Edy Pang: Life, Electronics and Friendship

Artikel ini merupakan bagian 1 (pertama) dari pembahasan tentang arsitektur komputer berbasis RISC, CISC dan Superscalar.

Ide dasar dari sebuah arsitektur prosesor (CPU) berbasis RISC adalah penyusunan yang tidak rumit dan membatasi jumlah instruksi (instruction set) hanya pada yang dibutuhkan saja.
RISC, atau Reduced Instruction Set Computer. Adalah sebuah tipe arsitektur computer yang memiliki set instruksi yang sedikit, efisien, dan lebih sederhana karena menggunakan instruksi dasar dibandingkan dengan is jenis arsitektur yang lain. [1]

Rancangan ini berawal dari pertimbangan dan analisa model perancangan yang kompleks sehingga harus ada pengurangan set instruksinya.
Konsep RISC pertama kali dikembangkan oleh IBM pada era 1970-an. Komputer pertama yang menggunakan RISC adalah komputer mini IBM 807 yang diperkenalkan pada tahun 1980. Dewasa ini, RISC digunakan pada keluarga processor buatan Motorola (PowerPC) dan SUN Microsystems (Sparc, Ultrasparc) [2]

John Cocke [3], seorang peneliti yang mengembangkan arsitektur RISC, menyampaikan bahwa sebenarnya kekhasan dari komputer tidaklah harus menggunakan banyak instruksi untuk menyelesaikan pekerjaan yang komplek, akan tetapi instruksi yang komplek tersebut cukup diselesaikan oleh rangkaian sirkuit, sehingga menghemat jumlah instruksi.

Pada desain chip mikroprosesor jenis ini, pemroses diharapkan dapat melaksanakan perintah-perintah yang dijalankannya secara cepat dan efisien melalui penyediaan himpunan instruksi yang jumlahnya relatif sedikit, dengan mengambil perintah-perintah yang sangat sederhana, akibatnya arsitektur RISC membatasi jumlah instruksinya yang dipasang ke dalam mikroprosesor tetapi mengoptimasi setiap instruksi sehingga dapat dilaksanakan dengan cepat.
Dengan demikian instruksi yang sederhana dapat dilaksanakan lebih cepat apabila dibandingkan dengan mikroprosesor yang dirancang untuk menangan susunan instruksi yang lebih luas.
Dengan demikian chip RISC hanya dapat memproses instruksi dalam jumlah terbatas, tetapi instruksi ini dioptimalkan sehingga cepat dieksekusi. Meski demikian, bila harus menangani tugas yang kompleks, instruksi harus dibagi menjadi banyak kode mesin, terutama sebelum chip RISC dapat menanganinya. Karena keterbatasan jumlah instruksi yang ada padanya, apabila terjadi kesalahan dalam pemrosesan akan memudahkan dalam melacak kesalahan tersebut.

Pada tahun 1980-an kapasitas modul memori meningkat dan harganya turun. Penekanan pada desain CPU bergeser ke kinerja, dan RISC menjadi trend baru. Contoh arsitektur RISC meliputi SPARC dari Sun Microsystems; seri MIPS Rxxxx dari MIPS Technologies; Alpha dari Digital Equipment; PowerPC yang dikembangkan bersama oleh IBM dan Motorola; dan RISC dari Hewlett-Packard. [2]

Karekteristik

RISC mempunyai beberapa karakteristik, antara lain adalah

• Siklus instruksi, merupakan siklus mesin yang ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU dan menyimpan hasil operasi ke dalam register. Dan instruksi ini biasa dibatasi dengan instruksi dasar saja.
• Operasi Pertukaran Data, pertukaran data ini biasanya berbentuk register ke register yang mana mengoptimalkan penggunaan memori register agar siklus operasinya semakin cepat. Penggunaan register ini dikarenakan register merupakan memori yang paling cepat dibandingkan cache maupun memori utama.
• Mode pengalamatan, fitur rancangan ini juga dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit control. Yang mana dengan mode pengalamatan yang sederhana akan didapatkan operasi pengambilan data dan penyimpanan data semakin cepat.
• Format instruksi, umumnya hanya digunakan sebuah format atau beberapa format saja untuk menyederhanakan implementasi perangkat kerasnya.

Ciri - Ciri

1. Instruksi berukuran tunggal.
2. Ukuran yang umum adalah 4 byte.
3. Jumlah pengalamatan data sediki, biasanya kurang dari 5 buah.
4. Tidak terdapat pengalamatan tidak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori.
5. Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan ke memori dan penambahan dari memori.
6. Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi.
7. Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/store.
8. Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuh instruksi.
9. Jumlah bit bagi integer register spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.
10. Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

Plus Minus

RISC mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan, antara lain:
[+] Plus

• Berkaitan dengan penyederhanaan kompiler, dimana tugas pembuat kompiler untuk menghasilkan rangkaian instruksi mesin bagi semua pernyataan HLL.
• Instruksi mesin yang kompleks seringkali sulit digunakan karena kompiler harus menemukan kasus-kasus yang sesuai dengan konsepnya.
• Pekerjaan mengoptimalkan kode yang dihasilkan untuk meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining jauh lebih mudah apabila menggunakan RISC dibanding menggunakan CISC.
• Arsitektur RISC yang mendasari PowerPC memiliki kecenderungan lebih menekankan pada referensi register dibanding referensi memori, dan referensi register memerlukan bit yang lebih sedikit sehingga memiliki akses eksekusi instruksi lebih cepat.
• Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan set instruksi dan menyederhanakan unit kontrol serta pengoptimasian register akan menyebabkan operand-operand yang sering diakses akan tetap berada dipenyimpan berkecepatan tinggi.
• Penggunaan mode pengalamatan dan format instruksi yang lebih sederhana.

[-] Minus

• Program yang dihasilkan dalam bahasa simbolik akan lebih panjang (instruksinya lebih banyak).
• Program berukuran lebih besar sehingga membutuhkan memori yang lebih banyak, ini tentunya kurang menghemat sumber daya.
• Program yang berukuran lebih besar akan menyebabkan menurunnya kinerja, yaitu instruksi yang lebih banyak artinya akan lebih banyak byte-byte instruksi yang harus diambil. Selain itu,Pada lingkungan paging akan menyebabkan kemungkinan terjadinya page fault lebih besar. [4]

Pustaka
1. Shopomore College, CSE Stanford
2. Total.or.id : RISC
3. Wikipedia : John Cocke
4. Iskandar Zulkarnain : RISC

Note : Bagian berikutnya tentang Arsitektur Komputer Berbasis CISC