Complex Instruction Set Computer (RISC) Vs. Reduced Instruction Set Computer (RISC)
arsitektur komputer ditinjau dari jenis set instruksinya, ada 2 jenis, yaitu:
1. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang sederhana (Reduced Instruction Set Computer = RISC)
2. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang rumit (Complex Instruction Set Computer = CISC)
RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi.
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.
Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk
mengakomodasi program yang lebih besar.
IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC.
Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi.
Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sbb.:
Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi.
Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC 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 akan menentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya.
Pengurutan eksekusi:
Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline. Eksekusi Instruksi
Waktu eksekusi dapat dirumuskan sbb.:
Waktu eksekusi = N x S x T
Dengan
N adalah jumlah perintah
S adalah jumlah rata-rata langkah per perintah
T adalah waktu yang diperlukan untuk melaksanakan satu langkah
Kecepatan eksekusi dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari ketiga varisbel di atas.
Arsitektur CISC berusaha menurunkan nilai N, sedangkan Arsitektur RISC berusaha menurunkan nilai S dan T.
o Proses pipeline dapat digunakan untuk membuat nilai efektif S mendekati 1 (satu) artinya komputer menyelesaikan satu perintah dalam satu siklus waktu CPU.
o Nilai T dapat diturunkan dengan merancang perintah yang sederhana.
Operand
Penelitian yang dilakukan Patterson terhadap frekuensi dinamik terjadinya kelas-kelas variabel dalam program pascal dan C menunjukkan bahwa mayoritas referensi menuju ke variable-variable skalar. Lebih dari 80% skalar bersifat variabel lokal. Penelitian tersebut menyatakan bahwa jenis arsitektur berpengaruh pada kecepatan pengaksesan operand.
Procedure Calls Prosedur call dan return merupakan aspek yang penting dalam program-
program HLL. Tabel 4.2 menunjukkan bahwa prosedur call dan return merupakan
operasi yang paling banyak membutuhkan waktu dalam program-program yang dikompilasi. Dua aspek yang lain adalah jumlah parameter dan variabel yang berkaitan dengan prosedur, dan kedalaman pensarangan (nesting).
Implikasi Hasil-hasil penelitian secara umum dapat dinyatakan bahwa terdapat tiga
buah elemen yang menentukan karakter arsitektur RISC. Pertama, penggunaan register dalam jumlah yang besar. Hal ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan pereferensian operand. Kedua, diperlukan perhatian bagi perancangan pipeline instruksi.
Karena tingginya proporsi instruksi pencabangan bersyarat danprosedur call, pipeline instruksi yang bersifat langsung dan ringkasakan 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 diantaranya berupa statement assignment sederhana seperti A = B.
Di samping itu, terdapat pula akses operand per statement HLL dalam jumlah yang cukup besar.
Apabila kita menghubungkan kedua di atas dengan kenyataan bahwa sebagian besar akses adalah menuju ke skalar-skalar lokal, maka sangat mungkin kita memerlukan penyimpanan register yang besar. Alasan diperlukannya penyimpanan register adalah register merupakan
perangkat penyimpanan yang paling cepat, yang lebih cepat dibandingkan dengan memori utama dan memori cache. Dimungkinkan untuk menerapkan dua buah pendekatan dasar, yaitu
berdasarkan perangkat lunak dan perangkat keras. Pendekatan perangkat lunak mengandalkan kompiler untuk memaksimalkan pemakaian register. Pendakatan ini membutuhkan
algoritma analisis program yang canggih. Pendekatan perangkat keras dilakukan hanya dengan
memperbanyak jumlah register sehingga akan lebih banyak variabel yang dapat ditampung di dalam register dalam periode 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 lokal
Digunakan untuk variable lokal, setelah di-assign oleh kompiler. Register-register tenporer
Digunakan untuk pertukaran parameter. verlap ini memungkinkan parameter-parameter dapat dilewatkan tanpa perpindahan aktual data.
label-variabel Globaleknik Register Windows memberikan organisasi yang efisien untuk
enyimpanan variable skalar lokal di dalam register. kan tetapi teknik ini tidak dapat memenuhi kebutuhan penyimpanan
variabel global, yang diakses oleh lebih dari sebuah prosedur (misalnya, variabel COMMON dalam FORTRAN). terdapat dua pilihan untuk memenuhi hal tersebut. Pertama,
Variabel-variabel yang dideklarasikan sebagai global pada HLL dapat disediakan lokasi-lokasi oleh kompiler. Namun, bagi yang sering mengakses variabel-variabel global, teknik tersebut tidaklah efisien. Alternatifnya adalah melibatkan kumpulan register global di dalam
CPU. Register-register ini harus memiliki jumlah yang tetap dan dapat dipakai oleh semua prosedur.
mengapa CISC?mlah instruksi yang banyak dan instruksi yang lebih kompleks. ua alasan utama yang menjadi motivasi kecenderungan ini : adanya keinginan untuk menyederhanakan kompiler dan keinginan untuk peningkatkan kinerja. lasan penting lainnya adalah harapan bahwa CISC akan menghasilkan 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 menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmetika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori).
Beberapa elemen penting pada arsitektur RISC : 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.........
CISC 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, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan kompiler bahasa pemrograman tingkat tinggi. Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin.
TEKNOLOGI SUPERSCALAR
Superscalar adalah arsitektur prosessor yang memungkinkan eksekusi yang bersamaan (parallel) dari instruksi yang banyak pada tahap pipeline yang sama sebaik tahap pipeline yang lain.
Pipeline sendiri adalah meningkatkan kinerja komputer dengan cara saling overlap tahapan dari instruksi yang berbeda.
Pada pipenline untuk melakukan proses (stages) overlapping dibutuhkan paling tidak setengah clock. Sedangkan superscalar mengijinkan proses untuk bekerja secara bersamaan pada saat clock yang sama.
Superscalar ini menerapkan suatu bentuk paralel disebut-tingkat instruksi paralel dalam satu prosesor, sehingga memungkinkan lebih cepat. Sebuah prosesor superscalar melaksanakan lebih dari satu instruksi selama satu jam secara bersamaan dengan siklus dispatching beberapa petunjuk ke membazir fungsional unit pada prosesor. Setiap unit fungsional tidak terpisah CPU inti, tetapi sebuah sumber daya eksekusi dalam satu CPU seperti aritmetika logis unit, sedikit Shifter, atau kelipatan.
Perkembangan superscalar pertama kali diawali oleh Seymour Cray's CDC 6600 dari 1965 sering disebut sebagai pertama superscalar desain. Intel i960CA (1988) dan seri AMD 29000-29050 (1990) mikro yang komersial pertama chip tunggal superscalar mikro. CPU RISC seperti ini membawa konsep superscalar untuk mikro komputer RISC karena hasil desain yang sederhana inti, agar mudah instruksi dispatch dan keterlibatan beberapa unit fungsional (seperti ALUs) pada satu CPU dalam rancangan peraturan yang terpaksa waktu. Ini adalah alasan yang RISC desain yang lebih cepat dari CISC desain melalui ke dalam tahun 1980-an dan 1990-an.[2]
Kecuali untuk digunakan dalam beberapa CPU-daya baterai perangkat, pada dasarnya semua tujuan-CPU umum dikembangkan sejak 1998 adalah superscalar. Diawali dengan "P6" (Pentium Pro dan Pentium II) pelaksanaan, Intel x86 arsitektur mikro yang telah menerapkan CISC pada set instruksi RISC superscalar mikro. Kompleks petunjuk yang diterjemahkan secara internal ke-RISC seperti "micro-ops" set instruksi RISC, prosesor yang memungkinkan untuk mengambil keuntungan dari performa yang lebih tinggi-prosesor yang melandasi tetap kompatibel dengan prosesor Intel sebelumnya.[2]
Contoh Penerapan Superscalar [1]
Contoh CPU yang telah menerapkan arsitektur superscalar :
Intel Processors
• 486, Pentium, Pentium Pro
Superscalar Processor Design
• Use PowerPC 604 as case study
• Speculative Execution, Register Renaming, Branch Prediction
More Superscalar Examples
• MIPS R10000
• DEC Alpha 21264
Berikut perbandingan superscalar dengan system i386
Cycles Per Instruction
Instruction Type 386 Cycles 486 Cycles
Load 4 1
Store 2 1
ALU 2 1
Jump taken 9 3
Jump not taken 3 1
Call 9 3
Superscalar dapat mengeksekusi instruksi 1 (I1) dan instruksi 2 (I2) secara pararel dengan syarat
– Keduanya instruksi yang sederhana
– I1 tidak melakukan proses jump
– Tujuan (destination) dari I1 bukan sumber (source) dari I2
– Tujaun (destinition) dari I1 bukan tujuan (destination) dari I2
Jika kondisi diatas tidak dapat dipenuhi
– I1 melakukan proses U-pipe
– I2 dijalankan di cycle berikutnya.
Pustaka:
[1] Superscalar VS Pipelining
[2] Superscalar Processor
