Risc,Cisc,dan superscalar processor

PENDAHULUAN
Dunia telah semakin maju dengan perkembangan komputasi yang menjadi lahirnya era digital. Perkembangan teknologi ini merupakan wujud kesinambungan teknologi yang terus dikembangkan dari masa ke masa.
Perkembangan dunia teknologi informasi tidak bisa dilepaskan dari sumber-sumber pengolah data yang semakin disempurnakan. Dari awal yang berupa hardware dengan ukuran sebesar kamar orang dewasa sampai sekarang yang dapat diletakkan dalam sebuah notebook mini.
Perkembangan prosesor yang berfungsi mengolah data masukan yang ada menjadi hal signifikan atas terciptanya nanoteknologi ini. Dengan menggunakan ruang yang kecil namun mampu menampung dan mengolah instruksi-instruksi yang diberikan.
Peningkatan kecepatan atas kinerja dari komputer perlu dibangun dari segi kecepatan proses maupun segi ekonomisnya. Kecepatan komputer ini dipengaruhi oleh berbagai hal, salah satunya yaitu set instruksi yang digunakan. Terdapat dua konsep set intruksi di dalam komputer yaitu RISC dan CISC yang menjadi sebuah susunan arsitektur komputer yang dikembangkan seperti Pipeline dan Superskalar
RISC (REDUCED INSTRUCTION SET KOMPUTER)


RISC merupakan arsitektur komputer dimana penggunaannya memanfaatkan instruksi-instruksi yang sederhana. 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 kmputer 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 waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang rumit. Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. Contohnya adalah IBM 801.

Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi. Konsep RISC didefiniskan pertama kali oleh IBM Fellow John Cocke pada tahun 1974. Menurut definisi ini RISC memiliki beberapa karakteristik dasar:
1. Arsitektursederhana dengan set instruksi mesin yang dioptimalkan
Set instruksi hanya akan berisikan operasi dasar (kurang dari 100 instruksi dan panjangnya tetap) untuk mengurangi kompleksitas dari penterjemah instruksi (instruction decoder). Sehingga CPU dapat mengeksekusinya dengan kecepatan maksimum dan lebih efisien. Perangkat lunak membuat operasi komplek dengan mengkombinasikan beberapa instruksi mesin sederhana.
2. Kecepatan eksekusi instruksi yang tin ggi
Tujuan dari arsitektur RISC adalah untuk dapat dieksekusi dengan cepat.
3. Optimalisasi penggunaan kompilasi
Unjuk kerja arsitektur komputer RISC sangat tergantung pada optimalisasi kompilator. Untuk itu kompilator harus dapat mengeksplorasi arsitektur hardware dengan menyusun urutan instruksi yang dapat mengambil kelebihan dari kemampuan dan unjuk kerja processor.
4. Arsitektur load/ store
Dalam arsitektur RISK akses memori dipisahkan dari manipulasi data sehingga CPU tidak terhambat oleh kelambatan memori. Data dimuatkan pada register dan instruksi bekerja dengan register.
CISC (COMPLEX INSTRUCTION SET COMPUTER)
CISC adalah rancangan tradisional sari set instruksi yang cukup besar dan tinggi fungsinya (lebih dari 200 instruksi). Instruksi ini memerlukan beberapa siklus untuk menyelesaikannya. Keperluan akan instruksi yang komplek ini karena pada waktu itu komputer dilengkapi dengan sejumlah kecil memori berkecepatan rendah. Instruksi yang komplek menjadikan suatu program lebih sedikit instruksinya dan lebih sedikit data diambil dari memori. Seiring dengan perkembangan teknologi semikonduktor yang mengurangi perbedaan kecepatan antara memori dan prosesor, serta penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi menggantikan bahasa assembler, kelebihan CISC menurun.

Seperti halnya RISC, CISC merupakan sebuah design arsitektur computer yang menitik beratkan pada perintah yang rumit. CISC dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan (jumlah perintah sedikittetapi rumit).
Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi.
SUPERSKALAR

Superskalar merupakan arsitektur komputer yang merujuk pada perkembangan teknologi pipelining. Seperti diketahui bahwa membac instruksi dari memori merupakan hambatan utama dalam hal kecepatan untuk menjalankan suatu instruksi. Untuk mengatasi masalah ini, komputer-komputer generasi IBM Stretch (1959) telah memiliki kemampuan untuk mengambil terlebih dahulu instruksi-instruksi dari memori sehingga instruksi-instruksi tersebut akan selalu siap ketika mereka dibutuhkan. Instruksi-instruksi ini disimpan dalam sekumpulan register yang disebut penyangga prabaca. Dengan cara unu, ketika sebuah instruksi dibutuhkan, instruksi tersebut bisanya dapat segera diambil dari penyangga prabaca daripada menunggu sebuah memori membaca hingga selesai.
Oleh karena itu, sistem prabaca membagi pelaksanaan instruksi menjadi bagian : membaca dan pelaksanaan actual. Konsep pipeline menjelaskan lebih jauh. Pelaksanaan instruksi sering dibagi ke dalam banyak bagian dan bukan hanya ke dalam dua bagian saja, dimana masing-masing bagian ditangani oleh seperangkat hardware khusus, dan keseluruhan bagian tersebut dapat beroperasi secara parallel.







Jika satu pipeline bagus, maka tentunya penggunaan dua pipeline akan lebih bagus. Satu desain yang mungkin bagi sebuah CPU dengan pipeline ganda, didasarkan pada gambar 7.3 ditunjukkan pada gambar 7.4. Di sini suatu satuan membaca instruksi tunggal mengambil pasangan-pasangan dari instruksi – instruksi secara bersama dan memasukkan masing-masing pasangan ke dalam pipelinenya sendiri, lengkap dengan ALU-nya sendiri bagi operasi parallel. Agar dapat beroperasi secara parallel, kedua instruksi tersebut tidak boleh berebutan dalam menggunakan sumber daya (contoh: register-register), dan salah satu instruksi tidak boleh bergantung pada hasil dari instruksi yangl lain. Seperti halnya dengan sebuah pipeline tunggal, begitu pula kompiler harus menjamin situasi ini tetap terjaga (yaitu : hardware tidak memeriksa dan memberikan hasil-hasil yang salah jika instruksi –instruksi tidak sebanding), atau konflik-konflik dideteksi dan dihilangkan selama pelaksanaan dengan menggunakan hardware tambahan.
Peraturan – peraturan yang rumit yang menentukan apakah sepasang instruksi sebanding sehingga mereka dapat dijalankan secara parallel. Jika instruksi – instruksi yang berpasangan tidak cukup sederhana atau tidak sebanding, hanya pasangan pertama yang dijalankan (dalam pipeline u). Pasangan kedua kemudian disimpan dan dipasangkan dengan instruksi berikutnya. Instruksi-instruksi selalu dijalankan secara berurutan. Jadi kompiler¬kompiler khusus Pentium yang memproduksi pasangan-pasangan instruksi yang sebanding

dapat memproduksi program-program yang beroperasi lebih cepat dibanding kompiler-kompiler lama. Pengukuran –pengukuran menunjukkan bahwa sebuah Pentium yang mengoperasikan kode yang dioptimalkan untuk Pentium tersebut memiliki kinerja dua kali lebih cepat dibandingkan dengan program-program integer seperti sebuah komputer 486 yang beroperasi pada laju kecepatan detak yang sama (Pountain,1993). Hasil ini dapat dikaitkan seluruhnya dengna pipeline kedua.






Karakteristik dari beberapa Prosesor CISC, RISC, dan Superskalar
Karakteristik CISC RISC Supersaklar
IBM
370/
168 VAX
11/780 Intel
80486 Motorola
88000 MIPS
R4000 IBM
RS/Sytem
6000 Intel
80960
Tahundibuat 1973 1978 1978 1988 1991 1990 1989
Jumlah In sru ksi 208 303 235 51 94 184 62
Mode Pengalamatan 4 22 11 3 1 2 11
Jumlah
register generap-purpose 16 16 8 32 32 23-256
Ukuran
memori
kontrol (Kb) 420 480 246 - - - -
Ukuran Cache (Kb) 64 64 8 16 128 32-64 0.5