Arquitectura del Conjunto de Instrucciones del microprocesador

Rafa Morales 17 Mayo 2019

4min

Tecnología

Se denomina Arquitectura del Conjunto de Instrucciones (ISA - Instruction Set Architecture), o también conocido como Conjunto de Instrucciones o Juego de Instrucciones, al conjunto de operaciones básicas que tiene programadas el microprocesador y que es capaz de ejecutar. Define la interfaz entre el software y el hardware, especificando las instrucciones disponibles, los tipos de datos, los registros, los modos de direccionamiento y el formato de los programas ejecutables.

Existen dos arquitecturas completamente diferentes en las que se basan los microprocesadores actuales.

Arquitectura CISC

CISC (Complex Instruction Set Computing) ofrece un conjunto de instrucciones complejas o largas, siendo la mayoría lentas de ejecutar, pero que agrupaban varias operaciones de bajo nivel en la misma instrucción. Esto da lugar a programas pequeños y sencillos de desarrollar que además realizaban pocos accesos a memoria, pero a instrucciones que necesitan más ciclos de reloj para ejecutarse. Suele implicar el uso de un conjunto de registros más reducido (y generalmente más específico) y de más tipos de modos de direccionamiento.

CISC tuvo a x86 (arquitectura de 32 bits) como su mayor exponente, con Intel y AMD a la cabeza de su desarrollo. Hay muchos ejemplos históricos como los PDP, Motorola 68000, Intel 4004 o Intel 8086, quizá los más representativos. Prácticamente cualquier ordenador de sobremesa o portátil desde los años 80 ha utilizado un procesador x86.

Arquitectura RISC

RISC (Reduced Instruction Set Computing) posee un conjunto de instrucciones muy simples que se ejecutan más rápidamente en el procesador (con uno u dos ciclos de reloj solamente), aunque también implica que para una cierta tarea compleja necesitaremos un mayor número de ellas, y por esto el programa final tendrá una longitud mayor y además accederá en un mayor número de ocasiones a los datos almacenados en la memoria. Sus ventajas son que necesita una menor cantidad de hardware y un menor consumo energético.

En la actualidad el mayor ejemplo de procesador RISC son los productos ARM, utilizados ampliamente en dispositivos móviles, sistemas embebidos y también en superordenadores y ordenadores personales (como los procesadores Apple M1, M2 y M3).

RISC-V es una arquitectura que sigue la misma filosofía de instrucciones muy simples pero con licencia de código abierto. Por tanto, los fabricantes de microprocesadores que utilicen RISC-V en los diseños de sus circuitos no tendrán que pagar regalías (tasas o derechos de autor) por su uso.

Arquitectura RISC-like

Es una evolución de la arquitectura CISC que busca combinar las ventajas de ambas. Implementan una capa interna que traduce las instrucciones complejas en instrucciones más simples, para terminar operando como la arquitectura RISC.

De esta forma se consigue una simplificación del hardware para hacer más fácil el aumento de rendimiento mediante la mejora de la microarquitectura y de la frecuencia de reloj, así como conseguir mayor grado de paralelismo y más eficiencia. Por otro lado, se mantiene la compatibilidad con el software existente, ya que se hace la traducción a nivel de hardware, sin necesidad de modificar los códigos o compiladores.

En la actualidad tenemos a x86_64 (arquitectura de 64 bits, también denominada Intel64 o AMD64) presente en los microprocesadores modernos de Intel y AMD.