ARKOM_384

Kata Pengantar

Puji syukur Alhamdulillah saya ucapkan ke hadiran Allah SWT, yang telah mamberikan saya anugerah kesehatan dan kesempatan sehingga dengan anugerah ini saya bisa menyelesaikan tugas ini dengan baik.
Shalawat dan salam saya persembahkan atas Nabi besar Muhammad SAW, beserta pengikutnya hingga akhir zaman. Dan saya sadari penyusunan tugas ini masih jauh dari “ Sempurna “ untuk itu saran dan kritik dari semua pihak tetap saya harapkan, demi kesempurnaan tugas saya ini.
Akhirnya kepada Allah SWT saya berharap, semoga tugas ini bermafaat bagi semua pambaca.






Pamekasan, 09 Juli 2010



Penyusun
Mohammad Holili
08.55201.384











BAB I
PENDAHULUAN

Ditinjau dari perancangan perangkat instruksinya, ada dua arsitektur prosesor yang menonjol saat ini, yakni arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) dan CISC (Complex Instruction Set Computer). Prosesor CISC memiliki instruksi-instruksi kompleks untuk memudahkan penulisan program bahasa assembly, sedangkan prosesor RISC memiliki instruksi-instruksi sederhana yang dapat dieksekusi dengan cepat untuk menyederhanakan implementasi rangkaian kontrol internal prosesor. Karenanya, prosesor RISC dapat dibuat dalam luasan keping semikonduktor yang relatif lebih sempit dengan jumlah komponen yang lebih sedikit dibanding prosesor CISC. Perbedaan orientasi di antara kedua prosesor ini menyebabkan adanya perbedaan sistem secara keseluruhan, termasuk juga perancangan kompilatornya.

Pengertian dari Pada RISC (reduced instruction set computer)

RISC (reduced instruction set computer) adalah tipe mikroprosesor yang mengenali sejumlah tertentu instruksi. Salah satu keuntungan teknologi RISC adalah memungkinkan eksekusi instruksi dengan sangat cepat karena instruksi yang digunakan sederhana. Keunggulan lainnya adalah bahwa teknologi RISC membutuhkan lebih sedikit transistor, yang menjadikannya lebih murah. Sebagian besar komputer sekarang adalah complex instruction set computer (CISC). Namun, dalam perkembangannya RISC dan CISC menjadi semakin mirip. Chip RISC sekarang mendukung instruksi yang sama pada chip CISC dan chip CISC juga banyak menggunakan teknik yang sebelumnya digunakan pada chip RISC.

Fase Awal Perkembangan Prosesor RISC

Ide Dasar

Ide dasar prosesor RISC sebenarnya bisa dilacak dari apa yang disarankan oleh Von Neumann pada tahun 1946. Von Neumann menyarankan agar rangkaian elek¬tronik untuk konsep logika diimplementasikan hanya bila memang diperlukan untuk melengkapi sistem agar berfungsi atau karena frekuensi penggunaannya cukup tinggi (Heudin, 1992 : 18). Jadi ide tentang RISC, yang pada dasarnya adalah untuk menyederhanakan realisasi perangkat keras prosesor dengan melimpahkan sebagian besar tugas kepada perangkat lunaknya, telah ada pada komputer elektronik pertama. Seperti halnya prosesor RISC, komputer elektronik pertama merupakan komputer eksekusi langsung yang memiliki instruksi sederhana dan mudah didekode.
Hal yang sama dipercayai juga oleh Seymour Cray, spesialis pembuat superkomputer. Pada tahun 1975, berdasarkan kajian yang dilakukannya, Seymour Cray menyimpulkan bahwa penggunaan register sebagai tempat manipulasi data menyebabkan rancangan instruksi menjadi sangat sederhana. Ketika itu perancang prosesor lain lebih banyak membuat instruksi-instruksi yang merujuk ke memori dari pada ke register seperti rancangan Seymour Cray. Sampai akhir tahun 1980-an komputer-komputer rancangan Seymour Cray, dalam bentuk superkomputer seri Cray, merupakan komputer-komputer dengan kinerja sangat tinggi.
Pada tahun 1975, kelompok peneliti di IBM di bawah pimpinan George Radin, memulai merancang komputer berdasar konsep John Cocke. Berdasarkan saran John Cocke, setelah meneliti frekuensi pemanfaatan instruksi hasil kompilasi suatu program, untuk memperoleh prosesor berkinerja tinggi tidak perlu diimplementasikan instruksi kompleks ke dalam prosesor bila instruksi tersebut dapat dibuat dari instruksi-instruksi sedehana yang telah dimilikinya. Kelompok IBM ini menghasilkan komputer 801 yang menggunakan instruksi format tetap dan dapat dieksekusi dalam satu siklus detak (Robinson, 1987 : 143). Komputer 801 yang dibuat dengan teknologi ECL (emitter-coupled logic) , 32 buah register, chace terpisah untuk memori dan instruksi ini diselesaikan pada tahun 1979. Karena sifatnya yang eksperimental, komputer ini tidak dijual di pasaran.


BAB II
PEMBAHASAN

A. Arah Perkembangan Prosesor RISC
Kebanyakan riset tentang prosesor RISC ditujukan untuk memperbaiki kinerja sistem komputer secara keseluruhan. Analisis yang mendalam menunjukkan bahwa ada dua arah perlembangan penting prosesor RISC yaitu upaya ke arah pemanfaatan teknologi proses yang mampu menghasilkan prosesor cepat, misalnya teknologi bipolar ECL (emitter-coupled logic) serta pemanfaatan bahan semikonduktor GaAs (gal¬ium arsenida). Arah lain adalah upaya untuk merancang arsitektur multiprosesor dan mengintegrasikan unit-unit fungsional pendukung pemrosesan paralel dalam satu cip.

B. Cip-cip RISC galium Arsenida
Galium Arsenida dapat digunakan untuk menggantikan silikon dalam beberapa rangkaian terpadu untuk pemakaian khusus. Keunggulan bahan GaAs dibandingkan silikon adalah ketahanannya terhadap radiasi, dan ketahanannya terhadap panas, serta kecepatan mobilitas elektronnya. Karena elektron dapat bergerak lebih cepat dalam bahan GaAs, maka cip yang dibuat dengan bahan ini berpotensi untuk bek¬erja lebih cepat (Jonhsen, 1984 : 46; Robinson, 1990 : 251–254). Salah satu kendala pengembangan cip berbahan GaAs adalah sulitnya penanganan bahan ini dibanding dengan bahan silikon karena perancang belum banyak pengalaman dengan bahan GaAs. Meskipun demikian, teknologi yang dikuasai saat ini telah memungkinkan untuk membuat rangkaian terintegrasi dengan tingkat kerapatan cukup tinggi untuk merancang prosesor RISC.
Didorong oleh kebutuhan untuk merancang prosesor berkecepatan tinggi dan tahan terhadap radiasi sesuai dengan speifikasi yang dibutuhkan Departemen Pertahanan Amerika Serikat, maka DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) memberikan dana kepada Texas Instru¬ments (TI), RCA, dan McDonnell-Douglas, untuk mengembangkan dan merancang prosesor RISC dari bahan GaAs. Agar memiliki kinerja yang tinggi, DARPA menghendaki unit prosesor sentral (central processing unit, CPU) dirancang dalam cip tunggal, seperti prosesor MIPS yang pengembangannya juga dibiayai DARPA. Ditargetkan prosesor tersebut akan dapat dijalankan dengan detak berfrekuensi 200 MHz. Ini berarti target kecepatan kerjanya adalah 200 MIPS (million instructions per second, juta instruksi per detik), karena pada prosesor RISC satu instruksi diek¬sekusi dalam satu siklus detak.
Sistem yang dipilih terdiri dari seperangkat cip, yakni, CPU, FCOP (floating point coprocessor) , MMU (memory management unit) dan chace. Agar bisa merealisasi CPU dalam satu cip, TI berupaya mengurangi rangkaian pengontrol sebanyak mungkin untuk memberi lebih banyak tempat bagi register-register. Perangkat instruksi dikembangkan berdasarkan simulasi statistik dan evaluasi atas prosesor RISC Berkeley maupun MIPS Stanford. Seperti halnya MIPS, sekali program telah dikomplikasi ke dalam perangkat instruksi inti (yakni level tengah antara perangkat-intruksi bergantung perangkat-keras dengan bahasa pemrograman tingkat tinggi), suatu penerjemah bergantung perangkat-keras akan mengubah kode ke dalam perangkat instruksi bahasa mesin dan melakukan langkah-langkah optimasi. Perangkat instruksi yang dimiliki prosesor ini dibagi menjadi tiga bagian yakni 29 buah instruksi CPU, 31 buah instruksi FCOP, serta 6 buah instruksi MMU.
Prosesor yang dihasilkan memiliki unjuk kerja nominal 200 MIPS, tetapi angka faktualnya harus dikurangi dengan 32% akibat penyisipan instruksi NOP (no operation) dan dikurangi 32% lagi karena keterbatasan lebar ban memori. Angka faktual kinerja prosesor RISC GaAs ini kira-kira 91 MIPS (million instruction per second).
Pada waktu yang sama dengan pengembangan mikr¬prosesor RISC GaAs, McDonnell-Douglas juga mulai mengembangkan mikroprosesor RISC berdasarkan teknologi JFET tipe-penyambungan (enhancement-type junction field-effect transistor) DCFL (direct coupled FET logic) dengan bahan GaAs. Cip yang diberi nama MD484 sangat dipengaruhi oleh hasil rancangan MIPS dari Universitas Stanford.
Karena saat itu teknologi GaAs hanya mampu mengintegrasikan transistor dalam jumlah yang terbatas, maka hanya ditargetkan sejumlah 25.000 buah transistor dalam satu cip. Di dalam mikroprosesor ditanamkan 32 buah register masing-masing 32-bit dengan perangkat instruksi sangat mirip dengan yang dimiliki MIPS.
Salah satu keputusan sulit dalam perancangan adalah masalah memilih jumlah dan tipe alur-pipa eksekusi. Penambahan jumlah alur-pipa menjadi lima atau enam dengan penambahan tingkat alur-pipa untuk akses memori, akan memberi lebih banyak waktu pengaksesan memori sehingga memudahkan perancangan sistem mem¬ori. Akan tetapi, alur-pipa yang panjang akan menambah tundaan pencabangan sehingga memperlambat waktu eksekusi. Kerugian kinerja akibat penyisipan instruksi NOP adalah 20–30% untuk alur-pipa enam tingkat dan kira-kira setengahnya untuk alur-pipa lima tingkat relatif terhadap alur-pipa empat tingkat. Akhirnya, kelompok McDonnell-Douglas memutuskan untuk menggunakan empat tingkat alur-pipa. Untuk mengeksekusi operasi aritmetika floating point, McDonnell Douglas juga merancang cip koprosesor floating point. Cip CPU yang selesai dibuat dan diuji pada tahun 1987, mampu mengeksekusi instruksi dalam 16,5 nanosekon dan memberikan kecepatan operasi 60 MIPS (million instructions per second).
Proyek perancangan prosesor RISC GaAs lain dilakukan oleh RCA pada tahun 1989. Prosesor 32-bit rancangan RCA ini direncanakan diimplementasikan dengan GaAs VLSI (very large scale integration) . RCA mengatasi masalah yang dihadapi dalam perancangan cip GaAs ini dengan cara yang berbeda dari yang dilakukan McDonnell Douglas maupun Texas Instruments. Berbeda dengan kebanyakan pros¬esor RISC, format instruksinya tidak tunggal melainkan menggunakan format satu dan dua kata. Rancangan RCA ini menggunakan 9 tingkat alur-pipa dengan dua periode tak-aktif masing-masing 2 siklus tunggu, pertama berkaitan dengan penjemputan instruksi dan kedua berkaitan dengan penjemputan operan untuk operasi load.
Kelompok riset di Universitas Michigan juga dilaporkan berhasil membuat prosesor RISC dari bahan galium arsenida berkecepatan tinggi di atas cip berukuran 32-bit yang dihasilkan diimplementasikan di atas cip berukuran 13,9 x 7,8 mm dengan 160.000 transistor. Di dalam cip diintegrasikan bagian ALU (arithmetic and logic unit) , 32 buah register, dan 32 byte chace instruksi. Karena kecilnya chace yang dimiliki, pemakai prosesor ini dapat menambahkan chace eksternal melalui kecepatan tinggi misalnya dengan SRAM (static random access memory) berteknologi ECL. Cip ini bekerja baik dengan frekuensi detak 200 MHz.
Ada beberapa permasalahan dalam perancangan komputer cepat dengan GaAs. Pertama, adalah terbatasnya tingkat integrasi fungsi logika yang bisa diimplementasikan. Kedua, adalah tingginya perbandingan antara waktu pengaksesan memori di luar cip dengan akses data di dalam cip. SODIMA S.A. mengusulkan arsitektur 4-tingkat 32-bit untuk diintegrasikan dengan menggunakan teknologi sel standar. Tim SODIMA juga merancang arsitektur chacechace kecil berkecepatan tinggi (4-kilobyte dengan waktu akses 3 nanosekon) dikombinasikan dengan chacebesar tetapi lebih lambat (128 kilobyte dengan waktu akses 25 nanosekon) untuk mendapatkan kinerja 100 MIPS.

C. Ciri-ciri Prosesor RISC
Sebenarnya, prosesor RISC tidak sekedar memiliki instruksi-instruksi yang sedikit dan sederhana seperti namanya tetapi juga mencakup banyak ciri-ciri lain yang tidak semuanya disepakati oleh kalangan perancang sendiri. Meskipun demikian, banyak yang telah bersepakat bahwa prosesor memiliki ciri-ciri tertentu untuk membedakannya dengan prosesor bukan RISC.
Pertama, prosesor RISC mengeksekusi instruksi pada setiap satu siklus detak (Robinson, 1987 : 144; Johnson, 1987 : 153). Hasil penelitihan IBM (Inter¬na¬tional Busi¬ness Machine) menunjukkan bahwa frekuensi penggunaan instruksi-instruksi kompleks hasil kompilasi sangat kecil dibanding dengan instruksi-instruksi sederhana. Dengan perancangan yang baik instruksi sederhana dapat dibuat agar bisa dieksekusi dalam satu siklus detak. Ini tidak berarti bahwa dengan sendirinya prosesor RISC mengeksekusi program secara lebih cepat dibanding prosesor CISC. Analogi sederhananya adalah bahwa kecepatan putar motor (putaran per menit) yang makin tinggi pada kendaraan tidaklah berarti bahwa jarak yang ditempuh kendaraan (meter per menit) tersebut menjadi lebih jauh, karena jarak tempuh masih bergantung pada perbandingan roda gigi yang dipakai.
Kedua, instruksi pada prosesor RISC memiliki format tetap, sehingga rangkaian pengontrol instruksi menjadi lebih sederhana dan ini berarti menghemat penggunaan luasan keping semikonduktor. Bila prosesor CISC (misalnya Motorola 68000 atau Zilog Z8000) memanfaatkan 50% — 60% dari luas keping semikonduktor untuk rangkaian pengontrolnya, pros¬esor RISC hanya memerlukan 6%-10%. Eksekusi instruksi menjadi lebih cepat karena rangkaian menjadi lebih sederhana (Robinson, 1987 : 144; Jonhson 1987 : 153).
Ketiga, instruksi yang berhubungan dengan memori hanya instruksi isi (load) dan instruksi simpan (store) , instruksi lain dilakukan dalam register internal prosesor. Cara ini menyederhanakan mode pengalamatan (addressing) dan memudahkan pengulangan kembali instruksi untuk kondisi-kondisi khusus yang dikehendaki (Robin¬son, 1987 : 144; Jonhson, 1987: 153). Den¬gan ini pula perancang lebih menitikberatkan implementasi lebih banyak register dalam cip prosesor. Dalam prosesor RISC, 100 buah register atau lebih adalah hal yang biasa. Manipulasi data yang terjadi pada register yang umumnya lebih cepat daripada dalam memori menyebabkan prosesor RISC berpotensi beroperasi lebih cepat.
Keempat, prosesor RISC memerlukan waktu kompilasi yang lebih lama dari-pada prosesor RISC. Karena sedikitnya pilihan instruksi dan mode pengalamatan yang dimiliki prosesor RISC, maka diperlukan optimalisasi perancangan kompilator agar mampu menyusun urutan instruksi-instruksi sederhana secara efisien dan sesuai dengan bahasa pemrograman yang dipilih. Keterkaitan desain prosesor RISC dengan bahasa pemrograman memungkinkan dirancangnya kompilator yang dioptimasi untuk bahasa target tersebut.

D.Prosesor RISC Stanford
Sementara proyek RISC-1 dan RISC-2 dilakukan kelompok Patterson di Universitas California, pada tahun 1981 itu juga John Hennessy dari Universitas Stanford mengerjakan proyek MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) . Pengalaman riset tentang optimasi kompilator digabungkan dengan teknologi perangkat keras RISC merupakan kunci utama proyek MIPS ini. Tujuan utamanya adalah menghasilkan cip mikroprosesor serbaguna 32-bit yang dirancang untuk mengeksekusi secara efisien kode-kode hasil kompilasi (Heudin, 1992: 34).
Perangkat instruksi prosesor MIPS terdiri atas 31 buah instruksi yang dibagi menjadi 4 kelompok, yakni kelompok instruksi isi dan simpan, kelompok instruksi operasi aritmetika dan logika, kelompok instruksi pengontrol, dan kelompok instruksi lain-lain. MIPS menggunakan lima tingkat alur-pipa tanpa perangkat keras saling-kunci antar alur-pipa tersebut, sehingga kode yang dieksekusi harus benar-benar bebas dari konflik antar alur-pipa.
Direalisasi dengan teknologi NMOS 2 mikron, prosesor MIPS yang memiliki 24.000 transistor ini memiliki kemampuan mengeksekusi satu instruksi setiap 500 nan-odetik. Karena menggunakan lima tingkat alur-pipa bagian kontrol prosesor MIPS ini menyita luas cip dua kali lipat dibanding dengan bagian kontrol pada prosesor RISC. MIPS memiliki 16 register dibandingkan dengan 138 buah register pada RISC-2. Hal ini bukan masalah penting karena MIPS memang dirancang untuk mebebankan kerumitan perangkat keras ke dalam perangkat lunak sehingga menghasilkan perangkat keras yang jauh lebih sederhana dan lebih efisien. Perangkat keras yang sederhana akan mempersingkat waktu perancangan, implementasi, dan perbaikan bila terjadi kesalahan.
Sukses perancangan MIPS dilanjutkan oleh tim Stanford dengan merancang mikroprosesor yang lebih canggih, yakni MIPS-X. Perancangan dilakukan oleh tim riset MIPS sebelumnya ditambah 6 orang mahasiswa, dan dimulai pada musim panas tahun 1984. Rancangan MIPS-X banyak diperbaruhi oleh MIPS dan RISC-2 dengan beberapa perbedaan utama :
• Semua instruksi MIPS-X merupakan operasi tunggal dan dieksekusi dalam satu siklus detak
• Semua instruksi MIPS-X memiliki format tetap dengan panjang instruksi 32-bit
• MIPS-X dilengkapi pendukung kopros¬esor yang efisien dan sederhana
• MIPS-X dilengkapi pendukung untuk digu¬nakan sebagai prosesor dasar dalam sistem multiprosesor memori-bersama (shared memory)
• MIPS-X dilengkapi chace instruksi dalam-cip yang cukup besar (2 kilobyte)
• MIPS-X difabrikasi dengan teknologi CMOS 2 mikron.
Sama seperti MIPS, MIPS-X merupakan prosesor dengan alur-pipa tanpa saling-kunci (inter¬lock) perangkat keras. Perangkat lunaknya diran¬cang untuk mengikuti pewaktuan instruksi agar tidak ter¬jadi konflik antar alur-pipa (Heudin, 1992 : 36–37).

Cip pertama yang dihasilkan bekerja baik dengan detak 16 MHz, lebih rendah dari target yang dicanangkan setinggi 20 MHz, akibat tidak sem¬pur¬nanya instruksi percabagan. Versi 25 MHz dibuat dengan menggu¬nakan teknologi CMOS 1,6 mikron. Ditambah dengan chace yang diintre¬grasikan pada cip prosesor, MIPS-X berisi hampir 150.000 transistor di atas keping seluas 8 x 8,5 mm (Heudin, 1992 : 38).

DAFTAR PUSTAKA
http://kipsaint.com/isi/kamus-ti-r.html
http://blog.unand.ac.id/alfirdaus/kampus/kampus/
http://blog.unand.ac.id/alfirdaus/2010/06/04/prosesor-risc-stanford/