· PIPELINING

Pipelining adalah suatu teknik implementasi dengan mana berbagai instruksi dapat dilaksanakan secara tumpang tindih (overlapped; hal ini mengambil keuntungan paralelisme yang ada di antara tindakan yang diperlukan untuk mengeksekusi suatu instruksi. Di dalam pipeline suatu komputer, masing-masing langkah di dalam pipeline melengkapi bagian-bagian dari suatu instruksi. Masing-masing langkah disebut stage atau segment. Stage dihubungkan satu terhadap lainnya sehingga membentuk yang pipe-instruction pada bagian akhir stage. Mirip dengan proses pada suatu industri manufaktur.

Pipelining menghasilkan reduksi untuk rata-rata waktu eksekusi per instruksi.

Pipeline adalah suatu teknik implementasi yang memanfaatkan paralelisme di antara instruksiinstruksi dalam laju instruksi sekuensial.

Hambatan utama terhadap Pipelining

Ada situasi yang menyebabkan hambatan dalam implementasi Pipeline yang disebut hazard (resiko), yang akan mencegah instruksi yang berikutnya dalam laju instruksi untuk diekseskusi selama siklus yang ditunjuk. Hazard mereduksi laju kinerja ideal yang dihasilkan suatu pipelining. Ada tiga kelas hazard:

1. Structural Hazard muncul akibat benturan sumberdaya manakala perangkat keras tidak dapat mendukung semua kombinasi instruksi secara serempak dalam eksekusi secara tumpang tindih.

2. Data hazard muncul manakala suatu instruksi tergantung pada hasil dari suatu instruksi sebelumnya pada eksekusi instruksi tumpang tindih.

3. Control hazard muncul pada pipelining dengan instruksi pencabangan dan instruksi lain yang mengubah nilai program counter.

Hazard dalam pipeline dapat mengakibatkan diperlukannya stall terhadap pipeline. Pencegahan hazard seringkali memerlukan beberapa instruksi ditunda, sementara lainnya diproses.

· Prosesor Vektor Pipelining

Sebuah prosesor vektor atau prosesor array, adalah unit pemrosesan sentral (CPU) yang mengimplementasikan set instruksi berisi instruksi yang beroperasi pada satu dimensi array data yang disebut vektor. Hal ini kontras dengan prosesor skalar , yang instruksi beroperasi pada item data tunggal. Meskipun prosesor Intel dan klon mereka desain awalnya sebagai skalar, model baru berisi peningkatan jumlah vektor instruksi khusus seperti yang disediakan oleh Ekstensi Vector Lanjutan ditetapkan. Prosesor vektor pertama kali muncul pada 1970-an, dan membentuk dasar dari yang palingsuperkomputer di tahun 1980 dan 1990-an. Perbaikan dalam prosesor skalar, terutamamikroprosesor , mengakibatkan penurunan prosesor vektor tradisional di superkomputer, dan munculnya teknik pengolahan vektor di CPU pasar massal sekitar awal 1990-an. Hari ini, CPU komoditas yang paling mengimplementasikan arsitektur yang menampilkan instruksi untuk beberapa pemrosesan vektor pada beberapa (vektoralisasi) set data, biasanya dikenal sebagai SIMD (S Ingle saya nstruction, M ultiple D ata). Teknik pemrosesan vektor juga ditemukan di konsol video game hardware danakselerator grafis . Pada tahun 2000, IBM , Toshiba dan Sony berkolaborasi untuk menciptakan prosesor Cell , yang terdiri dari satu prosesor skalar dan delapan prosesor vektor, yang ditemukan digunakan dalam Sony PlayStation 3 di antara aplikasi lain.Desain CPU lain mungkin termasuk beberapa instruksi untuk pemrosesan vektor pada beberapa (vectorised) set data, biasanya dikenal sebagai MIMD (M ultiple saya nstruction, M ultiple D ata). Desain seperti biasanya didedikasikan untuk aplikasi tertentu dan tidak umum dipasarkan untuk komputasi tujuan umum.

RISC

Pengertian RISC

RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk negeset istruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.

Karakteristik

Arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :

a. Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand 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.

b. Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasiload 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.

c. 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.

d. 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

Ciri-ciri

a. Instruksi berukuran tunggal

b. Ukuran yang umum adalah 4 byte

c. Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari 5 buah.

d. Tidak terdapat pengalamatan tak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori.

e. Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan ke memori dan penambahan dari memori.

f. Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi

g. Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store.

h. Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi .

i. Jumlah bit bagi integer register spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

j. Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

Referensi :

www.scribd.com/doc/44889125/MAKALAH-CPU

http://www.scribd.com/doc/71858269/CISC-Complex-Instruction-Set-Computers-Dan-RISC-Reduced-Instruction-Set-Computers

· RISC ( Reduce Instruction Set Computer )

Beberapa elemen penting pada arsitektur RISC :

1. Set instruksi yang terbatas dan sederhana

2. Register general-purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian registernya.

3. Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi.

Ditinjau dari jenis set instruksinya, ada 2 jenis arsitektur komputer, yaitu:

1. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang rumit (Complex Instruction Set Computer = CISC)

2. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang sederhana (Reduced Instruction Set Computer = RISC)

CISC 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, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan kompiler bahasa pemrograman tingkat tinggi.

Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin. RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi.

Konsep arsitektur RISC banyak menerapkan proses eksekusi pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar, eksekusi secara pipeline memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih rumit.

Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC.

Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi.

Eksekusi Instruksi

Waktu eksekusi dapat dirumuskan sbb.:

Waktu eksekusi = N x S x T

Dengan

N adalah jumlah perintah

S adalah jumlah rata-rata langkah per perintah

T adalah waktu yang diperlukan untuk melaksanakan satu langkah

Kecepatan eksekusi dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari ketiga varisbel di atas.

Arsitektur CISC berusaha menurunkan nilai N, sedangkan

Arsitektur RISC berusaha menurunkan nilai S dan T.

Proses pipeline dapat digunakan untuk membuat nilai efektif S mendekati 1 (satu) artinya komputer menyelesaikan satu perintah dalam satu siklus waktu CPU.

Nilai T dapat diturunkan dengan merancang perintah yang sederhana.

· Jaringan Interkoneksi

Komunikasi diantara terminal-terminal yang berbeda harus dapat dilakukan dengan suatu media tertentu. Interkoneksi yang efektif antara prosesor dan modul memori sangat penting dalam lingkungan komputer. Menggunakan arsitektur bertopologi bus bukan merupakan solusi yang praktis karena bus hanya sebuah pilihan yang baik ketika digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dengan jumlah yang sedikit. Jumlah komponen dalam sebuah modul IC bertambah seiring waktu. Oleh karena itu, topologi bus bukan topologi yang cocok untuk kebutuhan interkoneksi komponen-komponen di dalam modul IC. Selain itu juga tidak dapat diskalakan, diuji, dan kurang dapat disesuaikan, serta menghasilkan kinerja toleransi kesalahan yang kecil.