A Arquitetura CISC (Complex Instruction Set Computer) aplicada a PCs Desktop.

A arquitetura CISC é um dos dois principais paradigmas de design de conjuntos de instruções para Unidades Centrais de Processamento (CPUs), sendo a outra a arquitetura RISC (Reduced Instruction Set Computer).

Arquitetura CISC.

1. Definição

CISC significa Complex Instruction Set Computer (Computador com Conjunto de Instruções Complexas).

A filosofia central do CISC é transferir a complexidade da linguagem de programação de alto nível para o hardware do processador. Isso significa que o processador possui um conjunto grande e variado de instruções, muitas das quais são complexas e podem realizar múltiplas operações de baixo nível (como carregar dados da memória, executar uma operação aritmética e salvar o resultado de volta na memória) em uma única instrução de máquina.

A abordagem CISC surgiu da evolução natural dos primeiros processadores. As arquiteturas CISC mais antigas, como o IBM System/360 (lançado em 1964, um marco importante), foram projetadas em uma época em que a memória era muito cara e os compiladores de linguagens de alto nível eram menos sofisticados.

Com instruções mais complexas, o código binário (programa) podia ser mais denso (menor), economizando memória. Além disso, simplificava o trabalho do programador de assembly e dos compiladores iniciais, que tinham que traduzir comandos de alto nível para a máquina.

O termo "CISC" só começou a ser usado retroativamente após o surgimento da arquitetura RISC no início da década de 1980, como forma de diferenciar os processadores "tradicionais" da nova filosofia.

2. Características Principais

Característica	Descrição
Conjunto de Instruções	Grande e heterogêneo, com centenas de instruções.
Complexidade das Instruções	As instruções podem ser muito complexas e multifuncionais (ex: uma instrução que realiza Load, Operation e Store).
Tamanho das Instruções	Tamanho variável (algumas instruções são curtas, outras muito longas), o que complica a decodificação.
Ciclos de Clock	Uma única instrução pode exigir múltiplos ciclos de clock para ser executada.
Modos de Endereçamento	Muitos e complexos modos de endereçamento, permitindo acesso direto à memória na própria instrução.
Dependência de Registradores	Baixa dependência de registradores, pois muitas operações podem ser executadas diretamente sobre operandos na memória.
Hardware	Hardware mais complexo devido à necessidade de circuitos para decodificar e executar as instruções complexas.
Microcódigo	Frequentemente utiliza microcódigo (uma camada de software interno ao processador) para interpretar e executar instruções complexas em etapas menores.

3. Tecnologias e Funcionalidades Microcódigo

Uma tecnologia chave no CISC é o microcódigo. Instruções complexas não são executadas diretamente pelo hardware lógico, mas sim decodificadas em uma sequência de micro-operações mais simples (microcódigo), que são armazenadas em uma memória interna do processador. Isso permite adicionar novas instruções ao conjunto sem redesenhar drasticamente o hardware.

Execução de Operações em Memória

A funcionalidade mais distintiva é a capacidade de realizar operações aritméticas e lógicas diretamente com dados armazenados na memória principal, sem a necessidade de carregar explicitamente esses dados para os registradores primeiro.

Exemplo (Conceitual em CISC):

Uma instrução como ADD Mem_A, Mem_B pode:

1.   Buscar o valor de Mem_A.

2.   Buscar o valor de Mem_B.

3.   Somar os dois valores.

4.   Salvar o resultado de volta em Mem_B (ou outro local).

5.   Tudo isso em um único comando de assembly.

Pipeline Complexa

Devido ao tamanho variável e ao tempo de execução variável das instruções, a implementação de pipelines (que permite que o processador trabalhe em várias instruções simultaneamente) é mais difícil e pode ser menos eficiente em comparação com a arquitetura RISC.

4. Empregos e Aplicações em PCs Desktop

A arquitetura CISC domina o mercado de PCs Desktop e Laptops tradicionais (exceto a crescente adoção de ARM/RISC-V em alguns laptops, como o Apple Silicon).

Tecnologias CISC Atuais

Os processadores x86 (e sua extensão de 64 bits, x86-64) são os exemplos mais proeminentes de arquiteturas que se originaram como CISC e continuam sendo a base para:

• Intel Core (i3, i5, i7, i9)

• AMD Ryzen (incluindo as linhas Threadripper e EPYC para servidores)

1. Retrocompatibilidade: A principal força do x86/CISC é a extensa retrocompatibilidade. Novos processadores Intel e AMD são projetados para executar código escrito para processadores antigos (como o 8086), o que é crucial para um ecossistema de software maduro como o Windows e o Linux Desktop.

2.  Densidade de Código: Historicamente, menos instruções significavam menos memória necessária, um benefício que, embora menos crítico hoje, ainda contribui para o desempenho da memória cache.

3.   Complexidade e Desempenho Bruto: O design CISC se mostrou muito adaptável para extrair alto desempenho em aplicações que exigem poder de processamento bruto, como jogos modernos e softwares de criação de conteúdo.

A Hibridização Moderna

É importante notar que os processadores CISC modernos (como os Intel Core e AMD Ryzen) não são puramente CISC. Por dentro, eles usam uma técnica chamada tradução de micro-operação (ou micro-ops). O processador traduz as instruções complexas do x86 (CISC) em um conjunto de micro-operações simples e de tamanho fixo, que são muito parecidas com as instruções RISC. Essas micro-ops são então executadas em um core interno que se comporta de maneira muito semelhante a um processador RISC. Isso permite que os processadores x86 se beneficiem da eficiência do pipeline RISC, mantendo a compatibilidade com o conjunto de instruções CISC externo.