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 Inggris: Instruction 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 register, mode
pengalamatan, arsitektur
memori, penanganan interupsi, eksepsi, 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