ARSITEKTUR KOMPUTER RISC

Materi 13Organisasi Sistem Komputer

Dr Hary BudiartoDr. Hary Budiarto

PerkembanganArsitekturKomputerPerkembanganArsitekturKomputerFamily concept y pMicroprogrammed control unit C h Cache memory Pipelining Multiprocessor RISCRISC

Reduced Instruction Set Computer (RISC)Reduced Instruction Set Computer (RISC)

Perancangan arsitektur CPU yang mengambil dasarfilosofi bahwa prosesor dibuat dengan arsitektur yang tidak rumit dengan membatasi jumlah instruksi hanya

d i t k i d di l k j pada instruksi dasar yang diperlukan saja.

Kata “reduced”, berarti pengurangan pada set instruksinya instruksinya.

Rancangan ini berawal dari pertimbangan –pertimbangan dan analisa model perancangan lain yang pertimbangan dan analisa model perancangan lain yang kompleks, sehingga harus ada pengurangan set instruksinya.y

Sejarah RISCSejarah RISCTahun 1970 dimulai penelitian RISC oleh BarkeleyUniversity dan Stanford University

Tahun1980, John Cocke dari IBM dengan menghasilkank k lminikomputer eksperimental 801

Tahun1980, kelompok Barkeley yang dipimpin David P tt l i liti RISC h ilkPatterson mulai meneliti rancangan RISC menghasilkanRISC-1 dan RISC-2

Tahun 1981 John Hennessy dari Standford merancangTahun 1981, John Hennessy dari Standford merancangRISC walau agak berbeda dengan nama MIPS

Implementasi Teknologi RISCImplementasi Teknologi RISC

Didominasi oleh IBM dengan Intel Inside-nyag y

Prosesor PowerPC adalah prosesor buatanMotorola yang menjadi otak utama komputery g j pApple Macintoch memakai teknik RISC dalamdesainnyay

Macintosh, DEC, dan SUN adalah komputer yang handal dengan sistem pipelining, superscalar, handal dengan sistem pipelining, superscalar, operasi floating point

K P g A it kt RISCKonsep Perancangan Arsitektur RISC

Siklus instruksi. Operasi Pertukaran data. M d l t Mode pengalamatan. Format instruksi.

Siklus InstruksiSiklus InstruksiSatu instruksi per siklus mesin.

Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakanuntuk mengambil dua buah operand dari register,

l k k d h lmelakukan operasi ALU, dan menyimpan hasiloperasinya ke dalam register.

RISC d l h d h t t iRISC adalah rancangan prosesor yang sederhana, tetapidalam kesederhanaan tersebut didapatkan kecepatanoperasi tiap – tiap siklus instruksinya operasi tiap tiap siklus instruksinya.

Instruksi dibatasi hanya menyediakan instruksi dasar saja.

Fungsi – fungsi yang kompleks akan diterjemahkanFungsi – fungsi yang kompleks akan diterjemahkandalam operasi instruksi – instruksi dasar

Operasi Pertukaran DataOperasi Pertukaran DataBerbentuk pertukaran data dari register ke register.

Dengan mengoptimalkan penggunaan memori register diharapkan siklus operasi semakin cepat.

R d l h l d b d kRegister adalah memori yang paling cepat dibandingkancache maupun memori utama.

Dengan penyederhanaan instruksi maka operasi unit kontrolDengan penyederhanaan instruksi maka operasi unit kontroljuga akan sederhana dan cepat.

Penekanan penggunaan operasi dari register ke register p gg p g gadalah hal yang unik pada rancangan RISC.

Rancangan lainnya memiliki instruksi register ke register juga, namun juga melibatkan operasi langsung ke memoriutama dalam fetch

Mode PengalamatanMode PengalamatanFitur rancangan ini juga dapatg j g pmenyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol kontrol. Dengan mode pengalamatan yang sederhanak did k i bil d akan didapatkan operasi pengambilan data

dan penyimpanan data semakin cepat.

Format InstruksiFormat InstruksiUmumnya hanya digunakan sebuah format atau beberapaf t j t k d h k i l t i k tformat saja untuk menyederhanakan implementasi perangkatkerasnya. Panjang instruksi tetap dan disamakan dengan panjang word j g p g p j gyang digunakan. Panjang field dibuat sama dan tetap.

l b h d l h d k f ld Kelebihannya adalah, dengan menggunakan field yang tetapmaka pengkodean opcode dan pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersamaan. pFormat yang sederhana juga akan memudahkan kerja unit Kontrol

Pelaksanaan Operasi KomputerPelaksanaan Operasi KomputerFetch : instruksi fetch (pengambilan dari register g gatau memori)

Execute : eksekusi (melakukan operasi pada ALU) ( p p )

Memory : Memori (operasi penyimpanan dariregister ke memori)register ke memori)

Teknologi Pipeline RISC (1)Teknologi Pipeline RISC (1)Metode untuk meningkatkan kinerja sistemgkomputer.

Instruksi yang bisa dilakukan akan dikerjakany g jtanpa menunggu instruksi sebelumnya selesai.

Sangat baik untuk mengantisipasi waktu tungguSangat baik untuk mengantisipasi waktu tungguprosesor terhadap kerja komponan lainnya.

Teknologi Pipeline RISC (2)Teknologi Pipeline RISC (2)Pipelining akan lebih mudah diimplementasikan bila set instruksi sederhana dan teratur.

Kebanyakan rancangan komputer memiliki panjang set instruksi yang sama sehingga tidak ada masalah dalam hal ini instruksi yang sama sehingga tidak ada masalah dalam hal ini.

Hal yang perlu diperhatikan adalah durasi antar set instruksi, karena tidak semua operasi memiliki waktu operasi yang p p y gsama.

Operasi perpindahan data antar register lebih cepat daripadaakses ke memori utama.

Keteraturan dan durasi akan sulit diantisipasi bila set instruksib d d h d d k l k iberagam, ada yang sederhana dan ada yang kompleks sepertirancangan RISC

Teknologi Pipeline RISC (3)Teknologi Pipeline RISC (3)Karena pertimbangan inilah RISC lebih mudahmenerapkan pipelining untuk meningkatkan kinerjanya.

Instruksi – instruksi RISC dibuat sederhana sehinggah d k k k h khampir durasi eksekusi instruksi sama sehingga akanmudah melakukan penjadwalan operasi pada teknikpipelining nya pipelining-nya.

Disamping keteraturan instruksi, untuk memperolehpipelining yang optimal harus dipertimbangkanpipelining yang optimal harus dipertimbangkankecepatan kerja komponen – komponen komputer, penjadwalan instruksi yang tepat dan alokasi register p j y g p gyang dinamis

RISC versus CISCRISC versus CISCProcesor Power PC dari Motorola adalahotak utama komputer Apple Macintosh RISC : Macintosh SUN DEC RISC : Macintosh, SUN, DEC CISC : Procesor Intel Pentium sebagaiprocesor CISC (Complex Instruction Set Computer).p

RISC versus CISCRISC versus CISCPerbedaan utama dari keduanya adalah jumlah set instruksi

Mana yang lebih baik antara set instruksi yang sedikit ataubanyak ?

S b b d d l h RISC (k l PIC12/16CXX Sebagai pembanding adalah RISC (keluarga PIC12/16CXX dari Microchip dan COP8 buatan National Semiconductor)

CICS (68HC11 buatan Motorola dan 80C51 dari Intel)CICS (68HC11 buatan Motorola dan 80C51 dari Intel)

Pilih Mana RISC atau CISCPilih Mana RISC atau CISCThe choice of RISC versus CISC depends totally

h f h b id d b on the factors that must be considered by a computer designer.

Th f t i l d i l it d These factors include size, complexity, and speed.

Ciri-ciri dan Karakteristik RISC

Contoh : Compaq (Formerly DEC) Alpha 21264

Contoh : Compaq (Formerly DEC) Alpha 21264

Contoh : SUN UltraSPARC IIIThe UltraSPARC III is a high-performance superscalar RISC processor that implements the 64-bit SPARCw-V9 RISC architecture.

Karakteristik RISC (1)

Instruksi berukuran tunggal. Ukuran instruksi umumnya 4 byte. Jumlah mode pengalamatan data sedikit biasanya kurang dari lima Jumlah mode pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari lima macam. Tidak mengenal pengalamatan tak langsung. Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi ambil data dan simpan data dengan operasi operasi aritmetikadan simpan data dengan operasi – operasi aritmetika.Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi. J l h k i k i t it (MMU) Jumlah maksimum pemakaian memory menegement unit (MMU) bagi suatu alamat data adalah satu instruksi. Jumlah bit bagi integer – integer specifier sama dengan lima ataulebih Ini berarti sedikitnya 32 buah register integer dapatlebih. Ini berarti sedikitnya 32 buah register integer dapatdireferensikan sekaligus secara eksplisit. Jumlah bit bagi floating point register specifier sama dengan empatatau lebih sehingga sedikitnya 16 buah register floating point atau lebih, sehingga sedikitnya 16 buah register floating point dapatdireferensikan bersama secara eksplisit.

Karakteristik Risk (2)

Kinerja Sistem CPU

Optimalisasi dan pengefektifan kompiler dengan p p g p gmenggunakan instruksi yang sederhana terdapat kemungkinan untuk memindahkan fungsi-fungsi keluarloop

melakukan reorganisasi kode untuk efisiensi

memaksimalkan pemakaian register

melakukan perhitungan bagian instruksi pada saat waktukompilasi

Memudahkan kerja unit kontrol

Memudahkan implementasi pipelining

Karakteristik Risk (3)

ImplementasiPerangkatKerasp gKesederhanaan instruksi dan unit kontrolmenghasilkan hardware sederhanag

Hardware sederhana dapat diletakkan dalam satukeping tunggalkeping tunggal

Hardware sederhana menghasilkan proseshardware dimensi yang lebih kecil konsumsihardware, dimensi yang lebih kecil, konsumsidaya rendah dan lebih ekonomis

Kesimpulan (1)Kesimpulan (1)Prosesor RISC, yang berkembang dari riset akademistelah menjadi prosesor komersial yang terbukti mampuberoperasi lebih cepat dengan penggunaan luas chip yang fi i efisien.

Bila teknik emulasi terus dikembangkan maka pemakaitidak perlu lagi mempedulikan prosesor apa yang ada ditidak perlu lagi mempedulikan prosesor apa yang ada didalam sistem komputernya, selama prosesor tersebutdapat menjalankan sistem operasi ataupun program p j p p p gaplikasi yang diinginkan.

Kesimpulan (2) Kesimpulan (2) Perkembangan kontroversi RISC dan CISC disebabkan karenaterjadinya semakin konvergensinya teknologi.

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

Bersamaan dengan hal itu, untuk mencapai kinerja yang g , p j y gmaksimum, rancangan CISC telah difokuskan terhadapmasalah-masalah tradisional yang berkaitan dengan RISC,

l b h l h lseperti misalnya pertambahan jumlah register general purpose dan penekanan pada rancangan pipeline instruksi