Archive for Juni 2014

MIKROPROSESOR , ARSITEKTUR KOMPUTER DAN DESAIN CPU


.

MIKROPROSESOR

Definisi
Sebuah mikroprosesor (sering dituliskan: µP atau uP) adalah sebuah central processing unit (CPU) elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi semikonduktor. Prosesor adalah chip yang sering disebut “Microprosessor” yang sekarang ukurannya sudah mencapai gigahertz. Ukuran tersebut adalah hitungan kecepatan prosesor dalam mengolah data atau informasi. Merk prosesor yang banyak beredar dipasatan adalah AMD, Apple, Cyrix VIA, IBM, IDT, dan Intel.

Sejarah
Pertama kali Mikroprosesor dikenalkan pada tahun 1971 oleh Intel Corp, yaitu Mikroprosesor Intel 4004 yang mempunyai arsitektur 4 bit. Dengan penambahan beberapa peripheral (memori, piranti I/O, dsb) Mikroprosesor 4004 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel. Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8080 (berasitektur 8bit), 8085, dan kemudian 8086 (berasitektur 16bit).

karakteristik penting dari mikroprosesor :
  1. Ukuran bus data internal (internal data bus size): Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakan jumlah bit yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor. 
  2. Ukuran bus data eksternal (external data bus size): Jumlah saluran yang digunakan untuk transfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor. 
  3. Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung. 
  4. Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja mikroprosesor. 
  5. Fitur-fitur spesial (special features): Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.


ARSITEKTUR KOMPUTER

Definisi

Arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue Gene, dll.

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.

Arsitektur komputer ini paling tidak mengandung 3 sub-kategori:
  1. Set instruksi (ISA) 
  2. Arsitektur mikro dari ISA
  3. Sistem desain dari seluruh komponen dalam perangkat keras komputer ini.  



PROSES DESAIN CPU
  1. Mendeskripsikan RTN , pada tahap ini setiap instruction set didefinisikan secara jelas dengan menggunakan register transfer notation.
  2. Menentukan Data Path , data path adalah koleksi/kumpulan register tambahan dan register penghubung yang diperlukan dalam proses pengeksekusian suatu instruksi, yang termasuk dalam instruction set, secara keseluruhan. Pada tahap menentukan data path ini, penggunaan RTN akan sangat diperlukan untuk menjelaskan langkah-langkah yang terjadi dalam proses pengeksekusian masing-masing instruksi. Pada tahap ini kita juga harus membuat asumsi tentang bagaimana komponen-komponen hardware bekerja. Kumpulan asumsi-asumsi yang dibuat akan dijadikan spesifikasi bagi disain logika dari perangkat keras data path.
  3. Mendesain perangkat keras, sesuai dengan spesifikasi data path. Untuk melaksanakan tahap ini, desainer harus memikirkan sinyal-sinyal kontrol yang harus di-generate agar suatu langkah dalam urutan proses pengeksekusian suatu instruksi dapat berlangsung, seperti "strobe" untuk me-load register ke bus, dsb.
  4.  Membuat Control Unit yang akan menghasilkan dan mengatur sinyal-sinyal kontrol dalam urutan yang tepat sehingga langkah-langkah dalam urutan proses pengeksekusian instruksi dapat berlangsung dengan benar.
Hal yang harus dipahami dan diingat dengan baik dalam keseluruhan proses desain CPU adalah bahwa setiap langkah menghasilkan spesifikasi-spesifikasi yang harus dipenuhi pada langkah selanjutnya.

Sumber :



 

ARSITEKTUR Complex Intruction Set Computer ( CISC)


.


Definisi

Cisc Complex instruction-set computing  atau Complex Instruction-Set Computer (‘Kumpulan instruksi komputasi kompleks´) adalah sebuah arsitektur dari set instruksi dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memory, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya didalam sebuah instruksi.

Sejarah
Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik", yaitu bagaimana cara itil membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi "level tinggi" seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik CISC yg "sarat informasi" ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program 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.
Memang setelah itu banyak desain yang memberikan hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya tidaklah selalu demikian. Contohnya, arsitektur kompleks yang didesain dengan kurang baik (yang menggunakan kode-kode mikro untuk mengakses fungsi-fungsi hardware), akan berada pada situasi di mana akan lebih mudah untuk meningkatkan performansi dengan tidak menggunakan instruksi yang kompleks (seperti instruksi pemanggilan procedure), tetapi dengan menggunakan urutan instruksi yang sederhana.
Satu alasan mengenai hal ini adalah karena set-set instruksi level-tinggi, yang sering disandikan (untuk kode-kode yang kompleks), akan menjadi cukup sulit untuk diterjemahkan kembali dan dijalankan secara efektif dengan jumlah transistor yang terbatas. Oleh karena itu arsitektur-arsitektur ini memerlukan penanganan yang lebih terfokus pada desain prosesor. Pada saat itu di mana jumlah transistor cukup terbatas, mengakibatkan semakin sempitnya peluang ditemukannya cara-cara alternatif untuk optimisasi perkembangan prosesor. Oleh karena itulah, pemikiran untuk menggunakan desain RISC muncul pada pertengahan tahun 1970 (Pusat Penelitian Watson IBM 801 - IBMs)
Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor-prosesor sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan penyimpanan/pengambilan data dari RISC). Prosesor-prosesor modern x86 juga telah menyandikan dan membagi lebih banyak lagi instruksi-instruksi kompleks menjadi beberapa "operasi-mikro" internal yang lebih kecil sehingga dapat instruksi-instruksi tersebut dapat dilakukan secara paralel, sehingga mencapai performansi tinggi pada subset instruksi yang lebih besar.


Tujuan
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 instruksi-nya cukup satu saja.Satu kelebihan dari system ini adalah kompailer hanya menerjemahkan instruksi-instruksi bahasa tingkat-tinggi ke dalam sebuah bahasa mesin. Karena panjang kode instruksi relatif pendek,hanya sedikit saja dari RAM yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut.

Contoh-contoh prosesor CISC
System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola 68000 , danCPU AMD dan Intel x86.

Keuntungan

  1. Jumlah instruksi dalam sebuah program (terkompilasi) lebih sedikit, hal tersebut bias mengurangi harga system. 
  2. Waktu yang digunakan CPU untuk mengambilan(fetching) instruksi lebih sedikit, sehingga bias mengurangi waktu eksekusi program

Kelemahan

  1. Komplesitas CPU : desain unit control ( utamanya pendekodean instruksi) menjadi kompleks karena mempunyai set instruksi yang besar. 
  2. Ukuran system dan biaya : mempunyai banyak sirkuit hardware yang menyebabkan CPU menjadi kompleks. Hal ini meningkatkan biaya hardware pada system dan juga kebutuhan daya listrik. 
  3. Kecepatan waktu : karena sirkuit yang besar maka progagation delay lebih besar dan waktu siklus CPU  yang besar sehingga kecepatan waktu efektif menurun. 
  4. Keandalan : dengan hardware yang besar maka cenderung mudah menjadi kegagalan.
Sumber :
elib.unikom.ac.id/download.php?id=109265
http://id.wikipedia.org/wiki/CISC

Reduce Instruction Set Computer (R ISC)


.



Sejarah

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.

 

Definisi

RISC adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computing (komputasi set intruksi yang disederhanakan), kata “reduced” berarti pengurangan pada set instruksinya. RISC merupakan rancangan arsitektur CPU yang mengambil dasar filosofi bahwa prosesor dibuat dengan arsitektur yang tidak rumit dengan membatasi jumlah instruksinya hanya pada instruksi dasar yang diperlukan saja. Sengan kata lain RISC adalah arsitektur komputerdengna kumpulan perintah (instruksi) yang sederhana. tetapi dalam kesederhanaan tersebut didapatkan kecepatan instruksimya.

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.




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 instruksiLebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan tinjauan singkattentang karakteristik eksekusi instruksi.  
    Konsep RISC
    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 dari pada waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang rumit. Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. Salah satu contoh adalah IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC.

    Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sebagai berikut :
    1. Operasi-operasi yang dilakukan:Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori.
    2. Operand-operand yang digunakan:Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akan menentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya. 
    3. Pengurutan eksekusi:Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline
        Ciri - ciri RISC:
        1. Instruksi berukuran tunggal Ukuran yang umum adalah 4 byte.
        2. Pengurutan eksekusi:Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline.
        3. Jumlah mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah.
        4. Tidak terdapat pengalamatan tak langsung.
        5. Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika(misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori  
          Kelebihan
          1. 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 harusmenemukan kasus-kasus yang sesuai dengan konsepnya. Pekerjaanmengoptimalkan kode yang dihasilkan untuk meminimalkan ukuran kode,mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining jauh lebihmudah apabila menggunakan RISC disbanding menggunakan CISC. 
          2. Arsitektur RISC yang mendasari PowerPC memiliki kecenderungan lebihmenekankan pada referensi register dibanding referensi memori, dan referensi register memerlukan bit yang lebih sedikit sehingga memiliki akses eksekusiinstruksi lebih cepat. 
          3. Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan setinstruksi dan menyederhanakan unit kontrol serta pengoptimasian register akanmenyebabkan operand-operand yang sering diakses akan tetap beradadipenyimpan berkecepatan tinggi. 
          4. Penggunaan mode pengalamatan dan format instruksi yang lebih sederhana
          Sumber :
          http://id.wikipedia.org/wiki/RISC
          hengky.student.esaunggul.ac.id/files/2013/01/Penjelasan-RISC.pdf