Perkuliahan 10/11 - Arsitekstur dan Organisasi Komputer _ RSIC

 Nama : Arinda Putri Husaini

NIM : 23420027 (TIF B20-Malam)

➧Perkuliahan Ke 10/11 - Arsitekstur Dan Organisasi Komputer

➤A.  RSIC  singkatan dari Reduced Instruction Set Computer yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit. Karena perbedaan keduanya ada pada kata set instruksi yang kompleks atau sederhana (reduced). RISC lahir pada pertengahan 1980, kelahirannya ini dilator belakangi untuk CISC. Perbedaan mencolok dari kelahiran RISC ini adalah tidak ditemui pada dirinya instruksi assembly atau yang dikenal dengan bahasa mesin sedangkan itu banyak sekali di jumpai di CISC.

➤Sejarah RISC

Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau "Komputasi set instruksi yang disederhanakan" pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson, pengajar pada University of California di Berkeley.

➤Definisi RISC

RISC, yang jika diterjemahkan berarti "Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan", merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation,PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

💢 Ciri-ciri RISC adalah sebagai berikut :

o   Instruksi berukuran tunggal

o   Ukuran yang umum adalah 4 byte

o   Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari 5 buah.

o   Tidak terdapat pengalamatan tak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori.

o   Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan ke memori dan penambahan dari memori.

o   Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi

o   Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store.

o   Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi .

o   Jumlah bit bagi integer register spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

o   Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

💢Konsep arsitektur RISC banyak menerapkan proses eksekusi pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar, eksekusi secara pipeline memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih rumit. Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC. Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi.

Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sbb.:

1.    ⏩Operasi-operasi yang dilakukan:

Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori.

2.      ⏩Operand-operand yang digunakan:

Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akan menentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya.

3.     ⏩ Pengurutan eksekusi:

Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline.

Karakteristik RISC (Reduce Instruction Set Computer)

1. One cycle execution time : satu putaran eksekusi. Prosessor RISC mempunyai CPI (clock per instruction) atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap instruksi pada CPU. 
2. Pipelining adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan.Sehingga proses instruksi lebih efisien. 
3. Large Number of Registers adalah Jumlah register yang sangat banyak. RISC di Desain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang berlebih dengan memory.

Ciri – Ciri RISC (Reduce Instruction Set Computer)

1. Prosessor RISC mengeksekusi instruksi pada setiap siklus detak (Robinson 1987:144, Johnson 1987:153). 
2. Instruksi  pada  prosesor  RISC  memiliki  format  tetap,  sehingga  rangkaian pengontrol  instruksi  menjadi  lebih  sederhana.  Dengan  kata  lain  dapat menghemat penggunaan luasan keping semikonduktor.
3. Instruksi yang berhubungan dengan memori hanya instruksi isi (load) dan instruksi  simpan  (store),  dan  instruksi  lain  dilakukan  dalam  register internal prosesor. 
4. Prosesor  RISC  memerlukan  waktu  kompilasi  yang  lebih  lama  daripada prosesor CISC.

Contoh Prosesor RISC (Reduce Instruction Set Computer)

1. Komputer vector. 
2. Mikroprosesor Intel 960. 
3. tanium (IA64) dari Intel Corporation. 
4. Power PC dari International Business Machine, dll.

B. PIPELINING RISC

Pengertian pipelining, pipelining yaitu suatu cara yang digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap yang berbeda yang dialirkan secara kontinu pada unit pemrosesan. Dengan cara ini, maka unit pemrosesan selalu bekerja.

Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan dalam sistemkomputer. Bisa pada level yang tinggi, misalnya program aplikasi, sampai pada tingkat yang rendah, seperti pada instruksi yang dijalankan oleh microprocessor.

➤ Pengenalan Pipeline

Prosesor Pipeline yang berputar adalah prosesor baru untuk arsitektur superscalar komputasi. Ini didasarkan pada cara yang mudah dan pipeline yang biasa, struktur yang dapat mendukung beberapa ALU untuk lebih efisien dalam pengiriman dari bagian beberapa instruksi. Daftar nilai arus yang berputar di sekitar pipa, dibuat oleh dependensi data lokal. Selama operasi normal, kontrol sirkuit tidak berada pada jalur yang kritis dan kinerja hanya dibatasi oleh data harga. Operasi mengalir dengan interval waktu sendiri. Ide utama dari Pipeline Prosesor yang berputar adalah circular uni-arah mengalir dari memori register oleh pusat waktu logika dan proses secara parallel dari operasi ALU.

➤Instruksi pipeline

Tahapan pipeline :

1. Mengambil instruksi dan membuffferkannya
2. Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut .
3. Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya .

Instuksi pipeline:

Karena untuk setiap tahap pengerjaan instruksi, komponen yang bekerja berbeda, maka dimungkinkan untuk mengisi kekosongan kerja di komponen tersebut.Sebagai contoh :

Instruksi 1: ADD  AX, AX

Instruksi 2: ADD EX, CX

Setelah CU menjemput instruksi 1 dari memori (IF), CU akan menerjemahkan instruksi tersebut(ID). Pada menerjemahkan instruksi  1 tersebut, komponen IF tidak bekerja. Adanya teknologi pipeline menyebabkan IF akan menjemput instruksi 2 pada saat ID menerjemahkan instruksi 1. Demikian seterusnya pada saat CU menjalankan instruksi 1 (EX), instruksi 2 diterjemahkan (ID)

C.  Complex Instruction-Set Computer ( CISC )

Sejarah CISC

Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik", yaitu bagaimana cara itil membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi "level tinggi" seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik CISC yg "sarat informasi" ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.

 

Definisi

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC) "Kumpulan instruksi komputasi kompleks" adalah sebuah arsitektur dari set instruksi komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmatika dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu instruksi cukup dengan beberapa baris bahasa mesin yang relatif pendek sehingga implikasinya hanya sedikit saja RAM yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut

Karakteristik SISC (Complex Instruction-Set Computer)

1. Sarat informasi memberikan keuntungan di mana ukuran program program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat. 
2. Dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit) Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan

Ciri – Ciri SISC (Complex Instruction-Set Computer) 

1. Jumlah Instruksi Banyak.
2. Banyak terdapat perintah bahasa mesin.
3. Instruksi lebih kompleks

Contoh Prosesor SISC (Complex Instruction-Set Computer).

1. System/360, VAX, PDP-11.
2. Varian Motorola 68000.
3. CPU AMD dan Intel x86.

Perbedaan Processor RISC dan CISC dilihat dari segi instruksinya. 
RISC ( Reduced Instruction Set Computer ). 

1. Menekankan pada perangkat lunak, dengan sedikit transistor.
2. Instruksi sederhana bahkan single.
3. Load / Store atau memory ke memory bekerja terpisah.
4. Ukuran kode besar dan kecapatan lebih tinggi.
5. Transistor didalamnya lebih untuk meregister memori.

CISC ( Complex Instruction Set Computer )

1. Lebih menekankan pada perangkat keras, sesuai dengan takdirnya untuk pragramer.
2. Memiliki instruksi komplek. Load / Store atau Memori ke Memori bekerjasama.
3. Memiliki ukuran kode yang kecil dan kecepatan yang rendah.
4. Transistor di dalamnya digunakan untuk menyimpan instruksi – instruksi bersifat komplek.

 Kesimpulan

Dalam arsitektur dan organisasi komputer prosesor RISC dan SISC memiliki kelebihan dan kemampuan masing-masing baik ditinjau dari segi fisik dan kinerjanya, yang membedakannya hanyalah bentuk chip yang semakin kecil dan lebih kecil. Yang terpenting dari keduanya adalah seberapa cepat sebuah chip dapat mengeksekusi instruksi yang diberikan dan seberapa baik menjalankan perangkat lunak yang ada. Seiring perkembangan jaman, teknologi dari RISC dan CISC lambat taun akan tertinggal, apalagi ada teknologi baru yang dapat membuatnya punah salah satunya dengan adanya teknologi EPIC.