Eppy Yundra, MTJurusan Teknik Elektro Unesa

Eppy_yra@yahoo.com

EppyEppy YundraYundra, MT, MTJurusanJurusan TeknikTeknik ElektroElektro UnesaUnesa

Eppy_yra@yahoo.comEppy_yra@yahoo.com

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

BeberapaBeberapa elemenelemen pentingpenting padapada arsitekturarsitekturRISC : RISC : •• Set Set instruksiinstruksi yang yang terbatasterbatas dandan sederhanasederhana•• Register generalRegister general--purpose yang purpose yang berjumlahberjumlah

banyakbanyak, , atauatau penggunaanpenggunaan teknologiteknologi kompilerkompileruntukuntuk mengoptimalkanmengoptimalkan pemakaianpemakaian registernyaregisternya. .

•• PenekananPenekanan padapada pengoptimalanpengoptimalan pipeline pipeline instruksiinstruksi. .

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

Ditinjau dari jenis set instruksinya, ada 2 jenis arsitektur komputer, yaitu: 1. Arsitektur komputer dengan kumpulan

perintah yang rumit(Complex Instruction Set Computer = CISC)

2. Arsitektur komputer dengan kumpulanperintah yang sederhana(Reduced Instruction Set Computer = RISC)

CISC CISC concon’’tt....CISC dimaksudkan untuk meminimumkanjumlah perintah yang diperlukan untukmengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit)

Konsep CISC menjadikan mesin mudahuntuk diprogram dalam bahasa rakitan, tetapi sulit dalam penyusunan kompilerbahasa pemrograman tingkat tinggi.

Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin.

RISC .. 1RISC .. 1RISC menyederhanakan perintahsehingga lebih efisien dalam penyusunankompiler.

Pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerjaprogram yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi

Konsep arsitektur RISC banyakmenerapkan proses eksekusi pipeline. Daripada menggunakan perintah yang lebih rumit.

RISC ..2RISC ..2Eksekusi secara pipeline memerlukanwaktu yang lebih singkatRISC memerlukan memori yang lebihbesar untuk mengakomodasiprogram yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersialpertama yang menggunakanpendekatan RISC.

RISC RISC concon’’tt....

Untuk memahami RISC, diawalidengan tinjauan singkat tentangkarakteristik eksekusi instruksi.

RISC RISC concon’’tt……Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesinRISC adalah sbb.:

Operasi-operasi yang dilakukan:

Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori.

Operand-operand yang digunakan:

Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akanmenentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya.

Pengurutan eksekusi:

Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline.

Tabel Karakteristik dari beberapa Prosesor CISC, RISC, dan Superskalar

Operasi dengan High Level Language (HLL)

Untuk menganalisis tingkah lakuprogram-program HLL menunjukkan:

• Assignment Statement sangat menonjoldiikuti statement bersyarat (IF, LOOP) lihat tabel berikut .

Hasil-hasil seperti ini merupakan halyang sangat penting bagiperancangan set instruksi mesin.

Tabel Frekuensi Dinamik Relatif Berbobotdari Operasi-operasi HLL

ConCon’’tt....

Kolom 2 dan 3 memberikan ukuranpengganti bagi waktu aktual yang diperlukan untuk mengeksekusi bagibermacam-macam statements.

Eksekusi InstruksiWaktu eksekusi dapat dirumuskan sbb.:

DenganN adalah jumlah perintahS adalah jumlah rata-rata langkah per perintahT adalah waktu yang diperlukan untuk melaksanakan satu langkahKecepatan eksekusi dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dariketiga varisbel di atas. Arsitektur CISC berusaha menurunkan nilai N, sedangkanArsitektur RISC berusaha menurunkan nilai S dan T.

Latihan soal• Sebuah prosessor memiliki 1000 perintah, dan rata-rata langkah dalam satu perintah

adalah 20. sedangkan waktu yang dibutuhkan untuk satu langkah adalah 100 mikrosecond, hitunglah berapa waktu eksekusi yang dibutuhkan prosessor tersebut…

• Sebuah prosessor A memiliki waktu eksekusi 10-9 detik, dan rata-rata langkah per perintah adalah 25 serta waktu yang dibutuhkan per langkah adalah 10 -6 detik. Hitunglah jumlah perintahnya ?

• Jika waktu ekesekusi 10-12 detik, dan jumlah perintah ada 1500, dan rata-rata langkah per perintah 30, hitunglah waktu yang dibutuhkan untuk satu langkah!

• Jawab :

• 1). Waktu ekesekusi = N . S. T = 1000 x 20 x 10-9 = 2 x 10-5 detik• 2). Jumlah perintah N = Waktu eksekusi/S x T = 10-9 / S.T = 10-9 /25 x 10-6 = 4 10-5

• 3). T = We/N.S = 10-12 / 1500 x 30 = 2.22 x 10-17 detik

ConCon’’tt....Proses pipeline dapat digunakanuntuk membuat nilai efektif S mendekati 1 (satu) artinya komputermenyelesaikan satu perintah dalamsatu siklus waktu CPU. (ideal..) Nilai T dapat diturunkan denganmerancang perintah yang sederhana.

Operand

Penelitian yang dilakukan Patterson terhadap frekuensi dinamik dalamprogram pascal dan C menunjukkanbahwa mayoritas referensi menuju kevariable-variable skalar. Lebih dari 80% skalar bersifat variabellokal. Penelitian tersebut menyatakan bahwajenis arsitektur berpengaruh padakecepatan pengaksesan operand.

Tabel 4.3 Persentase Dinamik Operand-operand

Procedure Calls

Prosedur call dan return merupakan aspekyang penting dalam program-program HLL. Tabel 4.2 menunjukkan bahwa prosedurcall dan return merupakan operasi yang paling banyak membutuhkan waktu dalamprogram-program yang dikompilasi. Dua aspek yang lain adalah jumlahparameter dan variabel yang berkaitandengan prosedur.

Implikasi

Secara umum dapat dinyatakan bahwa terdapat tiga buahelemen yang menentukan karakter arsitektur RISC. • Pertama, penggunaan register dalam jumlah yang besar. Hal

ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan pereferensianoperand.

• Kedua, diperlukan perhatian bagi perancangan pipeline instruksi. Karena tingginya proporsi instruksi pencabanganbersyarat dan prosedur call, pipeline instruksi yang bersifatlangsung dan ringkas akan menjadi tidak efisien.

• Ketiga, terdapat set instruksi yang disederhanakan(dikurangi).

Keinginan untuk mengimplementasikan keseluruhan CPU dalam keping tunggal akan merupakan solusi Reduced Instruction Set.

Penggunaan File Register Besar

Terdapat statement assignment yang jumlahnya banyak dalam program-program HLL, dan banyak diantaranyaberupa statement assignment sederhanaseperti A = B. Di samping itu, terdapat pula aksesoperand per statement HLL dalam jumlahyang cukup besar. Apabila kita menghubungkan kedua diatas dengan kenyataan, maka sangatmungkin kita memerlukan penyimpananregister yang besar.

Register Register ConCon’’tt

Alasan diperlukannya penyimpanan register adalah register merupakan perangkat penyimpanan yang paling cepat, yang lebih cepat dibandingkan dengan memori utama danmemori cache. Dimungkinkan untuk menerapkan dua buah pendekatandasar, yaitu berdasarkan perangkat lunak dan perangkatkeras.

• Pendekatan perangkat lunak mengandalkan kompiler untukmemaksimalkan pemakaian register. Pendakatan inimembutuhkan algoritma analisis program yang canggih.

• Pendekatan perangkat keras dilakukan hanya denganmemperbanyak jumlah register sehingga akan lebih banyakvariabel yang dapat ditampung di dalam register dalamperiode waktu yang lebih lama.

Register Windows Jendela register dibagi menjadi tiga buah daerah yang berukuran tetap. • Register-register parameter

menampung parameter-parameter yang dilewatkan dari prosedur.

• Register-register lokalDigunakan untuk variable lokal, setelah di-assign oleh kompiler.

• Register-register tenporerDigunakan untuk pertukaran parameter.

Overlap ini memungkinkan parameter-parameter dapatdilewatkan tanpa perpindahan aktual data.

Variabel-variabel Global

Teknik Register Windows memberikanorganisasi yang efisien untukpenyimpanan variable skalar lokal didalam register. Akan tetapi teknik ini tidak dapatmemenuhi kebutuhan penyimpananvariabel global, yang diakses oleh lebihdari sebuah prosedur• (misalnya, variabel COMMON dalam

FORTRAN).

Terdapat dua pilihan untuk memenuhi hal tersebut.

Pertama, Variabel-variabel yang dideklarasikansebagai global pada HLL dapat disediakanlokasi-lokasi oleh kompiler. Namun, bagiyang sering mengakses variabel-variabelglobal, teknik tersebut tidaklah efisien.

Alternatifnya adalah melibatkan kumpulanregister global di dalam CPU. Register-register ini harus memiliki jumlah yang tetap dan dapat dipakai oleh semuaprosedur.

Mengapa CISC?

Jumlah instruksi yang banyak daninstruksi yang lebih kompleks. Dua alasan utama yang menjadi motivasikecenderungan ini : adanya keinginanuntuk menyederhanakan kompiler dankeinginan untuk meningkatkan kinerja. Alasan penting lainnya adalah harapanbahwa CISC akan menghasilkan program yang lebih kecil dan lebih cepat.

Karakteristik CISC versus RISC

Rancangan RISC dapat memperoleh keuntungandengan mengambil sejumlah feature CISC danRancangan CISC dapat memperoleh keuntungandengan 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.

Ciri-ciri 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 menggabungkanoperasi load/store dengan operasi aritmetika(misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori).

Thank YouThank You……