Sabtu, 21 Desember 2013

ANALISA PERBANDINGAN ARSITEKTUR RISC DAN CISC

ANALISA PERBANDINGAN ARSITEKTUR RISC DAN CISC

M. Afif Izzuddin
11251102067
Teknik Informatika – Fakultas Sains dan Teknologi
UIN Sultan Syarif Qasim Riau


ABSTRAK
Terdapat dua konsep yang populer yang berhubungan dengan desain CPU dan set instruksi yaitu Complex Instruction Set Computing (CISC) dan Reduce Instruction Set Computing (RISC). RISC merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk mengeset instruksi dalam komunikasi diantara arsitektur lainnya. CISC atau kumpulan instruksi komputasi kompleks. Adalah suatu arsitektur komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori (load), operasi aritmatika, dan penyimpanan ke dalam memori (store) yang saling bekerja sama.  Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu instruksi cukup dengan beberapa baris bahasa mesin yang relatif pendek. RISC dimaksudkan untuk menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisen dalam penyusunan kompiler yang ada. Walaupun sistem sekarang terdiri atas kedua sistem tersebut. Sistem RISC lebih populer saat ini karena tingkat kinerjanya, dibandingkan dengan sistem CISC. Namun karena biaya yang dibutuhkan tinggi, sistem RISC hanya digunakan ketika membutuhkan kecepatan khusus, keandalan, dan sebagainya.

ABSTRACT
There are two popular concepts related to the design of the CPU and instruction set that is Complex Instruction Set Computing ( CISC ) ​​and Reduce Instruction Set Computing ( RISC ) ​​. RISC microprocessor is part of the architecture , small form and function to the instruction set architecture of communication among others. Or CISC instruction set computing complex . Is a computer architecture in which each instruction will execute several low-level operations , such as retrieval of memory ( load ) , arithmetic operations , and storage into memory ( stores ) that work together . The main goal of CISC architecture is executing an instruction are quite a few lines of machine language which is relatively short . RISC is intended to simplify the formulation of commands so much efisen in the preparation of the existing compiler . Although the system is now composed of both systems . RISC systems more popular nowadays because of the level of performance , compared with CISC systems . However, because of the high cost involved , RISC systems only used when a special need speed , reliability , and so on .




1.      PENDAHULUAN
            Jika kita membicarakan arsitektur dari sebuah Central Processing Unit (CPU) ada beberapa parameter penting dari CPU yang berpengaruh langsung pada produktivitas sistem. Arsitek komputer berfokus pada perancangan set instruksi dan penentuan bit-bit pada setiap rangkaian field dalam instruksi. Adanya kelemahan pada desain set instruksi akan memengaruhi secara drastis pemrograman bahasa mesin dan kompiler.
            Ada dua konsep populer yang berhubungan desain set CPU dan set Instruksi. Yaitu Complex Instruction Set Computing (CISC) dan Reduce Instruction Set Computing (RISC). Semua sistem yang lama seperti komputer mainframe, komputer mini atau komputer mikro relatif mempunyai sistem CISC. Walaupun sistem sekarang terdiri atas kedua sistem tersebut. Sistem RISC lebih populer saat ini karena tingkat kinerjanya, dibandingkan dengan sistem CISC. Namun karena biaya yang dibutuhkan tinggi, sistem RISC hanya digunakan ketika membutuhkan kecepatan khusus, keandalan, dan sebagainya.
            Pada paper ini, penulis hanya membatasi permasalahan pada perbedaan dan perbandingan antara arsitektur RISC dengan CISC. Kemudian juga membahasan karakteristik ciri-ciri dan konsep dari RISC dan CISC dan dilanjutkan persamaan unjuk-kerja (Performance)

2.      LANDASAN TEORI

2.1. Definisi Set Instruksi
Set Instruksi (bahasa InggrisInstruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis registermode pengalamatanarsitektur memori, penanganan interupsieksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

2.2. Definisi RISC
RISC, yang jika diterjemahkan berarti "Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan", merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor

2.3. Sejarah RISC
Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau "Komputasi set instruksi yang disederhanakan" pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson, pengajar pada University of California di Berkely.

2.4. Definisi CISC
Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC; "Kumpulan instruksi komputasi kompleks") adalah sebuah arsitektur dari set instruksi komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

2.5. Sejarah CISC
Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik", yaitu bagaimana cara itil membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi "level tinggi" seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. 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. Contohnya, arsitektur kompleks yang didesain dengan kurang baik (yang menggunakan kode-kode mikro untuk mengakses fungsi-fungsi hardware), akan berada pada situasi di mana akan lebih mudah untuk meningkatkan performansi dengan tidak menggunakan instruksi yang kompleks (seperti instruksi pemanggilan procedure), tetapi dengan menggunakan urutan instruksi yang sederhana.

3.      PEMBAHASAN

3.1.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. 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. Jadi instruksi-nya cukup satu saja.

MULT dalam hal ini lebih dikenal sebagai “complex instruction”, atau instruksi yang kompleks. Bekerja secara langsung melalui memori komputer dan tidak memerlukan instruksi lain seperti fungsi baca maupun menyimpan.
Satu kelebihan dari sistem ini adalah kompailer hanya menerjemahkan instruksi-instruksi bahasa tingkat-tinggi ke dalam sebuah bahasa mesin. Karena panjang kode instruksi relatif pendek, hanya sedikit saja dari RAM yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut.

3.2. Karakteristik Arsitektur CISC
Umumnya set instruksi pada sistem CISC dibuat efisien dengan memasukan sejumlah besar complex instruction. Tujuanya adalah untuk mengurangi ukuran program yang telah terkompilasi (bahasa mesin) dengan intsruksi-instruksi yang terbatas. Pada dasarnya sebuah instruksi kompleks equivalen dengan tiga atau empat intruksi sederhana. Karena program yang terkompilasi memiliki ukuran kecil, maka memori utama yang dibutuhkan juga kecil. Kemudian, yang mejadi ciri utama CISC adalah Jumlah Instruksi yang banyak, Instruksi lebih kompleks dibanding RISC, dan banyak terdapat perintah bahasa mesin.

3.3. Kelemahan CISC
Berikut beberapa kelemahan dari sistem CISC adalah :
·         Kompleksitas CPU, desain unit kontrol menjadi kompleks karena mempunyai set instruksi yang besar.
·         Ukuran Sistem dan Biaya, mempunyai banyak sirkuit hardware menyebabkan CPU menjadi kompleks. Hal meningkatkan biaya hardware dan kebutuhan daya listrik.
·         Kecepata clock, karena sirkuit yang besar maka tunda propagasi lebih besar dan karena waktu siklus CPU yang besar sehingga kecepatan clock menurun.
·         Keandalan, dengan hardware yang besar maka cenderung mudah terjadi kegagalan.
·         Mantainability, Troubleshooting dan pendeteksian suatu kegagalan mengakibatkan pekerjaan menjadi besar karena besarnya sirkuit yang ada.
3.4. 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 ke dalam 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 ke memori. 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
            Bagaimanapun juga, strategi pada RISC memberikan beberapa kelebihan. Karena masing-masing instruksi hanya membuthukan satu siklus detak untuk eksekusi, maka seluruh program (yang sudah dijelaskan sebelumnya) dapat dikerjakan setara dengan kecepatan dari eksekusi instruksi “MULT”. Secara perangkat keras, prosesor RISC tidak terlalu banyak membutuhkan transistor dibandingkan dengan CISC, sehingga menyisakan ruangan untuk register-register serbaguna (general purpose registers). Selain itu, karena semua instruksi dikerjakan dalam waktu yang sama (yaitu satu detak), maka dimungkinkan untuk melakukan pipelining.
Memisahkan instruksi “LOAD” dan “STORE” sesungguhnya mengurangi kerja yang harus dilakukan oleh prosesor. Pada CISC, setelah instruksi “MULT” dieksekusi, prosesor akan secara otomatis menghapus isi register, jika ada operan yang dibutuhkan lagi untuk operasi berikutnya, maka prosesor harus menyimpan-ulang data tersebut dari memori ke register. Sedangkan pada RISC, operan tetap berada dalam register hingga ada data lain yang disimpan ke dalam register yang bersangkutan.

Perbandingan Fitur CISC dan RISC


3.5. Karakteristik Arsitektur RISC
Arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :
·      Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operan dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya kedalam register, dengan demikian instruksi mesin RISC tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi sederhana atau instruksi satu siklus hanya dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama sekali, instruksi mesin dapat dihardwired. Instruksi seperti itu akan dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain karena tidak perlu mengakses penyimapanan kontrol mikroprogram saat eksekusi instruksi berlangsung.
·      Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi pemakaian register sehingga operand yang sering diakses akan tetap ada di penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.
·      Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register,. Beberapa mode tambahan seperti pergeseran dan pe-relatif dapat dimasukkan selain itu banyak mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana, selain dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol.
·      Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan field yang tetap pendekodean opcode dan  pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersama-sama

3.6. Hambatan Sistem RISC
Walaupun pemrosesan berbasis RISC memiliki beberapa kelebihan, dibutuhkan waktu kurang lebih 10 tahunan mendapatkan kedudukan di dunia komersil. Hal ini dikarenakan kurangnya dukungan perangkat lunak.
Walaupun Apple’s Power Macintosh menggunakan chip berbasis RISC dan Windows NT adalah kompatibel RISC, Windows 3.1 dan Windows 95 dirancang berdasarkan prosesor CISC. Banyak perusahaan segan untuk masuk ke dalam dunia teknologi RISC. Tanpa adanya ketertarikan komersil, pengembang prosesor RISC tidak akan mampu memproduksi chip RISC dalam jumlah besar sedemikian hingga harganya bisa kompetitif.

Kemerosotan juga disebabkan munculnya Intel, walaupun chip-chip CISC mereka semakin susah digunakan dan sulit dikembangkan, Intel memiliki sumberdaya untuk menjajagi dan melakukan berbagai macam pengembangan dan produksi prosesor-prosesor yang ampuh. Walaupun prosesor RISC lebih unggul dibanding Intel dalam beberapa area, perbedaan tersebut kurang kuat untuk mempengaruhi pembeli agar merubah teknologi yang digunakan.

3.7. Persamaan Unjuk-Kerja (Performa)
Persamaan berikut biasa digunakan sebagai ukuran unjuk-kerja suatu komputer:
Pendekatan CISC bertujuan untuk meminimalkan jumlah instruksi per program, dengan cara mengorbankan kecepatan eksekusi sekian silus/detik. Sedangkan RISC bertolak belakang, tujuannya mengurangi jumlah siklus/detik setiap instruksi dibayar dengan bertambahnya jumlah instruksi per program.


Gambar : Perbandingan CISC dan RISC

4.      KESIMPULAN

·         RISC dimaksudkan untuk menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisen dalam penyusunan kompiler yang ada.
·         Pendekatan CISC bertujuan untuk meminimalkan jumlah instruksi per program, dengan cara mengorbankan kecepatan eksekusi sekian silus/detik. Sedangkan RISC bertolak belakang, tujuannya mengurangi jumlah siklus/detik setiap instruksi dibayar dengan bertambahnya jumlah instruksi per program.
·         Rancangan RISC dapat memperoleh keuntungan dengan mengambil sejumlah feature CISC dan Rancangan CISC dapat memperoleh keuntungan dengan 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. Sehingga antara RISC dan CISC saling mengisi.

5.      REFERENSI
·      Syahrul.2010. Organisasi dan Arsitektur Komputer. Yogyakarta: Penerbit Andi








Tidak ada komentar:

Posting Komentar