ARSITEKTUR KOMPUTER Taxonomy Komputer : RISC & CISC Instruksi Set RISC

OLEH: Michael Santoso (535079203) Yusten (535080009) Rendy Wijaya (535080024) Andi Agustono (535080028) Andrew Sugandhi (535080037) Adi Gunawan (535080040) Andry Pratama C (535080056) Sakti Sarjono (535080061) Ayu Windy (535080084) Keyza Novianti (835082001)

PROGRAM STUDI SISTEM KOMPUTER FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI

2

UNIVERSITAS TARUMANAGARA

3

BAB I PENDAHULUAN

Perkembangan inovasi komputer sejak 1960 menambah satu daftar penemuan yang sangat menarik dan paling penting, yaitu Arsitektur Reduced Instruction Set

computers (RISC). Ditinjau dari perancangan perangkat instruksinya, ada dua arsitektur prosesor yang

menonjol, yakni arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) dan CISC (Complex Instruction Set Computer). Prosesor untuk CISC memiliki instruksi-instruksi program bahasa kompleks assembly,

memudahkan

penulisan RISC

sedangkan sederhana

prosesor yang

memiliki

instruksi-instruksi dengan cepat untuk

dapat

dieksekusi

menyederhanakan implementasi rangkaian kontrol internal prosesor. Karenanya, prosesor RISC dapat dibuat dalam luasan keping semikonduktor yang relatif lebih sempit dengan jumlah CISC. komponen yang lebih sedikit di dibanding kedua

prosesor

Perbedaan

orientasi

antara

4

prosesor ini menyebabkan adanya perbedaan sistem secara keseluruhan, termasuk juga perancangan kompilatornya. Walaupun sistem RISC telah ditentukan dan dirancang dengan berbagai cara berdasarkan komunitasnya, elemen penting yang digunakan sebagian rancangan umumnya

adalah sebagai berikut : 1. Set instruksi yang terbatas dan sederhana2. Register

general purpose berjumlah banyak atau teknologi kompiler untuk

penggunaaan

mengoptimalkan penggunaan register.3. Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi.

5

BAB II DASAR TEORI

2.1. Fase RISC John Cocke (1975)

Ide dasar prosesor RISC sebenarnya bisa dilacak dari apa yang disarankan oleh Von Neumann pada

tahun 1946. Von Neumann menyarankan agar rangkaian elektronik hanya sistem bila agar untuk konsep logika diimplementasikan untuk karena melengkapi frekuensi

memang

diperlukan atau

berfungsi

penggunaannya cukup tinggi. Jadi ide tentang RISC, yang pada dasarnya perangkat adalah untuk menyederhanakan dengan

realisasi

keras

prosesor

melimpahkan sebagian besar tugas kepada perangkat lunaknya, pertama. telah Seperti ada pada komputer elektronik komputer eksekusi dan

halnya

prosesor

RISC,

elektronik langsung

pertama yang

merupakan

komputer

memiliki

instruksi

sederhana

mudah didekode.

6

Hal

yang

sama

dipercayai

juga

oleh

Seymour

Cray, spesialis pembuat super komputer. Pada tahun 1975, berdasarkan kajian yang dilakukannya,

Seymour Cray menyimpulkan bahwa penggunaan register sebagai rancangan Ketika itu tempat manipulasi menjadi data sangat menyebabkan sederhana.

instruksi

perancang prosesor lain lebih banyak

membuat instruksi-instruksi yang merujuk ke memori daripada ke register seperti rancangan Seymour

Cray. Sampai akhir tahun 1980-an komputer-komputer rancangan Seymour Cray, dalam bentuk super komputer seri Cray, merupakan komputer-komputer dengan

kinerja sangat tinggi. Pada tahun 1975, kelompok peneliti di IBM di bawah pimpinan George Radin, memulai merancang

komputer berdasar konsep John Cocke. Berdasarkan saran John Cocke, setelah hasil meneliti frekuensi suatu

pemanfaatan program,

instruksi

kompilasi

untuk

memperoleh

prosesor

berkinerja

7

tinggi

tidak

perlu

diimplementasikan

instruksi

kompleks ke dalam prosesor bila instruksi tersebut dapat yang dibuat telah dari instruksi-instruksi Kelompok yang sederhana IBM ini

dimilikinya. komputer 801

menghasilkan

menggunakan

instruksi format-tetap dan dapat dieksekusi dalam satu siklus detak (Robinson, 1987 : 143). Komputer 801 yang dibuat dengan teknologi ECL (emitter-

coupled logic) , 32 buah register, chace terpisah untuk memori dan instruksi ini diselesaikan pada tahun 1979. Karena sifatnya yang eksperimental,

komputer ini tidak dijual di pasaran.

2.2. Fase RISC Barkeley (1980)

Kelompok California

David memulai

Patterson proyek RISC

dari pada

Universitas tahun 1980

dengan tujuan menghindari kecenderungan perancangan prosesor yang perangkat instruksinya semakin

8

kompleks sehingga memerlukan perancangan rangkaian kontrol yang semakin rumit dari waktu ke waktu. Hipotesis yang diajukan adalah bahwa implementasi instruksi instruksi pemakaian program kompleks yang kompleks justru tersebut ke dalam berdampak dalam Apalagi, dapat perangkat negatif kebanyakan instruksi dari

prosesor instruksi hasil itu

komplikasi. pada dasarnya

disusun

instruksi-instruksi sederhana yang telah dimiliki. Rancangan mendukung prosesor bahasa dan C, RISC-1 yang ditujukan dipilih pengguna. kelompok untuk karena Realisasi Patterson

popularitasnya rancangan

banyaknya oleh

diselesaikan

dalam waktu 6 bulan. Fabrikasi dilakukan oleh MOVIS dan XEROX dengan menggunakan teknologi silikon NMOS (N-channel Hasilnya Metal-oxide adalah sebuah Semiconductor) chip 2 mikron. terpadu

rangkaian

dengan 44.500 buah transistor. Chip RISC-1 selesai dibuat pada musim panas dengan kecepatan eksekusi 2

9

s per instruksi (pada frekuensi detak 1,5 MHz), 4

kali lebih lambat dari kecepatan yang ditargetkan. Tidak tercapainya target itu disebabkan terjadinya sedikit dapat kesalahan diatasi perancangan, dengan meskipun kemudian rancangan

memodifikasi

assemblernya. Berdasarkan hasil evaluasi, meskipun hanya

bekerja pada frekuensi detak 1,5 MHz dan mengandung kesalahan perancangan, program RISC-1 C terbukti lebih cepat mampu dari

mengeksekusi

bahasa

beberapa prosesor CISC, yakni MC68000, Z8002, VAX11/780, dan PDP-11/70. Hampir bersamaan dengan proses fabrikasi RISC-1, tim Berkeley lain mulai bekerja untuk merancang

RISC-2. Chip yang dihasilkan tidak lagi mengandung kesalahan sehingga mencapai kecepatan operasi yang ditargetkan, 330 ns tiap instruksi. RISC-2 hanya memerlukan luas chip 25% dari yang dibutuhkan RISC-1 dengan 75% lebih banyak register.

10

Meskipun perangkat instruksi yang ditanamkan sama dengan perangkat instruksi yang dimiliki RISC-1,

tetapi di antara keduanya terdapat perbedaan mikro arsitektur perangkat kerasnya. RISC-2 memiliki 138 buah register yang disusun sebagai 8 jendela

register, dibandingkan dengan 78 buah register yang disusun juga sebagai 6 jendela register. dalam hal Selain itu,

terdapat

perbedaan memiliki

organisasi dua tingkat

pipeline.

RISC-1

pipeline

sederhana dengan penjemputan (fetch) dan eksekusi instruksi yang dibuat tumpang-tindih, sedangkan

RISC-2 memiliki 3 buah pipeline yang masing-masing untuk penjemputan instruksi, pembacaan operan dan eksekusinya, dan penulisan kembali hasilnya ke

dalam register. Sukses kedua proyek memacu tim Berkeley untuk mengerjakan proyek SOAR (Smalltalk on RISC) yang dimulai pada tahun 1983. Tujuan proyek ini adalah untuk menjawab pertanyaan apakah arsitektur RISC

11

bekerja baik dengan bahasa pemrograman Smalltalk. Jadi proyek SOAR ini merupakan RISC upaya pertama

menggunakan simbolik. Versi

pendekatan

untuk

pemrosesan

pertama

mikroprosesor

SOAR

diimplementasikan dengan menggunakan teknologi NMOS 4 mikron. Chip yang dihasilkan memiliki 35.700 buah transistor dan bekerja dengan kecepatan 300 ns tiap instruksi. Versi kedua yang dirancang pada 19841985 menggunakan teknologi CMOS (Complementary prosesor oleh

Metal-oxide berarsitektur rancangan mikroprosesor dan KIM20

Semiconductor). RISC banyak

Beberapa

yang

dipengaruhi SOAR,

mikroprosesor SPARC (dari Sun

misalnya Inc.)

Microsystems

yang

dirancang

Departemen

Pertahanan

Perancis. Mengikuti kemudian Processing proyek SOAR, proyek yang kelompok SPUR Berkeley (Symbolic tahun 1985.

mengerjakan Using RISC)

dimulai

12

Proyek SPUR bertujuan untuk merancang stasiun kerja (workstation) riset proyek tentang SPUR multiprosesor pemrosesan juga sebagai paralel. bagian Selain dari itu,

melakukan arsitektur

penelitian komputer, Sistem

tentang sistem prosesor

rangkaian operasi, SPUR tinggi

terpadu, dan bahasa

pemrograman. 6-12

dibangun yang

dengan

prosesor sama

berkinerja lain, serta

dihubungkan

satu

dihubungkan dengan memori dan peranti masukan atau keluaran Untuk melalui Nubus yang telah dimodifikasi. menambahkan

kerja

sistem

diperbaiki

dengan

chace sebesar 128 kilobyte pada tiap prosesor untuk mengurangi kepadatan lalu lintas data pada bus dan mengefektifkan pengaksesan memori.

2.3. Fase RISC Stanford (1981)

Sementara

proyek

RISC-1

dan

RISC-2

dilakukan

kelompok Patterson di Universitas California, pada

13

tahun 1981 itu juga John Hennessy dari Universitas Stanford without riset dengan mengerjakan Interlocked tentang teknologi proyek Pipeline MIPS (Microprocessor Pengalaman digabungkan merupakan

Stages).

optimasi

kompilator keras

perangkat

RISC

kunci utama proyek MIPS ini. Tujuan utamanya adalah menghasilkan chip mikroprosesor serbaguna 32-bit

yang dirancang untuk mengeksekusi secara efisien kode-kode hasil kompilasi. Perangkat instruksi prosesor MIPS terdiri atas 31 buah instruksi yang dibagi menjadi 4 kelompok, yakni kelompok instruksi isi dan simpan, kelompok instruksi operasi aritmetika dan logika, kelompok instruksi pengontrol, dan kelompok instruksi lainlain. MIPS menggunakan keras sehingga 5 tingkat pipeline antar tanpa

perangkat tersebut,

saling-kunci kode yang

pipeline harus

dieksekusi

benar-benar bebas dari konflik antar pipeline.

14

Direalisasi

dengan

teknologi

NMOS

2

mikron,

prosesor MIPS yang memiliki 24.000 transistor ini memiliki setiap kemampuan 500 ns. mengeksekusi satu 5 instruksi tingkat

Karena

menggunakan

pipeline bagian kontrol prosesor MIPS ini menyita luas cip dua kali lipat dibanding dengan bagian kontrol pada prosesor RISC. MIPS memiliki 16

register dibandingkan dengan 138 buah register pada RISC-2. Hal ini bukan masalah penting karena MIPS memang dirancang untuk mebebankan kerumitan

perangkat keras ke dalam perangkat lunak sehingga menghasilkan perangkat keras yang jauh lebih

sederhana dan lebih efisien. Perangkat keras yang sederhana akan mempersingkat waktu perancangan,

implementasi, dan perbaikan bila terjadi kesalahan. Sukses perancangan MIPS dilanjutkan oleh tim

Stanford dengan merancang mikroprosesor yang lebih canggih, yakni MIPS-X. Perancangan dilakukan oleh tim riset MIPS sebelumnya ditambah 6 orang

15

mahasiswa, dan dimulai pada musim panas tahun 1984. Rancangan MIPS-X banyak diperbaruhi oleh MIPS dan RISC-2 dengan beberapa perbedaan utama : 1. Semua instruksi MIPS-X merupakan operasi

tunggal dan dieksekusi dalam satu siklus detak. 2. Semua instruksi MIPS-X memiliki format tetap

dengan panjang instruksi 32-bit. 3. MIPS-X dilengkapi pendukung koprosesor yang

efisien dan sederhana. 4. MIPS-X sebagai dilengkapi prosesor pendukung dasar untuk dalam digunakan sistem

multiprosesor memori bersama (shared memory). 5. MIPS-X dilengkapi chace instruksi dalam chip

yang cukup besar (2 kilobyte). 6. MIPS-X mikron. difabrikasi dengan teknologi CMOS 2

Sama dengan

seperti pipeline

MIPS, tanpa

MIPS-X

merupakan

prosesor

saling-kunci

(interlock)

perangkat keras. Perangkat lunaknya dirancang untuk

16

mengikuti pewaktuan instruksi agar tidak terjadi konflik antar pipeline.

Chip

pertama

yang

dihasilkan

bekerja

baik

dengan detak 16 MHz, lebih rendah dari target yang dicanangkan sempurnanya dibuat setinggi instruksi 20 MHz, akibat Versi tidak 25 MHz 1,6

percabangan.

dengan

menggunakan

teknologi

CMOS

mikron. Ditambah dengan chace yang diintregrasikan pada chip prosesor, MIPS-X berisi hampir 150.000 transistor di atas keping seluas 8 x 8,5 mm.

17

Gambar 1 RISC 8-bit

18

BAB III PEMBAHASAN

3.1. Pengertian RISC RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer . Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk mengeset istruksi dalam

komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.

3.2. Karakteristik RISC

3.2.1 Instruksi per Siklus Mesin Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang

digunakan untuk mengambil dua buah operator 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 mikro instruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi

19

sederhana

atau

instruksi

satu

siklus

hanya

dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama sekali, instruksi mesin dapat di hardwired. Instruksi

seperti itu akan dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain kontrol karena tidak perlu saat

mengakses

penyimapanan

mikroprogram

eksekusi instruksi berlangsung.

3.2.2

Set Instruksi (Operasi) Pertukaran Data yang Sederhana Operasi berbentuk dari register ke register

yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . set pula unit optimasi Fitur rancangan ini

menyederhanakan menyederhanakan lainnya

instruksi control.

sehingga Keuntungan register

memungkinkan

pemakaian

sehingga operator yang sering diakses akan tetap ada di penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan

20

pada

operasi

register

ke

register

merupakan hal

yang unik bagi perancangan RISC.

21

3.2.3 Mode Pengalamatan yang Sederhana 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.

3.2.4

Format Instruksi yang Tetap Penggunaan format-format instruksi sederhana,

panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang kata. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan dan field yang tetap

pendekodean

opcode

pengaksesan

operator

register dapat dilakukan secara bersama-sama.

22

3.3. Ciri-ciri RISC

RISC memiliki cirri-ciri sebagai berikut1.

Instruksi berukuran tunggal. Ukuran yang umum adalah 4 byte.

2.

3. Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari 5 buah.4.

Tidak

terdapat

pengalamatan sebuah

tak

langsung memori

yang agar

mengharuskan

melakukan

akses

memperoleh alamat operand lainnya dalam memori.5.

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

6.

Tidak terdapat lebih dari satu operator beralamat memori per instruksi.

7.

Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load atau store.

23

8. Jumlah

maksimum

pemakaian

memori

manajemen

bagi

suatu alamat data adalah sebuah instruksi .

24

9.

Jumlah dengan

bit 5

bagi

integer

register

spesifier 32

sama buah

atau

lebih,

artinya

sedikitnya

register

integer

dapat

direferensikan

sekaligus

secara eksplisit. 10. Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus

secara eksplisit. Beberapa prosesor implementasi dari arsiteketur

RISC adalah AMD 29000, MIPS R2000, SPARC, MC 88000, HP PA, IBM RT/TC, IBM RS/6000, intel i860, Motorola 88000 (keluarga Motorola), PowerPC G5.

3.4. Implementasi RISC (PowerPC)

Proyek mini komputer 801 di IBM pada tahun 1975 mengawali banyak konsep arsitektur yang digunakan

dalam sistem RISC. 801 bersama dengan prosessor RISC I Berkeley, meluncurkan gerakan RISC, namun 801 hanya merupakan prototipe yang ditujukan untuk mengenalkan

25

konsep

desain. IBM yaitu

Keberhasilan membangun PC RT

memperkenalkan workstation 1986,

801 RISC dengan

menyebabkan komersial

produk pada

tahun

mengadaptasi konsep arsitektural 801 kedalam kinerja yang sebanding atau yang mesin lebih RISC baik. IBM RISC yang

System/6000

merupakan

superscalar

dipasarkan sebagai workstation berunjuk kerja tinggi, tidak lama kemudian IBM mengkaitkan mesin ini sebagai arsitektur POWER. IBM kemudian menjalin kerjasama

dengan Motorola, pembuat mikroprosessor seri 6800, dan Apple, yang menggunakan keping Motorola dalam komputer Macintoshnya dan hasilnya adalah seri mesin yang

mengimplementasikan arsitektur PowerPC yang diturunkan dari arsitektur POWER dan merupakan sistem RISC

superscalar.

3.4.1

Jenis Data RISC Pada PowerPC Byte, halfword, word, doubleword merupakan

jenis data umum. Prosesor mengiterpretasikan isi

26

item

data

tertentu

tergantung

pada

instruksi.

Prosesor fixed point mengenal jenis data berikut :1. Unsigned

Byte : dapat digunakan bagi operasi

logika atau aritmetika integer. Data ini dimuat dari memori ke register kiri umum dengan zeropenuh

extending register.

dsebelah

keukuran

2. Unsigned Halfword : seperti diatas namun dengan

kuantitas 16-bit.3. Signed

Halfword

:

digunakan kedalam

untuk memori

operasi dengan

aritmatika,

dimuatkan

sign-extending pada sebelah kiri keukuran penuh register (yaitu bit tanda posisi yang kosong).4. Unsigned Word : digunakan untuk operasi logika

disalinkan keposisi-

dan berfungsi sebagai pointer lokal.5. Signed

Word

:

digunakan

untuk

operasi

aritmatika.

27

6. Unsigned Doubleword : digunakan sebagai pointer

alamat.

28

7. Byte

String

:

panjangnya

mulai

0

hingga

128

byte. Selain point itu PowerPC tunggal mendukung dan data floating yang

presisi

presisi

ganda

ditetapkan pada IEEE 754.

3.4.2

Operasi RISC Pada PowerPC PowerPC banyak memiliki jenis operasi , berikut

disajikan berbagai jenis operasi pada PowerPC :1.

Berorientasi Pencabangan PowerPC memiliki orientasi pencabangan tidak

bersyarat dan pencabangan bersyarat. Instruksiinstruksi pencabangan bersyarat menguji suatu

bit tunggal dari register kondisi apakah benar, salah, atau tidak peduli dan isi dari counter register apakah nol, bukan nol, atau tidak

peduli. Dengan demikian terdapat sembilan macam kondisi instruksi pencabangan bersyarat yang

29

terpisah. Apabila counter register diuji apakah nol atau bukan nol, maka 1. loop sesudah Hal ini pengujian tentunya Instruksi dari link

register memudahkan dapat juga

berkurang penyiapan

iterasi. bahwa

mengindikasikan itu

alamat dalam

pencabangan

ditempatkan

register, hal ini memungkinkan pengolahan call atau return. Instruksi Uraian b bl : Pencabangan tidak bersyarat. : Bercabang alamat setelah register. bc : Pencabangan bersyarat pada Count Register dan/atau Register. sc : System Call untuk membangkitkan layanan pada bit dalkam Condition kealamat sasaran dan yang menaruh berada link

efektif

instruksi

pencabangan

kedalam

30

sistem operasi trap : Memebandingkan membangkitkan dua sistem buah trap operator handler dan bila

persyaratan tertentu dipenuhi.

31

2. Load/Store Dalam arsitektur PowerPC hanya instruksi

load/store yang dapat mengakses lokasi memori, instruksi logika dan aritmetika hanya dilakukan terhadap register. Terdapat dua fitur yang

membedakan instruksi-instruksi load/store :a.

Ukuran data, dimana data dapat dipindahkan dalam satu byte, halfword, word, juga atau dapat

doubleword.

Instruksi-instruksi

digunakan untuk memuat atau menyimpan suatu byte ke dalam sejumlah register atau dari sejumlahb.

register

Ekstensi Tanda, dimana pada pembuatan word dan halfword, bit-bit sebelah kiri register 64-bit tujuan yag tidak dipakai dapat diisi dengan bilangan-bilangan nol atau dengan bit tanda dari kuantitas yang dimuatkan.

32

Instruksi Uraian Lwzu : Memuatkan word dan nol kesebelah kiri; meng-update register sumber. ld lmw : : Memuatkan dobleword. Memuatkan word ganda berurutan ke

register yang berdekatan dari register sasaran melalui General Purpose

Register 31. lswx : Memuatkan register sasaran. suatu yang untaian byte kedalam register

dimulai byte

dengan

Empat

per-register.

Diambil semua dari register 31 hingga register 0. 3. Arimatika Integer Instruksi Uraian add : Menjumlahkan isi dari dua buah integer dan menyimpannya dalam register ketiga

33

subf

: Mengurangkan isi dua buah register dan menyimpannya dalam register ketiga.

mullw : Mengalikan isi dua buah register orde rendah 32-bit dan dalam menyimpan register hasil 64-bit

perkaliannya ketiga. divd : Membagi isi

dua

buah

register

64-bit

dan menyimpan hasil nya dalam register ketiga.4.

Logika dan Shift

Instruksi Uraian cmp : Membandingkan dua buah operand dan

menyetel empat buah bit kondisi dalam field register kondisi tertentu. crand (Condition Condition hasilnya Register Register disimpan AND) : dua bit dan satu

di-AND-kan dalam salah

dari kedua posisi tersebut.

34

and

: Meng-AND-kan isi dua buah register dan menyimpannya dalam register ketiga

sld

: Menggeser kekiri dalam register sumber dan menyimpannya dalam register

tujuan.

35

cntlzd

: Mencacah jumlah bit 0 berturutan yang berawal sumber pada dan bit nol dalam register hasil

menempatkan

perhitungan dalam register tujuan. rldic : Merotasikan doubleword, ke kiri register dengan

meng-AND-kannya

mask, dan menyimpannya dalam register tujuan. 5. Floating Point Instruksi Uraian lfs : Memuatkan bit dari bilangan memori, floating point 32-

mengubahnya

kedalam

format 64 bit, dan menyimpannya dalam register floating point. fadd : Menjumlahkan dua buah register floating point dan menyimpannya dalam register

ketiga.

36

fmadd : Mengalikan menambahkan menyimpan keempat.

isi isi

dua

buah

register, dan

register

ketiga,

hasilnya

dalam

register

fcmpu : Membandingkan dua buah operand floating point dan menyetel bit-bit kondisi. 6. Manajemen Cache Instruksi Uraian dcbf : Membersihkan Melakukan terdapat (flush) blok data cache cache. yang

lookup pada

dalam

alamat

sasaran

tertentu

dan melakukan operasi pembersihan. icbi : Menginvalidasikan instruksi blok cache.

3.4.3

Mode dan Format Pengalamatan RISC Pada PowerPC Seperti umumnya mesin-mesin RISC, PowerPC

menggunakan mode pengalamatan yang sederhana dan

37

relatif

pendek.

Mode-mode

ini

sangat

cocok

diklasifikasikan menurut jenis instruksinya 1. Load/Store Adressing a. Indirrect Adressing Instruksinya meliputi displacement 16-bit yang akan ditambahkan ke register basis,

yang kemudian akan meng-update isi register itu. Option update sangat berguna di untuk dalam

pengindeksan loop.

progresif

aray-aray

b. Indirect Indexed Adressing Instruksinya mereferensi dan indeks register, yang register disini basis kedua

register

tersebut

dapat

berupa

sembarang

General Purpose Register. Effective Address merupakan tersebut. jumlah Seperti isi mode kedua register option

sebelumnya,

38

update menyebabkan register basis di-update menjadi effective address yang baru 2. Branch Addressing a. Absolute Addressing Digunakan pada instruksi pencabangan

tanpa syarat, maka alamat efektif berikutnya diperoleh dari immediate value 24-bit yang terdapat dalam instruksi. menjadi Nilai 24-bit dengan

dikembangkan

32-bit

menambahkan dua angka nol kesisi yang kurang signifikan harus (hal ini pada tanda. bersyarat, diijinkan batas Untuk effective instruksi dan

terjadi

32-bit)

pengembangan pencabangan

instruksi address

dari instruksi berikutnya diturunkankan dari suatu immediate value 16-bit dalam instruksi tersebut. Nilai 16-bit ini dikembangkan

menjadi nilai 32-bit dengan menambahkan dua

39

angka

nol

kesisi

yang

paling

kurang

signifikan

dan pengembangan data.

b. Relative Addressing Immediate pencabangan value value tanpa 24-bit atau (instruksi immadiate

syarat), (instruksi

14-bit

pencabangan diatas.

bersyarat)

dikembangkan

seperti

Kemudian nilai yang diperoleh ditambahkan ke program Counter untuk menentukan lokasi

relatif keinstruksi saat itu.

40

c. Indirrect Adressing Mode instruksi atau count ini memperoleh effetive link hal address register ini count alamat dapat

berikutnya register.

dari Dalam

register instruksi juga

digunakan

untuk

menampung ini

pencabangan. untuk

Register menampung

digunakan

hitungan

looping. 3. Arithmetic Instructions Pada aritmetika integer seluruh operator

diisikan ke dalam register atau sebagai bagian instruksi, point sdangkan pada aritmatika merupakan hanya floating register register

seluruh

operator artinya

floating

point,

addressing yang digunakan a. Register Addressing Pada register addressing sebuah operand simbol atau operand tujuan ditentukan

41

sebagai Register.

salah

satu

General

Purpose

42

b. Immediate Addressing Pada immediate addressing operand sumber berbentuk kuantitas bertanda 16-bit di dalam instruksi.

3.4.4

Format Instruksi RISC Pada PowerPC Semua instruksi PowerPC panjangnya 32 bit dan

berbentuk seperti format instruksi yang umum. Enam bit pertama sebuah instruksi mensfesifikasikan

operasi yang akan dilakukan. Pada kasus tertentu terdapat pada pengembangan pada opcode yang yang terdapat

instruksi-instruksi khusus format suatu biasa

mensfesifikasikan Perlu diingat pekerjaan instruksilogika,

subkasus sruktur

operasi. yang

memudahkan Bagi

unit-unit instruksi

eksekusi

instruksi.

load/store,

aritmetik,

dan

opcode diikuti oleh dua buah referensi register 5

43

bit

yang

memungkinkan

32

buah

General

Purpose

Register dapat digunakan. Instruksi pencabangan mencakup suatu bit link (L) yang menandakan alamat efektif instruksi yang berada setelah instruksi pencabangan akan disimpan dalam register link. Dua bentuk instruksi juga

juga mencakup bit (A) yang menandakan apakah mode pengalamatan bersifat absolut atau relatif

terhadap PC. Pada instruksi pencabangan bersyarat, field bit CR mensfesifikasikan bit yang akan diuji dalam register kondisi. Field option

mensfesifikasikan persyaratan tentang pencabangan mana yang akan diambil. Tabel 1. Tabel Kondisi Percabangan Selalu Bercabang Bercabang apabila tidak bersyarat count = 0 Bercabang apabila count = 0 syarat tidak terpenuhi syarat terpenuhi tidak bersyarat syarat tidak terpenuhi

syarat terpenuhi Bercabang apabila syarat tidak terpenuhi

44

Bercabang apabila syarat terpenuhi Instruksi floating point memiliki field-field pada tiga buah register sumber. Umumnya hanya dua bua register sumber saja yang dipakai. Beberapa

instruksi mencakup perkalian dan register sumber dan kemudian penambahan atau pengurangan register sumber ketiga, penggabungan instruksi seperti ini digunakan karena sering diperlukan.

3.5. Pipelining RISC Pipelining adalah suatu teknik implementasi dengan mana berbagai tindih instruksi dapat dilaksanakan hal di ini antara secara

tumpang

(overlapped), yang ada

mengambil tindakan

keuntungan

paralelisme

yang diperlukan untuk mengeksekusi suatu instruksi. Di dalam pipeline suatu komputer, masing-masing langkah di dalam pipeline melengkapi bagian-bagian dari suatu instruksi. segment. Masing-masing langkah disebut Stage dihubungkan satu stage atau

terhadap

lainnya

45

sehingga membentuk yang akhir stage.

pipe-instruction pada bagian

Pipelining pada RISC terdapat 2 model yaitu : 1. Siklus Instruksi (Operasi Register-Register),

terdiri dari 2 fase yaitu : a. I : Instruction Fetch (Pengambilan Instruksi). b. E : Execute (Melakukan operasi ALU dengan

register input dan output).

Gambar 3. Pipeline RISC Reg-to-Reg

2. Operasi Load-Store, terdiri dari 3 fase yaitu : a. I : Instruction Fetch (Pengambilan Instruksi). b. E : Execute (Menghitung Alamat Memory). c. D : Memory sebaliknya). (Operasi Register ke memori dan

46

Dalam pipelining

pengembangan yang umum

pipelining digunakan dalam

RISC, RISC

model dengan

pipelining 5 fase yang disebut Clasic 5 Stage RISC Pipeline. Model pipelining tersebut terdiri dari 5

fase yaitu : a. IF : Instruction Fetch (Pengambilan dari memori). b. ID : Instruction Decode (Menterjemahkan ke dalam sinyal kontrol dan opcode membaca instruksi

register). c. EX :Execute (Menjalankan operasi ALU,

menghitung jump dan percabangan target). d. MEM : Memori (Mengakses memori jika perlu). e. WB : Write Back (Meng-update file register).

47

Gambar 3. Clasic RISC 5 Stage Pipeline

48

3.6. Kelebihan dan Kekurangan RISC

Teknologi RISC relatif masih baru oleh karena itu tidak ada perdebatan dalam menggunakan RISC ataupun CISC, karena teknologi 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. 3.6.1 Kelebihan1.

Berkaitan dimana

dengan tugas

penyederhanaan pembuat kompiler

kompiler, untuk bagi yang karena yang

menghasilkan semua

rangkaian HLL.

instruksi Instruksi

mesin mesin

pernyataan

kompleks kompiler sesuai

seringkali harus dengan kode

sulit

digunakan kasus-kasus

menemukan

konsepnya. yang

Pekerjaan untuk

mengoptimalkan

dihasilkan

meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining

49

jauh

lebih

mudah

apabila

menggunakan

RISC

dibanding menggunakan CISC.2.

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

eksekusi

instruksi lebih cepat.3.

Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan unit register set instruksi kontrol akan dan serta

menyederhanakan pengoptimasian

menyebabkan

operand-operand yang sering diakses akan tetap berada dipenyimpan berkecepatan tinggi.4.

Penggunaan

mode

pengalamatan

dan

format

instruksi yang lebih sederhana.

3.6.2 Kekurangan

50

1.

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

51

2.

Program

berukuran memori

lebih yang

besar lebih

sehingga ini

membutuhkan

banyak,

tentunya kurang menghemat sumber daya. 3. Program yang berukuran lebih besar akan

menyebabkan a. Menurunnya kinerja, yaitu instruksi yang

lebih banyak artinya akan lebih banyak bytebyte instruksi yang harus diambil. b. Pada lingkungan paging akan page menyebabkan fault lebih

kemungkinan besar.

terjadinya

3.7. Perbedaan RISC dan CISC

3.7.1

Pada Karakteristik Arsitektur

Tabel 2. Perbedaan Karakteristik Arsitektur RISC dan CISC Karakteristik Ukuran Satu Instruksi Format Instruksi Cache RISC ukuran CISC (32 Bervariasi (16-64 field

bits) Penempatan

bits) field Penempatan bervariasi Satu cache

yang tetap Cache terpisah

52

Tabel 2. Lanjutan Karakteristik RISC Addressing 12-24 Mode Tingkat Kerumitan Instruksi Hampir operasi mudah CISC 3-5

semuanya Bervariasi, mulai satu dari yang sederhana sehingga kemungkinan menggunakan banyak operasi pada 1 instruksi Digabungkan dengan dalam macam instruksi berbeda Menggunakan implementasi 1 mikrocode dan operasi berbagai tipe yang yang hingga ada

merupakan

ke yang kompleks

Referensi Memori

Tidak digabungkan dengan operasi

Design Hardware

Menggunakan implementasi dengan pipeline tanpa microcode

3.7.2 Pada Fitur Table 3. Perbedaan Fitur RISC dan CISC Fitur Daya Kecepatan RISC Sedikit (miliwatt) 200-520 MHz CISC Banyak (watt) 2-5 GHz

53

Komputasi CPI Manajemen Memory I/O Environment Struktur Instruksi Port

CPI < 1.5 Direct, 32 bit Costum High Temp,

CPI 2-15 Mapped PC berbasis

pilihan via BIOS Low Need Fans, FCC/CE approval an issue Seperti PC dan Load and Go BSP

EM Emissions Costum, efisien,

sangat cepat Sistem Sulit, membutuhkan level rendah

Operasi

54

3.7.3

Pada Instruksi Perbedaan antara CISC dengan RISC menjadi jelas

melalui persamaan kinerja komputer dasar, yaitu :

Contoh : RISC instruksi: Siklus total clock untuk RISC : (3movs x 1 cycle) = 3 cycles Mov ax, 0 (5adds x 1 cycles) = 5 cycles (5loops x 1 cycles )= 5 cycles Mov bx, 10 + Mov cs, 5 Total = 13 cycles

Begin Add ax, bx Loop begin CISC instruksi: Mov ax, 10 Mov bx, 5 Mul bx, ax Siklus total clock untuk CISC : (2movs x 1 cycle) = 2 cycles (1mul x 30 cycles) = 30 cycles + Total = 32 cycles

3.7.4 Pada Langkah Kerja

55

Gambar 4. Perbedaan RISC dan CISC pada langkah kerja3.7.5

Pada Pipeline

GGambar 5. Alur Pipeline CISC dan RISC

3.7.6 Secara Keseluruhan Table 4. Perbedaan RISC dan CISC RISC Penekanan pada CISC perangkat Penekanan pada

lunak Single-clock,

perangkat keras hanya Termasuk instruksi

sejumlah kecil instruksi kompleks multi-clock Register ke register : Memori ke memori : LOAD dan STORE adalah LOAD dan STORE

56

instruksi-instruksi terpisah Urutan kode

saling bekerja sama besar, Urutan kode kecil,

kecepatan (relatif) tinggi kecepatan rendah Transistor banyak dipakai Transistor digunakan untuk register memori untuk kompleks menyimpan instruksi-instruksi

57

BAB IV KESIMPULAN

1.

Prosesor RISC, yang berkembang dari riset akademis telah menjadi prosesor komersial yang terbukti

mampu beroperasi lebih cepat dengan penggunaan luas chip yang efisien.2.

Bila teknik emulasi terus dikembangkan maka pemakai tidak perlu lagi mempedulikan prosesor apa yang ada di dalam sistem komputernya, selama prosesor

tersebut dapat menjalankan sistem operasi ataupun program aplikasi yang diinginkan.3.

Perkembangan kontroversi RISC dan CISC disebabkan karena terjadinya semakin konvergensinya teknologi.

4.

Dengan semakin bertambahnya kerapatan keeping dan semakin cepatnya perangkat keras,maka system RISC menjadi semakin kompleks.

58

5.

Bersamaan dengan hal itu, untuk mencapai kinerja yang maksimum, rancangan CISC telah difokuskan yang

terhadap

masalah-masalah

tradisional

berkaitan dengan RISC, seperti misalnya pertambahan jumlah register general purpose dan penekanan pada rancangan pipeline instruksi.6.

Kelebihan arsitektur RISC yang berkaitan dengan kinerja dapat ditunjukan dengan sejumlah Sircumstansial Evidence(Lampiran 1).

7. Implementasi pertama arsitektur power PC yaitu 601

memiliki rancangan

rancangan RS 6000,

yang model

sangat

mirip

dengan

PowerPC

berikutnya

mempunyai konsep superscalar.

59

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. Program Diploma Teknik Elektro FT Undip. PROSESOR RISC : Perkembangan dan Prospeknya..

http://www.d3elektro.undip.ac.id/index.php/infofull/16-prosesor-risc-perkembangan-danprospeknya.html, 10 September 2011

Stalling, Komputer:

Williams,

Organisasi Kinerja.

Dan Jilid

Arsitektur 1, Terj.

Perancangan

Gurnita Priatna, Jakarta : Prenhallindo,1998. Stalling, Komputer: Williams, Organisasi Kinerja. Dan Jilid Arsitektur 2, Terj.

Perancangan

Gurnita Priatna, Jakarta : Prenhallindo,1998. PowerPC Siap Masuki 2-GHz, Komputek, Juni 2001, edisi 219 minggu II, hal 3. Tanggal akses: 5 September 2011. http://www.lib.usm.my/Moro/GPI/bab10.html William Stallings , Computer Organization and

Architecture, 1996

60

LAMPIRAN 1Sircumstansial Evidence Optimasi kompiler yang lebih efektif dan dapat dikembangkan Sebagian besar instruksi yang dihasilkan oleh kompiler relatif sederhana.

Berkaitan

dengan

penggunaan

pipelining

instruksi yang diterapkan secara lebih efektif terhadap RISC.

Program-program

RISC

harus

lebih

responsife

terhadap interrupt. Berkaitan dengan implementasi VLSI Apabila CPU akan digunakan berubah, rancangan artinya dan implementasi untuk

dimungkinkan

menaruh CPU keseluruhan pada keeping tunggal. Waktu yang dibutuhkan untuk implementasi dan

perancangan karena prosessor VLSI cukup sulit dibuat sehingga para perancang harus membuat

61

rancangan rangkaian, tata letak dan pemodelan pada tingkat perangkat, dengan menggunakan

pemodelan RISC proses tersebut akan lebih mudah selain dengan setara apabila kinerja keping CISC RISC ekuivalen yang

mikroprosessor maka

(Pentium) dengan

keuntungan

memakai

pendekatan RISC akan terasa sekali.