ISA: ¿Cuáles son los principales factores de éxito?
En el resto del artículo nos centraremos exclusivamente en los procesadores basados en RISC.
Cuando hablamos de un procesador, el contexto hace referencia a cualquier dispositivo de procesamiento, como microcontroladores y microprocesadores. Las ISA RISC más comunes están disponibles en longitudes de palabra de 8, 16 y 32 bits, y las ISA de 64 y 128 bits suelen utilizarse en aplicaciones más complejas y especializadas.
La longitud de palabra afecta significativamente al diseño del hardware, a la velocidad del procesador y al tamaño de la memoria disponible. Como mínimo, una ISA debe tener una unidad aritmética lógica, memoria y lógica de control.
La ALU realiza funciones aritméticas computacionales básicas como sumar, comparar y restar, con la ayuda de registros o de manera «directa» por sí misma. El direccionamiento de la memoria puede ser absoluto o indexado. La lógica de control realiza saltos condicionales e incondicionales, y otras tareas de direccionamiento.
El conjunto de instrucciones de una ISA consta de opcodes (código máquina) que especifican la tarea que se va a realizar, normalmente en un operando u operandos. Por ejemplo, en la ISA Atmel/Microchip AVR, ADC define la suma de operandos mantenidos en dos registros con un indicador de acarreo y almacena el resultado en el registro de destino. La documentación de ISA indicará cuántos ciclos de reloj o repeticiones de contador de programa requiere cada instrucción. En un procesador RISC, la mayoría de las instrucciones serán de ciclo único.
Para los proveedores de microcontroladores (MCU) y microprocesadores (MPU), desarrollar una ISA es un elemento clave en el diseño de sus productos. En este sentido, se han creado y patentado arquitecturas ISA para una serie de dispositivos específicos. Algunos ejemplos son Atmel/Microchip AVR (8, 16, 32 bits), el Microchip PIC (8, 16, 32 bits) y MIPS (32, 64 bits).
A principios de los 90, Advanced RISC Machines (ARM) alteró el tradicional modelo comercial MCU/MPU cuando se escindió de Acorn. ARM adoptó el enfoque de concesión de licencias de propiedad intelectual y trasladó su fuente de ingresos de la fabricación y venta de dispositivos al pago de derechos. El modelo de ARM no tardó en imponerse, lo que liberó a los distribuidores de semiconductores de la tarea de desarrollar y transferir sus ISA.
En la actualidad, la mayor parte de los distribuidores suministran procesadores basados en la ISA de Arm, y algunos también distribuyen dispositivos basados en su propia ISA. Pagan un canon a ARM por cada dispositivo vendido, y ARM controla el ciclo de vida y el desarrollo continuo de la ISA.
Si bien cada ISA presenta sus ventajas e inconvenientes, el éxito de cualquier arquitectura de procesador concreta depende tanto de sus cualidades técnicas como de la disponibilidad de un ecosistema de herramientas de desarrollo de software. Las cadenas de herramientas, los entornos de desarrollo integrados, los compiladores, los depuradores y el middleware de las aplicaciones específicas desempeñan un papel fundamental en la popularidad de un procesador y su ISA.
