Arsikom4 Tema

MAKALAH Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Arsitektur & Organisasi Komputer

Dosen Pembimbing M. Rofiq ST

PIPELINE, SUPERSCALAR L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Disusun Oleh : BUDI FAJAR S- 08211240

SEKOLAH TINGGI MANAJEMAN & INFORMATIKA PERGURUAN TINGGI ASIA JANUARI 2009

Preface

Preface Dunia maju, memberi dan menciptakan gaya hidup baru bagi manusia yang disebut juga manusia modern yaitu kebutuhan akan ketrepatan, kecepatan dan informasi yang luar biasa banyaknya dan dengan waktu yang cepat. Tak pelak berbagai teknologi canggihpun menghadirkan kemampuan untuk mendukung kebutuhan menusia akan informasi tersebut dengan berbagai fasilitasnya, mulai dari yang menawarkan murahnya biaya pemakaian hingga kemampuan dapat diakses dimanapun.

tertarik mendalami komputer dengan alasan sulit, sudah dsb. Dalam makalah ini saya menyajikan beberapa ulasan singkat tentang beberapa piranti didalam komputer. Meskipun hanya ulasan singkat tapi saya berharap makalah ini dapat bermanfaat baik bagi pembaca maupun bagi saya sendiri. Saran yang mendukung selalu saya terima demi baiknya makalah ini.

Akibatnya, badai teknologi inipun juga menunutu para produsen untuk lebih berlomba-omba dengan bentukan produsen lain, apalagi kalau bukan untuk merebut pasar, demikian ditinjau dari segi ekonomi kemasyarakatan, namun jauh dasi sisi itu yaitu dari sisi teknologi sendiri memungkinkan berkembangnya piranti pendukung teknologi yang juga arusnya disadari atau tidak semakin cepat pula. Tak terkecuali komputer yang disinyalir sebagai piranti paling penting, kompeten dan strategis dalam kemajuan dunia teknologi informasi seperti era sekarang ini. Mengingar posisi komputer berada dititik sentral, maka mutlak diperlukan pengetahuan lebih tentang komputer, bukan hanya untuk sekedar mengetik atau malah main game, justru seharusnya komputer adalah teman belajar dan tidak sedikit pula orang yang menggunakan komputernya sebagai mesin uang. Namun sayangnya masih banyak pula orang yang belum

1

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

PipeLine

PipeLine

D

alam bahasan ini Pipelini dimaksudkan adalah dalam bahasan teknologi komputasi, karena banyak sekali dikenal istilah Pipelina ini bukan hanya di bidang komutasi dan rancang bagun. Pipeline adalah sebuah mesih atau piranti yang bertugas melaksanakan perintah yang berbeda-beda namun dapat dijalankan dalam waktu yang bersamaan dan setiap perintah yang berjalan tersebut memilik fase yang berbeda. Kenerja ini bisa dicontohkan dengan ilustrasi. Amir, Boby dan Catur ingin berlari bersama pada sebidang jalan lurus sepanjang 10 meter. Mereka mengambil start pada satu garis diposisi 0 (nol). Dalam waktu yang bersamaa secara kasat mata mereka berlari bersamaa. Tapi jika lebih detal sebenarnya terdapat beda waktu antara ketiganya meski hanya 0.00… detik. Kali ini anggap saja Amir diposisi pertama. Maka kegiatan mereka berlari itulah bisa dianggap sebagai data yang berjalan dengan intruksi, Amir adalah intruksi pertama dan sudah melampaui jarak 7 meter, sedangkan intruksi kedua Boby yang sudah menempuh jarak 5 meter dan diketiga ada Catur yang menempuh 3 meter. Begitulah data dalam pipeline bekerja bersamasama, mengalir bersama-sama namun tetap dalam satuan eksekusi yang berbeda. Pipeline terbagi dua macam yaitu : - Pipeline Unit Arithmetic : Berguna untuk

2

-

operasi vektor Pipeline Unit Instrukction : Berguna untuk komputer yang memiliki set instruksi lebih sederhana.

Bisa diasumsikan Pipeline adalah lawan terkuat untuk Superscalar. Karena memang keduanya sebenarnya memiliki fungsi yang sama dan hanya kemampuannya saja yang berbeda. Superscalar dibahas pada bab tersendiri berikutnya. Pipeline

dapat digambarkan secara ringkas dengan diagaram sebagai berikut. Sampai saat ini, Mocropocesro yang terkenal dengan memakai teknologi Pipeline ini adalah keluarga Pentium 4, sehingga banyak sekali macam diagram yang diperoleh darinya. Berikut disajikan diagram tersebut untuk lebih mudah memahami cara kerja pipeline, dengan menampilkan satu ini semoga dapat mewakili.

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

PipeLine

-

Pipeline memiliki keunggulan lebih ketimbang superscalar jika diterapkan pada microposesor. Karena jalur datanya yang bisa terpisah sehingga sangat memingkinkan teras lebih cepat ketimbang supersclar yang 'antri dulu', inilah sekaligus yang menjadi perbedaan paling utama antara Pipeline dengan Superscalar. Meski demikian bukan berarti pipeline bekerja mulus dengan segala keunggulannya. Justru dengan itu maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan : - penggunaa resource secara bersamaan Pipeline bekerja secara bersamaan, bsia dimungkinkan terjadi dari satu sumber yang sama, dengan demikian satu sumber tersebut diproses dalam sekali waktu dalam fragmen-fragmennya maka harus memerlukan proses rumit agar semua berjalan secara benar. Anggap saja sumbe tersebut adalah kue, untuk membuat kue pasti dibutuhkan proses sebelumnya mulai dari mencampur adonan hingga masuk oven, semikianlah proses satupersatu. Tapi dalam pipeline semua bisa berjalan bersamaan dan sekali lagi ini memerlukan proses yang rumit.

3

-

pada ketergantungan data misalnya intruksi yang kedua bisa berjalan setelah intruksi pertama. Letak ketergantungan bisa saja terjasi misal intruksi kedua yang 'gak mau' jalan kalau intruksi pertam juga gak jalan. Jadi intruksi kedua sangat tergantung pada keadaan intruksi pertama. menyebabkan pengaturan Jump ke alamat memory. Karena diproses secara bersamaa, bisa saja intruksi pertam berhasil, namun intruksi kedua memerlukan Jump memory, maka terjadilah Jump memory oleh program counter. Baru kemudan ke intruksi ketiga, padahal intruksi ketiga tidak memerlukan jump memory seperti yang kedua, maka program counter harus mengatur lagi agar intruksi ketiga dapat berjalan akibatnya menyebabkan perubahan Program counter.

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

Superscalar

Superscalar Di bahasan sebelumnya tentang Pipeline sudah sedikit disinggung tentang scalar dan perbedaanya yang mencolok dengan Pipelin. Berikut disajikan gambar tentang perbedaan tersebut untuk lebih memahami.

Jika prosesor menggunakan satu pipeline sudah teras cepat maka akan lebih depat dengan dua pipeline, lalu bagaimana dengan tiga, empat seterusnya, pastinya kinerja lebih cepat. Tapi kelemahan pipeline yang juga sudah dibahas diatas cukup mewakili kenapa teknologi ini kurang populer. Itulah sebabnya saat ini mulai dikembangkan prosesor dengan Superscalar. Superscalar adalah unitmocroposesor yang dapat menjalankan satu atau lebih intruksi. Didalam superscalar terdapat pipeline yang juga memiliki tugas tersendiri namun tetap fleksibel dengan tugas yang lain. Bahkan untuk pipelina Floating Point (pengolah bilangan berkoma) bisa meningkat secara tajam kecepatannya dalam kegunaan ilmuah yang tentunya juga banyak memerluka bilangan berkoma.

Jika prosesor menggunakan satu pipeline sudah teras cepat maka akan lebih depat dengan dua pipeline, lalu bagaimana dengan tiga, empat seterusnya, pastinya kinerja lebih cepat. Tapi kelemahan pipeline yang juga sudah dibahas diatas cukup mewakili kenapa teknologi ini kurang populer.

4

Resikonya menggunaka superscalar maka procesorpun memelukan jumlah transistor yang tidak sedikit. Salah satu contoh yang diambil adalah pada PC IBM 8088 yang juga termasuk generasi pertama, sudah memelukan transistir sebanyak 29.000. Keniakn secara tajam ditunjukan generasi Pentium 3 yang mengusung 7.500.000 transistor. Bahkan 140.000.00 trsnsostor sudah bersarang di CPU bikinan HP dengan tipe 8500.

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

L1 & L2 Cache

L1 & L2 Cache L1 dan L2 tampaknya memang selalu berpasangan dan selalu berhubungan dengan cache memory. Tapi tak banyak juga yang tahu bahwa sebenarnya L1 adalah untuk Level-1 ataua banyak juga yang menyebur First –Level dan L2 untuk Lebel-2 atau Second-Level. Apapun sebutan yang Anda sukai semestinya bukan hal penting untuk diperdebatkan, alangkah jauh lebih baik kalau belajar bersama mendalami keduanya. 1. L1, Level-1, First-Level Cache Disebut demikian karena memamng Memory ini paling dekat dengan Procesor, terutama dengan Control Unit. Menilik dari sejarahnya pertama kali L1 digunakan pada PC i486 dan terus berkembang hingga detik ini. Memang kemampuannya sangat terbatas dan hanya memuat kapasitas paling kecil sebesar 16 KB, tapi jangan dilihat dari kapasitasnya tersebut sebagai kelemahan, justru L1 berkeja dengan hitungan nanodetik alias sepermilyardetik dalam menjalankan intruksinya. Karena kapasitas yang mini itulah L1 hanya memuat data yang paling sering diakses, misalnya yang berhubungan erat dengan OS dan tentunya High Priority. 2. L2 Letaknya tak lagi dekat dengan Otak komputer, L2 nempel di Mainboard berada di Cache On Stick atau yang keren disebut C O A S T. Ta p i d e n g a n perkembangan perangkat keras

5

sekarang malah L2 ada yang langsung terintregasi dengan procesor module dan beberapa mainboard juga menyediakannya. Tapi ada juga bentuk lain L2 yang mirip Memory Module sehingga bisa diganti-ganti sesuai mainboard yang digunakan. Menilik dari sisi kapasita, L2 tentu memiliki lebih banyak ruang dengan manampung 256 Kb dab baru-baru ini dikembangkan hingga mencapai angka 2MB. Bisanya yang berukuran kapasitas lebih besar lebih digunakan untuk komputer server, tidak jauh berbeda dengan rifalnya, L1 maka L2 inipun memilik kemampuan berlari hingga satuan ns. Perlu dicatat L2 bakal menang jika diadu cepat dengan RAM. Sedangkan Cache adalah penyimpanan data secara sekunder dan berupa data-data yang sering diakses. Implementasinya dapat berupa bagian khusus dari memory komputer atau media penyimpanan

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

L1 & L2 Cache

tersendiri yang memiliki kecapatan sangat tinggi. Pada dasarnya sistem kerja cahce adalah adalah dengan menyalin data dari aslinya kemudian ia menyimpannya di tempat lain, data tersebutlah yang nanti kembali di baca cache jika kembali diakses, cache tidak perlu mencari-cari data tersebut di memory utama. Dengan sistem kerja seperti ini maka pemanggilan data lebih cepat dan kinerja komputerpun lebih efisien. Sebenarnya cache bukan hanya L1 atau L2, tapi bisa juga L3 dan seterusnya dan dizaman sekarang malah kepasitasnya lebih flesibel hingga ukuran 32 MB.

6

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

RISC & CISC

RISC & CISC Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer adalah kempanjangan dari CISC. CISC sendiri adalah salah satu bentuk arsitektur yang menjalan set intruksi dan tiap intruksi dapat mejalankan beberapa intruksi tingkat rendah. Misalnya intruksi tingakt rendah tersebut adalah operasi aritmetika, penyimpananpengambilan dari memory dll. Dari karakteristiknya, CISC ini sangat berbeda dengan RISC bahkan bisa dikategorikan bertolak belakang. CISC banyak digunakan di AMD CPU dan Intel. CISC memang memiliki instruksi yang complex dan memang dirasa berpengaruh pada kinerjanya yang lebih lambat. Mungkin sudah jadi takdir bagi CISC yang selalu ingin harware berkembang jauh lebih cepat ketimbang software maka CISC menawarkan set intruksi yang powerful, kuat, tangguh, maka tak heran jika CISC memang hanya mengenal bahasa asembly yang sebenarnya ia tujukan bagi para programmer. Karena intruksi yang ia usung bersigat komplek, maka ia hanya memerlukan sedikit intruksi untuk berjalan. Reduced Instruction Set Computer tak lain adalah kepanajangan dari RISC.RISC lahir pada pertengahan tahun 1980, kelahirannya ini dilatar belakangi untuk CISC. Perbedaan mencolok dari kelahiran RISC ini adalah tidak ditemui pada dirnya bahas intruksi assmbly atau yang dikenal dengan bahasa mesin sedangakan itu banyak sekali dijumpai di CISC. Terang saja Chip RISC ini banyak sekali digunakan pada komputer Apel,

7

sekali lagi sangat bertolak dengan CISC yang digemari Intel. RISC juga mengklain dirinya lebih depat karena memang menggunakan intruksi yang sederhana sekaligus mulai mematikan pamor CISC yang memang memiliki intruksi comolex dan lebih lambat. Karena intrusi sederhana itulah maka RISC membuthkan sedikit transistor, ini keuntungan bagi para prodensen karena dapat memproduksinya secara murah dan dengan desain yang lebih mudah tidak rumit.

Lalu mana yang lebih bagus, kebanyakan bilang CISC lebih bagus ketimbang RISC ? jawabannya ada pada kebutuhan Anda masing-masing dan komputer mana yang Anda gunakan, apakah AMD, Intel atau Aple. Perang CISC versus RISC sudah dimulai sejak 1974 ketika IBM mengembangkan prosesor 801 RISC. Argumen yang dipakai waktu itu adalah berbagai pertanya mengapa diperlukan instruksi yang kompleks? Toh sebenernya intruksi yang komplek tetap bisa dijalankan oleh intruksi-intruksi yang lebih sederhana selain karena intruksi yang komplek

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

RISC & CISC

juga berpengaruh pada kecepatan. Maka kesimpulan sementara yang diperolah adalah sebenarnya tak diperlukan intruksi komplek pada procesor. Pada masa itu bahasa tingkat tinggi seperti Fortran dan kompiler lain (compiler/interpreter) sudah mulai berkembang. Apalagi saat ini compiler seperti C/C++ sudah banyak digemari dan mulai banyak digunakan. Lebih jelasnya untuk membedakana intruksi RISC dan CISC disajikan dalam gambar berikut. Sebut saja intruksi ini adalah untuk perkalian sederhana misalnya a x b=c. Program 5x10 dengan 68HC11 L

L

D

A

A

#

$

5

D

A

B

#

$

1

0

MUL

Maka didapat hasil perkalian jika dimputkan bilangan a=2 dan b=5 makan c=10. M

O

V

L

W

0

x M

O

V

1 W

F

R

0 e

g

1

M

O

V

L

W

0

x

0

5

M

O

V

W

F

R

e

g

2

CLRW LOOPADDWFReg1,CFSZReg2,1GOTOLOOP

Secara singkat perbedaaan CISC dan RISC : CISC : - lebih menekankan pada perangkat keras, sesuai dengan takdirnya untuk programer - memilik intruksi komplek - LOAD & STORAGE atau memory ke memory berkeja sama - Memiliki ukuran kode yang kecil dan kecepatannya rendah - Transistor didalamnya digunakan untuk menyimpan intruksi-intruksi bersifat komplek. RISC : - menekankan para perangkat lunak dengan sedikit transistor, - intruksi sederhana bahkan single - LOAD & STORAGE atau memory ke memory bekerja terpisah - Ukuran kode besar dan kecepatan lebih tinggi - Transistor didalamnya lebih untuk register memory.

Kotak kedua menunjukan intruksi dengan RISC. Keliahtannaya memang lebih komplek ketimbang CISC disamping karena RISC tidak memiliki bentuk perkalian yang baku. Outputnyapun sama saja dengan penjumlahan nilai 10 sebanyak 5 kali. CISC dan RISC perbedaannya tidak terlalu mencolok jika ditinjau dari sisi terminologi (bahasa). Tapi jauh dari terminologi dan telah dibahas diatsa, kedunya memiliki jauh perbedaan dari sisi arsitektur.

8

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy

Daftar Pustaka

Daftar Pustaka Stallings,William.1996. Organisasi dan Arsitektur Komputer. Jakarta :PT Prenhallindo. Tanembaum, A.S. , 1999, Organisasi Komputer Terstruktur [Edisi Terjemahan], Pearson Ed. Asia - Salemba, Jakarta. http://id.wikipedia.org/wiki/Memori_Cache [25 M e i 2 0 0 8 , 1 2 : 3 3 ] http://iwayansudana.files.wordpress.com/2008/0 4 / c a c h e - m e m o r y. p d f [ 2 5 M e i 2 0 0 8 , 12:45]kb.mozillazine.org/Browser.cache.memor y. c a p a c i t y [ 2 5 M e i 2 0 0 8 , 1 2 : 2 5 ] http://id.wikipedia.org/wiki/Memori_komputer [ 2 7 M e i 2 0 0 8 , 1 2 : 2 5 ] http://en.wikipedia.org/wiki/Cache [27 Mei 2008, 12:25] Dan dari berbagai sumber.

9

PIPELINE, SUPERSCALAR, L1 & L2 CHACE, RISC & CISC Budi Fajar S - Dedy