Arsitektur RISC Dan CISC Disusun : Asyahri Hadi Nasyuha, S.Kom (142321115) Universitas Putera Indonesia Padang Februari 2015 Abstrak Ada dua jenis konsep yang berhubungan dengan desain CPU dan set instruksi yaitu Complex Instruction Set Computing (CISC) dan Reduce Instruction Set Computing (RISC). Sistem RISC saat ini lebih terkenal karena tingkat kerjanya, dibandingkan dengan sistem CISC. Namun karena biayanya tinggi, sistem RISC hanya digunakan ketika diperlukan kebutuhan khusus. Pendahuluan 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 compiler. RISC (Reduced Instruction Set Computing) ialah merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Biasanya digunakan pada komputer yang memiliki kinerja tinggi seperti komputer vector. CISC (Complex Instruction Set Computer) 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 memori, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolakbelakang dengan RISC. Reduced Instruction Set Computing (RISC) 1. 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. Sistem RISC telah ditentukan dan dirancang dalam berbagai cara berdasarkan kelompokkelompoknya, elemen penting yang digunakan oleh sebagian rancangan ( tidak semuanya) adalah sebagai berikut : 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. 3. RISC 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 Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard. 4. 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 aritmatika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori) 5. RISC mempunyai karakteristik : One cycle execution time : satu putaran eksekusi. Prosessor RISC mempunyai CPI (clock per instruction) atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap instruksi pada CPU. Pipelining adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan. Sehingga proses instruksi lebih efiisien
Large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak RISC didesain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang berlebih dengan memory. Rangkaian instruksi built-in pada processor yang terdiri dari perintah-perintah yang lebih ringkas dibandingkan dengan CISC. RISC memiliki keunggulan dalam hal kecepatannya sehingga banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang memerlukan kalkulasi secara intensif 6. Intruksi Pada RISC - Menekankan pada perangkat lunak, dengan sedikit transistor. - Instruksi sederhana bahkan single - Load / Store atau memory ke memory bekerja terpisah - Ukuran kode besar dan kecapatan lebih tinggi - Transistor didalamnya lebih untuk meregister memori 7. Pendekatan RISC Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satu siklus. Dengan demikian, instruksi MULT 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 8. Hambatan Sistem RISC - Kurangnya dukungan dari perangkat lunak. - Munculnya Intel, karena intel memiliki sumberdaya untuk menjajagi dan melakukan berbagai macam pengembangan dan produksi prosesor-prosesor yang ampuh.
Complex Instruction Set Computer (CISC) 1. Complex Instruction Set Computer (CISC) merupakan kumpulan instruksi komputasi komplek 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. 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. Ciri-ciri CISC - Penekanan pada perangkat keras (hardware) - Termasuk instruksi kompleks multi-clock - Memori-ke-memori: LOAD dan STORE saling bekerjasama - Ukuran kode kecil, kecepatan rendah - Transistor digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi kompleks 4. Karakteristik CISC Sarat informasi memberikan keuntungan di mana ukuran programprogram 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. 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. 5. 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 instruksinya cukup satu saja. 6. Keuntungan dari CISC - Pada sistem operasi yang lebih mudah pengimplementasiannya dibandingkan dengan RISC. - Kesederhanaan dari instruksinya. Dengan jumlah instruksi yang lebih sedikit maka jumlah transistor yang dibutuhkan semakin sedikit yang tentu saja berujung pada murahnya sistem ini dibandingkan dengan seterunya. - Selain itu dengan lebih sedikitnya instruksi hanya pada instruksi yang sering digunakan saja maka waktu komputasi komputer akan semakin sedikit. - Fasilitas prefatch dan pipe line, untuk CISC sendiri eksekusi dilakukan secara sekuensial. Tabel 1. Perbandingan RICS dengan CISC Fitur RICS PC/Desktop CISC Daya Sedikit ratusan miliwatt Banyak watt Kecepatan Komputasi 200-520 MHz 2-5 GHz Manajemen Memori Direct, 32 bit Mappped I/O Custom PC berbasis pilihan via BIOS Environment High Temp, Low EM Emissions Need Fans, FCC/CE approval an issue Struktur Interupsi Custom, efisien, dan sangat cepat Seperti PC Port Sistem Operasi Sulit, membutuhkan BSP level Load and Go rendah.
Gambar 1. Struktur Memori Cara sederhana untuk melihat kekurangan dan kelebihan dari CISC dan RISC dengan menghitung perkalian dua bilangan dalam memori. Memori tersebut terbagi menjadi beberapa lokasi yang diberi nomor 1(baris): 1 (kolom) hingga 6:4. Unit eksekusi bertanggung-jawab untuk semua operasi komputasi. Namun, unit eksekusi hanya beroperasi untuk data yang sudah disimpan kedalam salah satu dari 6 register (A, B, C, D, Eatau F). Misalnya, kita akan melakukan perkalian (product) dua angka, satu di s impan di lokasi 2:3 sedangkan lainnya di lokasi 5:2, kemudian hasil perkalian tersebut dikembalikan lagi kelokasi 2:3. 1. Menggunakan 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 kedalam 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 kememori. 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
2. Menggunakan 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. Sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang diberi nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yang berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar. Jadi instruksi-nya cukup satu saja. MULT 2:3, 5:2 Kesimpulan CISC Complex Instruction Set Computer sedangkan RISC merupakan kepanjangan dari Reduced Instruction Set Computer. Chip RISC dibangun mulai pertengahan tahun 1980 sebagai pengganti chip CISC. Pada dasarnya karakteristik CISC yang "sarat informasi" memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Hal inilah yang menyebabkan komputer-komputer pada saat itu memiliki harga yang murah. Filosofi RISC berada dalam tidak satu pun chip yang menggunakan bahasa instruksi assembly yang complex, seperti yang digunakan di CISC. Untuk itulah, instruksi yang simple dan lebih cepat akan lebih baik daripada besar, complex dan lambat seperti CISC. Keuntungan RISC lainnya karena adanya instruksi yang simple, maka chip RISC hanya memiliki beberapa transistor, yang akan membuat RISC mudah didesain dan murah untuk diproduksi untuk menulis compiler yang powerful. RISC memberikan kemudahan di hardware, namun lebih kompleks di software. Reduced Instruction Set Computer (RISC) lebih cepat dibandingkan dengan Complex Instruction Set Computer ( CISC). Ini dikarenakan selain instruksi-instruksi pada RISC lebih mudah untuk diproses, RISC menyederhanakan instruksi.
Daftar Pustaka http://mardaniasmianto.blogspot.com/2015/01/perbedaan-risc-dan-cisc.html, diakses pada 09 Februari 2015 pada pukul 16.03 http://id.wikipedia.org/wiki/cisc diakses pada 09 Februari 2015 pada pukul 15.13 https://rangga07.wordpress.com/2010/03/04/perbedaan-dan-perbandingan-prosesor-riscdengan-cisc/ diakses pada 09 Februari 2015 pada pukul 16.10 http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2008/12/risc-vs-cisc/ diakses pada 09 Februari 2015 pada pukul 14.56