, la simplificación de las instrucciones facilita la implementación de un pipeline eficiente, permitiendo la ejecución simultánea de múltiples instrucciones.
Compilaciones y optimizaciones de código
En el mundo de CISC, los compiladores desempeñan un papel crucial en la optimización del código. La complejidad de las instrucciones permite que los compiladores generen código más eficiente. Por otro lado, en RISC, donde las instrucciones son más simples, la responsabilidad de la optimización a menudo recae en los compiladores.
RISC vs. CISC, resumen de diferencias esquematizado
Con esto ya lo tenemos todo. Podemos llegar al resumen de que ambas arquitecturas comparten el objetivo de procesar datos, su enfoque y diseño difieren sustancialmente. La elección entre CISC y RISC implica considerar las necesidades específicas de la aplicación y sopesar las ventajas de la versatilidad frente a la eficiencia.
Dicho esto, os ofrezco una última comparación, pero de manera mucho más esquematizada, para que os quede todavía más claro y lo podáis enfocar desde otra perspectiva más directa todavía. Todo sea dicho, esta información es la misma de antes, pero organziada de manera más secuencial. Repito: la información es la misma, pero muy resumida y esquematizada.
Longitud de las Instrucciones
- RISC. Las instrucciones son generalmente de longitud fija y más simples. Cada instrucción realiza una tarea específica.
- CISC. Las instrucciones pueden variar en longitud y complejidad. Una instrucción CISC puede realizar múltiples tareas.
Complejidad de las instrucciones
- RISC. Las instrucciones son simples y se ejecutan en un solo ciclo de reloj. Esto favorece la ejecución rápida de programas.
- CISC. Las instrucciones pueden ser más complejas y pueden requerir varios ciclos de reloj para ejecutarse.
Número de instrucciones
- RISC. Un conjunto reducido de instrucciones, lo que facilita la decodificación y ejecución rápida.
- CISC. Un conjunto más amplio de instrucciones que puede incluir operaciones complejas.
Registro de uso
- RISC. Utiliza un conjunto de registros de propósito general y se basa en el almacenamiento en memoria para operaciones más complejas.
- CISC. Tiene un conjunto más amplio de registros especializados y puede realizar operaciones complejas directamente en registros.
Memoria:
- RISC. Se basa en el acceso a la memoria para cargar y almacenar datos.
- CISC. Puede realizar operaciones directamente en la memoria.
Optimización del Compilador:
- RISC. Los compiladores tienen un papel más importante en la optimización del código.
- CISC. La complejidad de las instrucciones puede permitir a los compiladores generar código más eficiente.
