FARA ATIKA: CISC dan RISC (ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER)

CISC dan RISC

Pada saat ini ada dua konsep populer yang berhubungan dengan desain CPU dan set instruksi:

Complex Instruction Set Computing (CISC).
Reduce Instruction Set Computing (RISC).

Semua sistem yang lama (komputer mainframe, komputer mini atau komputer mikro) relatif mempunyai sistem CISC. Walaupun sistem sekarang terdiri atas kedua jenis tersebut. Sistem RISCsaat ini lebih populer karena tingkat kerjanya, dibandingkan dengan sistem CISC. Namun karena biayanya tinggi, sistem RISC hanya digunakan ketika diperlukan kecepatan khusus, keandalan dan sebagainya.

CISC (Complex Instruction-Set Computer)

Complex Instruction Set Computer (CISC) 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. Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi. Untuk tujuan contoh kita kali ini, sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang kita beri nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yag berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar.

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. Memang setelah itu banyak desain yang memberikan hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya tidaklah selalu demikian.

Contoh-contoh prosesor CISC adalah : System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola 68000 , dan CPU AMD dan Intel x86.

CISC mempunyai karakteristrik :
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 aritmetika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori).

RISC (Reduce Instruction Set Computer)

RISC Reduced Instruction Set Computingatau "Komputasi set instruksi yang disederhanakan. Merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Biasanya digunakan pada komputer berkinerja tinggi seperti komputer vektor.

Bahasa pemprograman memungkinkan programmer dapat mengekspresikan algoritma lebih singkat, lebih memperhatikan rincian, dan mendukung penggunaan pemprograman terstruktur, tetapi ternyata muncul masalah lain yaitu semantic gap, yaitu perbedaan antara operasi-operasi yang disediakan oleh HLL dengan yang disediakan oleh arsitektur komputer, ini ditandai dengan ketidakefisienan eksekusi, program mesin yang berukuran besar,dan kompleksitas kompiler.

Set-set instruksi yang kompleks tersebut dimaksudkan untuk :

1. Memudahkan pekerjaan kompiler

2. Meningkatkan efisiensie ksekusi

3. Memberikan dukungan bagi HLL yang lebih kompleks dan canggih.

RISC mempunyai karakteristik :

1. One cycle execution time : satu putaran eksekusi.

2. Prosessor RISC mempunyai CPI (clock per instruction)

3. Pipelining

4. Large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak

5. RISC didesain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register

6. Rangkaian instruksi built-in pada processor yang terdiri dari perintah-perintah yang lebih ringkas

7. RISC memiliki keunggulan dalam hal kecepatannya sehingga banyak digunakan untuk aplikasi- aplikasi yang memerlukan kalkulasi secara intensif.

Perbandingan antara RISC dengan CISC

Cara sederhana untuk melihat kekurangan dan kelebihan dari CISC dan RISC adalah dengan membandingkannya secara langsung. Pada tahap perbandingan ini dicoba dengan menghitung perkalian dua bilangan dalam memori. Memori tersebut terbagi menjadi beberapa lokasi yang diberi nomor 1(baris): 1 (kolom) hingga 6:4. Unit eksekusi bertanggung-jawab untuk semua operasi komputasi. Namun, unit eksekusi hanya beroperasi untuk data yang sudah disimpan kedalam salah satu dari 6 register (A, B, C, D, Eatau F). Misalnya, kita akan melakukan perkalian (product) dua angka, satu di simpan di lokasi 2:3 sedangkan lainnya di lokasi 5:2, kemudian hasil perkalian tersebut dikembalikan lagi kelokasi 2:3.

1.Menggunakan Pendekatan RISC

Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satu siklus. Dengan demikian, instruksi ‘MULT’ sebagaimana dijelaskan sebelumnya dibagi menjadi tiga instruksi yang berbeda, yaitu“LOAD”, yang digunakan untuk memindahkan data dari memori kedalam register, “PROD”, yang digunakan untuk melakukan operasi produk (perkalian) dua operan yang berada di dalam register (bukan yang ada di memori) dan “STORE”, yang digunakan untuk memindahkan data dari register kembali kememori. Berikut ini adalah urutan instruksi yang harus dieksekusi agar yang terjadi sama dengan instruksi “MULT” pada prosesor RISC (dalam 4 baris bahasa mesin):

LOAD A, 2:3

LOAD B, 5:2

PROD A, B

STORE 2:3, A

2.Menggunakan Pendekatan CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi.

Sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang diberi nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yang berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar. Jadi instruksi-nya cukup satu saja.

MULT 2:3, 5:2

CISC

Penekanan pada perangkat keras (hardware)
Termasuk instruksi kompleks multi-clock
Memori-ke-memori: “LOAD” dan “STORE” saling bekerjasama
Ukuran kode kecil, kecepatan rendah
Transistor digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi kompleks

RISC

Penekanan pada perangkat lunak (software)
Single-clock, hanya sejumlah kecil instruksi
Register ke register: “LOAD” dan “STORE” adalah instruksi - instruksi terpisah
Ukuran kode besar, kecepatan (relatif) tinggi
Transistor banyak dipakai untuk register memori

Perbandingan fitur antara RICS dengan CISC

Arsitektur von-Neumann

Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur ini hanya memiliki satu blok memori dan satu bus data 8-bit. Karena pertukaran data semuanya menggunakan 8 jalur ini, bus akan overload dan komunikasi menjadi sangat lambat dan tidak efisien. Sebaliknya CPU dapat membaca instruksi atau baca/tulis data dari/ke memori. Keduanya tidak dapat terjadi secara bersamaan karena data dan instruksi menggunakan sistem bus yang sama. Misalnya, jika sebuah baris program memerintahkan register memori RAM dengan nama “SS” harus dinaikkan satu (misalnya menggunakan instruksi: inc SS),

maka mikrokontroler akan melakukan:

Baca bagian dari instruksi program yang menyatakan APA yang harus dilakukan (dalam kasus ini adalah instruksi “inc” untuk perintah kenaikkan);
Baca lebih lanjut dari instruksi ini yang menyatakan data YANG MANA yang akan dinaikkan (alam kasus ini adalah register “SS”);
Setelah dinaikkan, isi dari register ini harus dituliskan kembali ke register yang sebelumnya telah dibaca (alamat register “SS”).

Arsitektur Harvard

Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur ini memiliki dua bus yang berbeda. Satu bus 8-bit dan menghubungkan CPU ke RAM. Yang lain terdiri dari beberapa jalur (12, 14 atau 16) dan menghubungkan CPU ke ROM. Dengan demikian, CPU dapat membaca instruksi dan mengakses memori data pada saat yang bersamaan. Karena semua register memori RAM lebarnya 8-bit, semua pertukaran data dalam mikrokontroler menggunakan format yang sama, sehingga selama eksekusi penulisan data, hanya 8-bit yang diperhatikan. Dengan kata lain, yang perlu Anda perhatikan saat merancang program adalah lebar data yang bisa dipertukarkan atau diproses hanya selebar 8-bit, ya hanya selebar 8-bit saja.

Program yang Anda buat untuk beberapa mikrokontroler ini akan tersimpan di dalam ROM internal (Flash ROM) setelah dilakukan kompilasi ke bahasa mesin. Lokasi memori ini dinyatakan dalam 12, 14 atau 16-bit. Sebagian dari bit, 4, 6 atau 8-bit digunakan sebagai instruksinya sendiri dan diikuti dengan data 8-bit.

Kelebihan-kelebihan:

Semua data di dalam program selebar 1 byte (8-bit). Karena bus data yang digunakan dalam pembacaa program memiliki beberapa jalur (12, 14 atau 16), instruksi dan data dapat dibaca dibaca sekaligus. Dengan demikian, semua instruksi dapat dieksekusi hanya dengan satu siklus instruksi, kecuali instruksi lompat (jump) yang dieksekusi dalam dua siklus.
Kenyataan bahwa program (ROM) dan data sementara (RAM) terpisah, CPU dapat mengeksekusi dua instruksi sekaligus. Gampangnya, selama proses pembacaan dan penulisan RAM (akhir dari suatu instruksi), instruksi berikutnya dibaca melalui bus yang lain.
Jika menggunakan mikrokontrole menggunakan arsitektur Von-Neumann kita tidak bisa tahu seberapa banyak memori yang dibutuhkan oleh beberapa instruksi. Pada dasarnya, masing-masing instruksi program membutuhkan dua lokasi memori (satu mengandung instruksi APA yang harus dilakukan, sedangkan sisanya mengandung informasi data YANG MANA akan diproses).
Pada mikrokontroler dengan arsitektur Harvard, bus program biasanya lebih dari 1 byte, yang membolehkan masing-masing word mengandung instruksi dan data, dengan kata lain satu word satu instruksi.

ARM

ARM singkatan dari Advanced RISC Machine adalah arsitektur processor 32-bit yang dikembangkan oleh ARM Limited, dan banyak digunakan oleh perangkat genggam.

Berkat fitur hemat energinya, CPU ARM sangat dominan di pasar perangkat

elektronik genggam. Saat ini, processor ARM menguasai sekitar 75 persen pasar elektronik genggam.

REVOLUSI PC dari waktu ke waktu

mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai otak/pengolah utama dalam sebuah sistem komputer.

Mikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor.

Pertama kali MIkroprosesor dikenalkan pada tahun 1971 oleh Intel Corp,

yaitu Mikroprosesor Intel 4004 yang mempunyai arsitektur 4 bit.

Dengan penambahan beberapa peripheral (memori, piranti I/O, dsb) Mikroprosesor 4004 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel.

Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8080 (berasitektur 8bit), 8085, dan kemudian 8086 (berasitektur 16bit).

Dilaen pihak perusahaan semikonduktor laen juga memperkenalkan dan mengembangkan mikroprosesor antara lain Motorola dengan M6800, dan Zilog dengan Z80nya.

Mikroprosesor Intel yang berasitektur 16 bit ini kebanyakan di akhiri oleh angka 86,

akan tetapi karena nomor tidak dapat digunakan untuk merek dagang mereka menggantinya dengan nama pentium untuk merek dagang Mikroprosesor generasi kelima mereka.

Arsitektur ini telah dua kali diperluas untuk mengakomodasi ukuran word yang lebih besar.

Di tahun 1985, Intel mengumumkan rancangan generasi 386 32-bit yang menggantikan rancangan generasi 286 16-bit.

Arsitektur 32-bit ini dikenal dengan nama x86-32 atau IA-32 (singkatan dari Intel Architecture, 32-bit). Kemudian pada tahun 2003, AMD memperkenalkan Athlon 64, yang menerapkan secara lebih jauh pengembangan dari arsitektur ini menuju ke arsitektur 64-bit, dikenal dengan beberapa istilah x86-64, AMD64 (AMD), EM64T atau IA-32e (Intel), dan x64 (Microsoft).

Untuk melihat sejarah perkembangan komponen elektronik bisa dilihat dibawah ini:

1904: Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir John Ambrose Fleming (1849-1945)
1906: ditemukan trioda hasil pengembangan dioda tabung oleh seorang ilmuwan Amerika yang bernama Dr. Lee De Forest. Yang kemudian terciptalah tetroda dan pentode.
Akan tetapi penggunaan dari tabung hampa tersebut tergeser pada tahun 1960 setelah ditemukannya komponen semikonduktor.
1947: Transistor diciptakan di labolatorium Bell.
1965: Gordon Moore dari Fairchild semiconductor dalam sebuah artikel untuk majalan elektronik mengatakan bahwa chip semikonduktor berkembang dua kali lipat setiap dua tahun selama lebih dari tiga dekade.
1968: Moore, Robert Noyce dan Andy Grove menemukan Intel Corp. untuk menjalankan bisnis “INTegrated ELectronics.”
1969: Intel mengumumkan produk pertamanya, RAM statis 1101, metal oxide semiconductor (MOS) pertama di dunia. Ia memberikan sinyal pada berakhirnya era memori magnetis.
1971: Intel meluncurkan mikroprosesor pertama di dunia, 4-bit 4004, yang didesain oleh Federico Faggin.
1972: Intel mengumumkan prosesor 8-bit 8008. Bill Gates muda dan Paul Allen coba mengembangkan bahasa pemograman untuk chip tersebut, namun saat itu masih kurang kuat.
1974: Intel memperkenalkan prosesor 8-bit 8080, dengan 4.500 transistor yang memiliki kinerja 10 kali pendahulunya.
1975: Chip 8080 menemukan aplikasi PC pertamanya pada Altair 8800, sekaligus merevolusi PC

KEGUNAAN PROCESSOR

Processor merupakan otak dan pusat pengendali computer yang didukung oleh kompunen lainnya.
Processor adalah Sebuah IC yang mengontrol keseluruhan jalannya sebuah sistem komputer.
Processor digunakan sebagai pusat atau otak dari komputer yang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas.

Prosesor adalah chip yang sering disebut “Microprosessor” yang sekarang ukurannya sudah mencapai gigahertz. Ukuran tersebut adalah hitungan kecepatan prosesor dalam mengolah data atau informasi. Merk prosesor yang banyak beredar dipasatan adalah AMD, Apple, Cyrix VIA, IBM, IDT, dan Intel.

Bagian dari Prosesor Bagian terpenting dari prosesor terbagi 3 yaitu :