RISC & Pipe Lining RISC

Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor-prosesor sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan penyimpanan/pengambilan data dari RISC). Prosesor-prosesor modern x86 juga telah menyandikan dan membagi lebih banyak lagi instruksi-instruksi kompleks menjadi beberapa “operasi-mikro” internal yang lebih kecil sehingga dapat instruksi-instruksi tersebut dapat dilakukan secara paralel, sehingga mencapai performansi tinggi pada subset instruksi yang lebih besar.

SEJARAH

Banyak usaha yang dilakukan manusia untuk terus menerus meningkatkan kecepatan computer. Satu alternative yang dianggap memiliki masa depan yang cerah adalah arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing). Awal mulanya RISC bertujuan untuk meningkatkan kecepatan proses dengan cara menaikkan frekuensi clock CPU. Tetapi kemudian disadari ada cara lain yang jauh lebih baik yaitu dengan teknik pipelining dan parallelism. Berangkat dari pemikiran tersebut, IBM kemudian merancang arsitektur RISC generasi kedua yang disebut POWER (Performance Optimization With Enhanced RISC- didefinisikan berdasarkan hasil kerja John Cocke dan lainnya di Yorktown Research). Daripada sekedar meningkatkan clock rate, POWER lebih menitik beratkan perancangan set instruksi yang secara penuh memanfaatkan pipelining dan parallelism. Arsitektur POWER merupakan rancangan superscalar, yaitu dapat melaksanakan banyak perintah dalam satu clock cycle. Hal ini dimungkinkan karena instruksi – instruksi dasar semacam branch prosessing, integer, instruction execution dan floating point instruction execution dikerjakan secara bersamaan (overlap). Server dengan arsitektur RISC generasi pertama disebut dengan RS/6000 (RISC System 6000) pada generasi yang ke lima telah berganti nama menjadi pSeries POWER5. Arti huruf “p” pada pSeries adalah performance yang menandakan bahwa mesin ini ditujukan untuk kebutuhan performance yang lebih baik.
Didalam sejarahnya, pseries mengalami beberapa perubahan. Bermula dari penyebutan RISC 6000, RS/6000 (RS = RISC System) hingga pSeries saat ini. RISC sendiri adalah nama sebuah model IC (integrated Circuit) yang didalamnya terdapat fasilitas yang biasa ditemukan didalam komputer modern, seperti clock, memory, AD/DA dll. RISC adalah kepanjangan dari Reduced Instruction Set Computing, yang berarti komputer dengan pengurangan instruksi. Mengapa demikian? Karena menurut riset, setiap karakter huruf dari command computer yang kita ketik dan instruksi yang dikenal oleh komputer, apabila dikurangi, akan meningkatkan kecepatan prosesnya pada saat dieksekusi. Oleh sebab itu tidak seperti operating system windows yang mengenal sekitar 300 instruksi, di pseries hanya sekitar 128 instruksi. Contoh instruksi copy di windows, di UNIX hanya mengenal cp, remove di windows akan menjadi rm di UNIX dst. Berikut ini adalah beberapa alasan mengapa pseries memiliki kecepatan yang lebih baik daripada platform lain :

1. Word length

Data yang dipindah – pindahkan didalam system computer bukanlah dalam bentuk aliran yang continue (continuous stream) tetapi dalam bentuk chunks atau sekumpulan bit-bit. Sebuah bit adalah sebuah binary digit, bisa 0 dan 1. Diperlukan 8 buah bit untuk dibentuk menjadi 1 byte. Banyaknya bit yang diproses setiap saat akan menentukan kecepatan computer. Jumlah bit ini disebut sebagai wordlength dari CPU. Sebuah CPU dengan wordlength 64 bit (disebut 64 bit CPU) akan memproses 64 bit data dalam satu machine cycle.

2. Bus width

Data dipindahkan dari CPU ke komponen komponen system yang lain melalui jalur bus, yaitu jalur kawat yang saling menghubungkan komponen – komponen system computer. Jumlah bit yang dapat ditransfer bus lines setiap satu saat disebut sebagai bus width. Misalnya sebuah bus line dengan lebar 64 bit akan dapat mentransfer 64 bit data pada satu saat. Contoh bus seperti ini adalah PCI / MCA adapter. Tetapi computer modern masa kini menggunakan model PCI adapter.

3. Miniaturisasi

CPU merupakan cetakan rangkaian digital diatas silicon wafer atau chips, masing – masing tidak lebih besar dari ujung penghapus pensil. On atau off digital switching didalam CPU dilakukan dengan cara mengalirkan arus melalui satu media (biasanya silicon) dari titik A ke titik B. kecepatan aliran arus tadi dapat ditingkatkan dengan cara memperkecil jarak, atau dengan cara memperkecil resistansi antara titik – titik tadi. Cara demikian akan menghasilkan chip yang lebih kecil dengan rangkaian yang lebih padat dan lebih cepat.

4. Pengganti Silicon

Cara lain untuk meningkatkan kecepatan CPU adalah dengan mengganti silicon dengan material lain yang dapat menghantarkan arus lebih cepat. Alternative yang telah ditemukan antara lain adalah GaAs (gallium Arsenide) dan chopper (tembaga) yang memiliki kecepatan yang tinggi dan konsumsi daya yang lebih rendah. Mengapa diperlukan material yang lebih baik dari silicon? karena silicon akan menghantar setelah dilakukan setengah pemanasan dan ini membutuhkan daya yang cukup signifikan.

5. Perubahan arsitektur CPU

RISC menawarkan peningkatan kecepatan yang signifikan dengan cara membuang sebagian besar instruksi yang jarang dipakai dan meningkatkan kemampuan instruksi yang tersisa. System yang dibangun menggunakan chip RISC tidak saja memiliki potensi untuk lebih cepat tetapi juga akan lebih murah dan lebih andal karena instruksi microcode yang ada didalamnya lebih sederhana. Disamping itu chip RISC akan berukuran jauh lebih kecil dan dapat bekerja dengan clock speed yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan chip arsitektur lain.

6. Konfigurasi parallel multiprosessor

Dengan menggunakan operating system yang sanggup membagi, memonitor, serta mengatur banyak pekerjaan pada saat yang sama dapat dibuat sebuah computer dengan beberapa prosessor didalamnya. Sebuah computer lima prosesor dengan satu masalah dapat dipecah menjadi 5 bagian. Masing masing bagian diselesaikan oleh prosessor yang terpisah. Hasil dari masing – masing prosesor kemudian saling digabungkan menjadi hasil akhir.

7. konfigurasi parallel multi threading

Saat ini pseries telah menerapkan konsep multithreading. Sebagai contoh, untuk satu instruksi aplikasi yang dieksekusi oleh system hingga selesai, sebenarnya terdiri dari puluhan hingga ratusan urutan kerja. Sebelum adanya multi threading setiap satu urutan kerja akan dilakukan satu persatu oleh processor (sequence), tetapi setelah adanya metode ini setiap thread (urutan proses), dapat dilakukan secara serentak, bahkan oleh processor yang berbeda sekalipun (multiprocessor).

  

RISC (Reduce Instruction Set Computer)

RISC adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computer, 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.

Ada beberapa elemen penting pada arsitektur RISC, yaitu :

• Set instruksi yang terbatas dan sederhana.

• Register general-purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk      mengoptimalkan pemakaian registernya.

• Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi.

Karakteristik

arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :

Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand 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.

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 field yang tetap pendekodean opcode dan  pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersama-sama

Ciri-ciri

·         ·        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.

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

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

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

    

    CISC

Pengertian CISC

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC) “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.

Karakteristik

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

Ciri-ciri

·         ·        Jumlah instruksi banyak

·         ·        Banyak terdapat perintah bahasa mesin

·         ·        Instruksi lebih kompleks

PIPELINING.

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.Struktur lain yang menggunakan penyelesaian deteksi atau selain penundaan yang tepat dari pengaturan waktu pusat tetapi karena masalah waktu yang Syncronization, Pipelines memaksakan sebuah penurunan kinerja. Misalnya counterflow pipeline prosesor yang dirancang sekitar dua arah, pipa membawa petunjuk dan argumen dalam satu arah dan hasil yang lainnya b ini dapat menyebabkan Syncronization masalah antara prosesor.
            Pipeline yang berputar menghindari masalah yang hanya melewati data dalam satu arah. Pada prinsipnya, prosesor dari register terus beredar di sekitar cincin yang berhubungan dengan berbagai fungsi ALU, akses memori dan sebagainya .ada tiap tahap, nilai-nilai yang memeriksa dan disampaikan, kemungkinan setelah perubahan, tidak signifikan dengan pengeluaran tambahan untuk sinkronisasi. Dispatched adalah instruksi dari pusat ke fungsi unit yang memungkinkan beberapa masalah instruksi .

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).

kemungkinan instruksi tersebut sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar.

REDUCE INSTRUCTION SET COMPUTER (RISC) .

Kata “reduced” berarti pengurangan pada set instruksi. RISC merupakan rancangan arsitektur CPU yang mengembil 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 proses RISC , instruksi operasi dasar aritmatik hanya penjumlahan dan pengurangan, untuk perkalian dan pembagian sudah dianggap operasi ang kompleks. RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi.

·        Ada beberapa elemen penting dalam arsitektur RISC, yaitu :

·        Set instruksi yang terbatas dan sederhana

·        Register general-purpose yang berjumlah banyak, atau pengguanaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian regsiternya.

·        Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi.

Ciri-ciri karakteristik RISC :

·         ·        Instruksi berukuran tunggal.

·         ·        Ukuran yang umum adalah 4 byte.

·         ·        Jumlah mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah.

·         ·        Tidak terdapat pengalamatan tak langsung.

·         ·        Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika .

Ada tiga buah elemen yang menentukan karakter arsitektur RISC, yaitu:

• Penggunaan register dalam jumlah yang besar. Hal ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan pereferensian operand.

• Diperlukan perhatian bagi perancangan pipeline instruksi. Karena tingginya proporsi instruksi pencabangan bersyarat dan prosedur call, pipeline instruksi yang bersifat langsung dan ringkas akan menjadi tidak efisien.
• Terdapat set instruksi yang disederhanakan (dikurangi). Perkembangan RISC Pada tahun 1980, John Cocke di IBM menghasilkan minikomputer eksperimental, yaitu IBM 801 dengan prosesor komersial pertama yang menggunakan RISC. Pada tahun itu juga, Kelompok Barkeley yang dipimpin David Patterson mulai meneliti rancangan RISC dengan menghasilkan RISC-1 dan RISC-2. Pemakai Teknik RISC

• IBM dengan Intel Inside-nya.

• Prosessor PowerPC, prosessor buatan motorola yang menjadi otak utama komputer Apple Macintosh.

Konsep Arsitektur 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. RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. Dengan mengoptimalkan penggunaan memori register diharapkan siklus operasi semakin cepat.



Sumber :

http://jalufebryk.blogspot.com/2013/05/cisc-dan-risc.html

http://archpineapple.blogspot.com/2009/12/pengertian-risc.htmlhttps://gigihsoak.wordpress.com/2010/05/28/risc-dan-cisc/
www.umutec.com.br