Organización de Computadoras I

DIVISIÓN [pic 1]

DE ELECTRÓNICA

Y COMPUTACIÓN

ACADEMIA DE SISTEMAS DIGITALES

CUCEI

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Ruelas Olea

Edgar Adan

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Organización de Computadoras I

Contenido

Características de los Microprocesadores ARM, X86-Intel y MIPS        3

Objetivo        3

Introducción        3

Desarrollo        4

¿Cuál es la diferencia entre un procesador ARM, MIPS y un procesador X86-Intel?        4

ARM        5

Evolución ARM        7

Diseño y Características        8

X86        9

MIPS        11

¿Por qué ARM es la elección más popular?        13

Conclusiones        14

Referencias        14

Características de los Microprocesadores ARM, X86-Intel y MIPS

Objetivo

Analizar y comprender las características generales y tendencias en el diseño arquitectónico de los procesadores de mayor auge en el mercado de los Sistemas de Computo; empleados en aplicaciones de escritorio, servidores y dispositivos móviles. 

Introducción

El procesador (CPU, por Central Processing Unit) es el cerebro de la computadora. El cual procesa datos numéricos, es decir, información ingresada en forma binaria y la ejecución de instrucciones almacenadas en memoria.

El procesador es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno gracias a un cristal de cuarzo que, cuando esta sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos llamados “picos”. La velocidad de reloj (también llamada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, escrito en Hertz (Hz). Así, una computadora de 200 Mhz tiene un reloj que envía 200, 000,000 de pulsos por segundo. La frecuencia de reloj es generalmente un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus), lo que significa un múltiplo de la frecuencia de la tarjeta madre.

Con cada pico de reloj, el procesador realiza una acción que corresponde a una instrucción o una parte de la misma. Una medida llamada CPI (ciclos por instrucción) da una representación del número promedio de ciclos de reloj requeridos para que un microprocesador ejecute una instrucción. Por lo tanto, la potencia de un microprocesador se puede caracterizar por el número de instrucciones por segundo que es capaz de procesar. MIPS (millones de instrucciones por segundo) es la unidad utilizada y corresponde a la frecuencia del procesador dividida por el IPC.

Desarrollo

¿Cuál es la diferencia entre un procesador ARM, MIPS y un procesador X86-Intel?

Las diferencias reales entre los tres son demasiados para una respuesta. La mayoría de estas sutiles diferencias residen en la forma en que se trata la memoria, se manejan las excepciones, se ejecutan las ramas, etc. Hay muchas diferencias sutiles que están más allá del alcance de una breve respuesta.

RISC vs CISC:

Esta es la diferencia clásica entre ARM / MIPS y x86. RISC significa Reduced Instruction Set Computer y CISC es ISC Completo. X86 es un procesador CISC y ambos ARM / MIPS son RISC. La filosofía detrás de los procesadores CISC es que una sola instrucción puede hacer múltiples cosas; Como agregar un número inmediato con un registro, almacenar este valor en una dirección calculada usando algún otro registro y también establecer banderas aritméticas. Por otro lado, los procesadores RISC tendrían dos instrucciones separadas para esto; Uno para agregar dos números y el otro para almacenar el resultado. Esto aumenta el recuento de instrucciones pero simplifica las instrucciones.

Potencia vs rendimiento:

Instrucciones más simples tienden a consumir menor potencia. Los procesadores x86 suelen estar diseñados para aplicaciones de alto rendimiento como servidores, mientras que los procesadores RISC se utilizan en aplicaciones móviles donde el rendimiento a veces se ve comprometido para una mejor eficiencia de energía. Cabe señalar, sin embargo, que estas líneas se adelgazan todos los días. ARM ha añadido más complejidad a sus instrucciones para obtener un mejor rendimiento y Intel descompone sus opcodes en micro-ops que son ARM como para lograr una mejor potencia. MIPS tal vez sigue siendo el ISA más simple alrededor y se utiliza más fuertemente en las aplicaciones embebidas donde el consumo de energía ultra bajo es necesario.

Seguridad y virtualización:

ARM tiene TrustZone y Intel tiene vPro. Ambas características tienen como objetivo la seguridad del hardware. Tanto ARM como Intel tienen soporte para virtualización y administración de memoria, y difieren sólo en su implementación. Estas son nuevas características que se necesitan en las nuevas aplicaciones y por lo tanto, ambos ISA tienen uno o el otro sabor. Así que usted ve, las diferencias están recortando.

En general, los ISAs sólo importan desde el punto de programación en este momento. El ecosistema de software móvil está mucho mejor desarrollado y mantenido para ARM que para x86. La imagen se invierte cuando se trata de aplicaciones de escritorio. Esa es la razón principal por la que Intel está luchando para entrar en el mercado de móviles y ARM está teniendo dificultades para entrar en los servidores.

Diferencias estructurales:

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ARM

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La arquitectura ARM ha evolucionado para incluir características arquitectónicas para satisfacer la creciente demanda de nuevas funcionalidades, características de seguridad integradas, alto rendimiento y las necesidades de los mercados nuevos y emergentes. Actualmente hay 3 perfiles ARMv8, el perfil de arquitectura ARMv8-A para mercados de alto rendimiento como móviles y empresariales, el perfil de arquitectura ARMv8-R para aplicaciones embebidas en automoción y control industrial y el perfil de arquitectura ARMv8-M para aplicaciones embebidas e IoT .

La arquitectura ARM soporta implementaciones en una amplia gama de puntos de rendimiento, estableciéndolo como la arquitectura líder en muchos segmentos del mercado. La arquitectura ARM soporta una gama muy amplia de puntos de rendimiento que conduce a implementaciones muy pequeñas de procesadores ARM e implementaciones muy eficientes de diseños avanzados utilizando técnicas de microarquitectura de última generación. El tamaño de la implementación, el rendimiento y el bajo consumo de energía son atributos clave de la arquitectura ARM.

La arquitectura ARM es similar a una arquitectura de equipo de instrucción de reducción de instrucción (RISC), ya que incorpora estas características de arquitectura RISC típicas:

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