Menjelaskan tentang RISC & Pipelining RISC

TUGAS SOFTSKILL ORGANISASI & ARSITEKTUR KMPUTER.         

  MENJELASKAN TENTANG RISC & PIPELINING RISC

1  A.Menjelaskan tantang RISC

RISC adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computer(Komputasi set instruksi yang disederhanakan), kata “reduced” berarti pengurangan pada set instruksinya. RISC merupakan rancangan arsitektur CPU yang mengambil dasar filosofi bahwa prosesor dibuat dengan arsitektur yang tidak rumit dengan membatasi jumlah instruksi hanya pada instruksi dasar yang diperlukan saja. Dengan kata lain RISC adalah arsitektur komputer dengan kumpulan perintah (instruksi) yang sederhana, tetapi dalam kesederhanaan tersebut didapatkan kecepatan operasi setiap siklus instruksinya.

Kebanyakan pada prosesor RISC, instruksi operasi dasar aritmatik hanya penjumlahan dan pengurangan. Untuk perkalian dan pembagian sudah dianggap operasi yang kompleks. RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi. 

Beberapa elemen penting pada arsitektur RISC, yaitu: 

• Set Intruksi yang terbatas dan sederhana
• Register General Purpose yang berjumah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian registernya 
•  Penekana pada pengoptimalan pipeline intruksi

contoh RISC

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. ini adalah Ciri-Ciri Prosesor RISC, yaitu:

• Instruksi berukuran tunggal
• Ukuran yang umum adalah 4 byte
• Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari 5 buah.
• Tidak terdapat pengalamatan tak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori.
• Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan ke memori dan penambahan dari memori.
• Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi
• Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store. 

sedangkan Karakteristik- Karakteristik RISC pada umunya, adalah :

• Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi pemakaian register sehingga operand yang sering diakses akan tetap ada di penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.
• Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register,. Beberapa mode tambahan seperti pergeseran dan pe-relatif dapat dimasukkan selain itu banyak mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana, selain dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol.
• Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan

B.PIPELINING RISC

Pipeline adalah 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 dijaankan oleh microprocessor.

Pada microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, satu instruksi dilakukan sampai selesai, baru instruksi berikutnya dapat dilaksanakan. Sedangkan dalam microprocessor yang menggunakan teknik pipeline, ketika satu instruksi sedangkan diproses, maka instruksi yang berikutnya juga dapat diproses dalam waktu yang bersamaan. Tetapi, instruksi yang diproses secara bersamaan ini, ada dalam tahap proses yang berbeda. Jadi, ada sejumlah tahapan yang akan dilewati oleh sebuah instruksi.

Dengan penerapan pipeline ini pada microprocessor akan didapatkan peningkatan dalam unjuk kerja microprocessor. Hal ini terjadi karena beberapa instruksi dapat dilakukan secara parallel dalam waktu yang bersamaan. Secara kasarnya diharapkan akan didapatkan peningkatan sebesar X kali dibandingkan dengan microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, apabila tahapan yang ada dalam satu kali pemrosesan instruksi adalah X tahap.

Karena beberapa instruksi diproses secara bersamaan ada kemungkinan instruksi tersebut sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar. Sedangkan ketergantungan terhadap data, bisa muncul, misalnya instruksi yang berurutan memerlukan data dari instruksi yang sebelumnya. Kasus Jump, juga perlu perhatian, karena ketika sebuah instruksi meminta untuk melompat ke suatu lokasi memori tertentu, akan terjadi perubahan program counter, sedangkan instruksi yang sedang berada dalam salah satu tahap proses yang berikutnya mungkin tidak mengharapkan terjadinya perubahan program counter.

Teknik pipeline yang diterapkan pada microprocessor, dapat dikatakan sebuah arsitektur khusus. Ada perbedaan khusus antara model microprocessor yang tidak menggunakan arsitektur pipeline dengan microprocessor yang menerapkan teknik ini.
Pada microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, satu instruksi dilakukan sampai selesai, baru instruksi berikutnya dapat dilaksanakan. Sedangkan dalam microprocessoryang menggunakan teknik pipeline, ketika satu instruksi sedangkan diproses, maka instruksi yang berikutnya juga dapat diproses dalam waktu yang bersamaan. Tetapi, instruksi yang diproses secara bersamaan ini, ada dalam tahap proses yang berbeda.

Jadi, ada sejumlah tahapan yang akan dilewati oleh sebuah instruksi.
Misalnya sebuah microprocessor menyelesaikan sebuah instruksi dalam 4 langkah. Ketika instruksi pertama masuk ke langkah 2, maka instruksi berikutnya diambil untuk diproses pada langkah 1 instruksi tersebut. Begitu seterusnya, ketika instruksi pertama masuk ke langkah 3, instruksi kedua masuk ke langkah 2 dan instruksi ketiga masuk ke langkah 1.

2.   PROSEDUR VEKTOR PIPELINING.

Prosedur Vektor Pepilining, yaitu :

·         Mengambil instruksi dan membuffferkannya

·         Ketika tahapn kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut

·         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).

Contoh pengerjaan instruksi tanpa pipeline

t =	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ADD AX,AX	IF	DE	IF	DE	EX
ADD BX,CX						IF	DE	IF	DE	EX

Disini instruksi baru akan dijemput jika instruksi sebelumnya telah selesai dilaksanakan.

t =	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ADD AX,AX	IF	DE	IF	DE	EX
ADD BX,CX		IF	DE	IF	DE	EX
ADD DX,DX			IF	DE	IF	DE	EX

·         Contoh pengerjaan instruksi dengan pipeline

Disini instruksi baru akan dipanggil setelah tahap IF menganggur (t2).

Dengan adanya pipeline dua instruksi selesai dilaksanakan pada detik keenam (sedangkan pada kasus tanpa pipeline baru selesai pada detik kesepuluh). Dengan demikian telah terjadi percepatan sebanyak 1,67x dari 10T menjadi hanya 6T. Sedangkan untuk pengerjaan 3 buah instruksi terjadi percepatan sebanyak 2, 14 dari 15T menjadi hanya 7T.

Untuk kasus pipeline sendiri, 2 instruksi dapat dikerjakan dalam 6T(CPI = 3) dan instruksi dapat dikerjakan dalam 7T (CPT = 2,3) dan untuk 4 instruksi dapat dikerjakan dalam  8T (CPI =2). Ini berarti utnuk 100 instruksi akan dapat dikerjakan dalam 104T (CPI = 1,04). Pada kondisi  ideal CPI akan harga 1.

2 PERBEDAAN RISC & CLSC

A.  RISC

1.   Pengertian RISC

RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk mengatur instruksi dalam komunikasi diantara arsitekturyang lainnya.

2.   Karakteristik

Arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :

a.    Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operan dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya kedalam register, dengan demikian instruksi mesin RISC tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi sederhana atau instruksi satu siklus hanya dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama sekali, instruksi mesin dapat dihardwired. Instruksi seperti itu akan dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain karena tidak perlu mengakses penyimapanan kontrol mikroprogram saat eksekusi instruksi berlangsung.

b.    Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi pemakaian register sehingga operand yang sering diakses akan tetap ada di penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.

c.    Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register,. Beberapa mode tambahan seperti pergeseran dan pe-relatif dapat dimasukkan selain itu banyak mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana, selain dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol.

d.    Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan field yang tetap pendekodean opcode dan  pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersama-sama

3.   Ciri-ciri

a.   Instruksi berukuran tunggal

b.   Ukuran yang umum adalah 4 byte

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

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

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

f.    Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi

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

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

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

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

B.   CISC

1.    Pengertian CISC

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

2.    Karakteristik CISC

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.

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.

3.   Ciri-ciri

a.  Jumlah instruksi banyak

b.  Banyak terdapat perintah bahasa mesin

c.  Instruksi lebih kompleks

4.   KELEBIHAN dan KEKURANGAN

Teknologi RISC relatif masih baru oleh karena itu tidak ada perdebatan dalam menggunakan RISC ataupun CISC, karena tekhnologi terus berkembang dan arsitektur berada dalam sebuah spektrum, bukannya berada dalam dua kategori yang jelas maka penilaian yang tegas akan sangat kecil kemungkinan untuk terjadi.

a.   Kelebihan

Berkaitan dengan penyederhanaan kompiler, dimana tugas pembuat kompiler untuk menghasilkan rangkaian instruksi mesin bagi semua pernyataan HLL. Instruksi mesin yang kompleks seringkali sulit digunakan karena kompiler harus menemukan kasus-kasus yang sesuai dengan konsepnya. Pekerjaan mengoptimalkan kode yang dihasilkan untuk meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining jauh lebih mudah apabila menggunakan RISC dibanding menggunakan CISC.

Arsitektur RISC yang mendasari PowerPC memiliki kecenderungan lebih menekankan pada referensi register dibanding referensi memori, dan referensi register memerlukan bit yang lebih sedikit sehingga memiliki akses eksekusi instruksi lebih cepat.

Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan set instruksi dan menyederhanakan unit kontrol serta pengoptimasian register akan menyebabkan operand-operand yang sering diakses akan tetap berada dipenyimpan berkecepatan tinggi.

Penggunaan mode pengalamatan dan format instruksi yang lebih sederhana.

b.   Kekurangan

Program yang dihasilkan dalam bahasa simbolik akan lebih panjang (instruksinya lebih banyak).

Program berukuran lebih besar sehingga membutuhkan memori yang lebih banyak, ini tentunya kurang menghemat sumber daya.

Program yang berukuran lebih besar akan menyebabkan menurunnya kinerja, yaitu instruksi yang lebih banyak artinya akan lebih banyak byte-byte instruksi yang harus diambil.

Pada lingkungan paging akan menyebabkan kemungkinan terjadinya page fault lebih besar.

3.    Kesimpulan

Rancangan RISC dapat memperoleh keuntungan dengan mengambil sejumlah feature CISC dan Rancangan CISC dapat memperoleh keuntungan dengan mengambil sejumlah feature RISC.

Hasilnya adalah bahwa sejumlah rancangan RISC yang terbaru, yang dikenal sebagai PowerPC, tidak lagi “murni” RISC dan rancangan CISC yang terbaru, yang dikenal sebagai Pentium, memiliki beberapa karakteristik RISC. Sehingga antara RISC dan CISC saling mengisi.