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.
Sistem mikrokontroler selalu terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perangkat lunak ini merupakan deretan perintah atau instruksi yang dijalankan oleh prosesor secara sekuensial. Instruksi itu sendiri sebenarnya adalah bit-bit logik 1 atau 0 (biner) yang ada di memori program. Angka-angka biner ini jika lebarnya 8 bit disebut byte dan jika 16 bit disebut word. Deretan logik biner inilah yang dibaca oleh prosesor sebagai perintah atau instruksi. Supaya lebih singkat, angka biner itu biasanya direpresentasikan dengan bilangan hexa (HEX). Tetapi bagi manusia, menulis program dengan angka biner atau hexa sungguh merepotkan. Sehingga dibuatlah bahasa assembler yang direpresentasikan dengan penyingkatan kata-kata yang cukup dimengerti oleh manusia.
Bahasa assembler ini biasanya diambil dari bahasa Inggris dan presentasinya itu disebut dengan Mnemonic. Masing-masing pabrik mikroprosesor melengkapi chip buatannya dengan set instruksi yang akan dipakai untuk membuat program.
Biner Hexa Mnemonic
10110110 B6 LDAA ...
10010111 97 STAA ...
01001010 4A DECA ...
10001010 8A ORAA ...
00100110 26 BNE ...
00000001 01 NOP...
01111110 7E JMP ...
*) Sebagian set instruksi 68HC11
Pada awalnya, instruksi yang tersedia amat sederhana dan sedikit. Kemudian desainer mikroprosesor berlomba-lomba untuk melengkapi set instruksi itu selengkap-lengkapnya. Jumlah instruksi itu berkembang seiring dengan perkembangan desain mikroprosesor yang semakin lengkap dengan mode pengalamatan yang bermacam-macam. Mikroprosesor lalu memiliki banyak instruksi manipulasi bit dan seterusnya dilengkapi dengan instruksi-instruksi aritmatik seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Seperti contohnya 68HC11 banyak sekali memiliki set instruksi untuk percabangan seperti BNE, BLO, BLS, BMI, BRCLR, BRSET dan sebagainya.
Perancang mikroprosesor juga memperkaya ragam instruksi tersebut dengan membuat satu instruksi tunggal untuk program yang biasanya dijalankan dengan beberapa intruksi. Misalnya pada 80C51 untuk contoh program berikut ini:
LABEL: ...
...
DEC R0
MOV A,R0
JNZ LABEL
*) Program 'decrement' 80C51
Program ini adalah program pengulangan yang mengurangi isi register R0 sampai register R0 menjadi kosong (nol). Intel menambah set instruksinya dengan membuat satu instruksi khusus untuk keperluan seperti ini:
LABEL: ....
DJNZ R0,LABEL
*) Instruksi 'decrement jump not zero' 80C51
Kedua contoh program ini hasilnya tidak berbeda. Namun demikian, instruksi kompleks seperti DJNZ mempermudah pembuat program. Set instruksi yang lengkap diharapkan akan semakin membuat pengguna mikroprosesor leluasa menulis program dalam bahasa assembler yang mendekati bahasa pemrograman level tinggi. Intel 80C51 yang dikembangkan dari basis prosesor 8048 dirilis pada tahun 1976 memiliki tidak kurang dari 111 instruksi. Tidak ketinggalan, 68HC11 dari Motorola yang populer di tahun 1984 dilengkapi dengan 145 instruksi. Karena banyak dan kompleksnya instruksi yang dimiliki 68HC11 dan 80C51, kedua contoh mikrokontroler ini disebut sebagai prosesor CISC.
Untuk melihat bagaimana perbedaan instruksi RISC dan CISC, mari kita lihat bagaimana keduanya melakukan perkalian misalnya c = a x b. Mikrokontroler 68HC11 melakukannya dengan program sebagai berikut:
LDAA #$5
LDAB #$10
MUL
*) Program 5x10 dengan 68HC11
Cukup tiga baris saja dan setelah ini accumulator D pada 68HC11 akan berisi hasil perkalian dari accumulator A dan B, yakni 5 x 10 = 50. Program yang sama dengan PIC16CXX, adalah seperti berikut ini:
MOVLW 0x10
MOVWF Reg1
MOVLW 0x05
MOVWF Reg2
CLRW
LOOP: ADDWF Reg1,0
CFSZ Reg2,1
GOTO LOOP
…
…
*) Program 5x10 dengan PIC16CXX
Prosesor PIC16CXX yang RISC ini, tidak memiliki instruksi perkalian yang khusus. Tetapi perkalian 5x10 itu sama saja dengan penjumlahan nilai 10 sebanyak 5 kali. Kelihatannya membuat program assembly dengan prosesor RISC menjadi lebih kompleks dibandingkan dengan prosesor CISC. Tetapi perlu diingat, untuk membuat instruksi yang kompleks seperti instruksi MUL dan instruksi lain yang rumit pada prosesor CISC, diperlukan hardware yang kompleks juga. Dibutuhkan ribuan gerbang logik (logic gates) transistor untuk membuat prosesor yang demikian. Instruksi yang kompleks juga membutuhkan jumlah siklus mesin (machine cycle) yang lebih panjang untuk dapat menyelesaikan eksekusinya. Instruksi perkalian MUL pada 68HC11 memerlukan 10 siklus mesin dan instruksi pembagiannya memerlukan 41 siklus mesin.
Sebagai perbandingan jumlah instruksi pada prosesor RISC, COP8 hanya dilengkapi dengan 58 instruksi dan PIC12/16CXX hanya memiliki 33 instruksi saja. Untuk merealisasikan instruksi dasar yang jumlah tidak banyak ini, mikroprosesor RISC tidak memerlukan gerbang logik yang banyak. Karena itu dimensi dice IC dan konsumsi daya prosesor RISC umumnya lebih kecil dibanding prosesor CISC. Bukan karena kebetulan, keluarga mikrokontroler PICXX banyak yang dirilis ke pasar dengan ukuran mini. Misalnya PIC16C54s adalah mikrokontroler DIP 18 pin.
Sekarang kita akan membandingkan lamanya eksekusi program persamaan y=ax2 + bx + c dengan memperlihatkan proses-proses yang terjadi didalamnya. Dibawah ini akan ditampilkan program dengan intruksi RISC dan CISC:
Program CISC dengan 80C51:
MOV A, VAR_a à IF De DF E
MOV B, VAR_x à IF De DF E
MUL AB à IF De E
MOV B, VAR_x à IF De DF E
MUL AB à IF De E
MOV R0, A à IF De E
MOV A, VAR_b à IF De DF E
MOV B, VAR_x à IF De DF E
MUL AB à IF De E
ADD A, R0 à IF De E
ADD A, VAR_c à IF De DF E
MOV VAR_y, A à IF De E S
*) Program diatas diasumsikan nilai y-nya tidak akan lebih dari 1 byte.
Program RISC dengan PIC16CXX:
MOVF VAR_x, 0 à IF De E
MOVWF VAR_temp à IF De E S
MOVWF VAR_temp2 à IF De E S
CLRW à IF De E
LOOP: ADDWF VAR_a,0 à IF De E
CFSZ VAR_temp,1 à IF De E
CFSZ VAR_temp2,1 à IF De E
GOTO LOOP à IF De E
MOVWF VAR_ax2 à IF De E S
CLRW à IF De E
(1) (2) (1) (2)
LOOP2:ADDWF VAR_b, 0 à IF De E
CFSZ VAR_temp,1 à IF De E
GOTO LOOP2 à IF De E
ADDWF VAR_ax2, 0 à IF De E
ADDWF VAR_c, 0 à IF De E
MOVWF VAR_y à IF De E S
*) Prosesor RISC ini mempunyai RAM yang sebenarnya adalah merupakan register. Jadi, tidak memerlukan Data Fetch (DF) untuk proses pengambilan data dalam prosesor ini. Asumsi VAR_temp dan VAR_temp2 adalah 1 sehingga tidak terjadi looping.
Dengan beranggapan bahwa Instruction Fetch (IF), Data Fetch (DF), dan Store (S) membutuhkan waktu yang jauh lebih lama dari Decode (De) dan Execute (E) maka dapat diperhitungkan waktu yang dibutuhkan tiap prosesor jika x=1:
CISC dengan 8051:
12(IF) + 12(De) + 6(DF) + 12(E) + 1(S) à (parameter waktu: A >>> B)
maka waktu yang dibutuhkan,
A(12+6+1) + B(12+12) ≈ 19A + 24B
RISC dengan PIC16CXX:
Dengan mengambil waktu terlama dari tiap cycle-nya maka waktu yang dibutuhkan, misal jika dalam suatu cycle (menurun dalam satu kolom) terdapat IF, De, E, S; yang dalam waktu dapat ditulis A, B, B, A maka yang diambil adalah A (waktu terlama). Kedua A tidak dijumlah karena bekerja dalam sistem pipeline, yang dapat dilakukan secara bersamaan dalam satu cycle (syarat: dalam sistem ini tidak boleh ada proses yang sama pada satu cycle). Sehingga waktu yang dibutuhkan,
A(16+1) + B(1+1) ≈ 17A + 2B
Dari hasil diatas dapat dilihat bahwa walaupun program dengan instruksi RISC lebih panjang daripada program dengan instruksi CISC. Namun lama waktu yang dibutuhkan RISC untuk menjalankan program dan mendapatkan hasil akhir yang diinginkan, jauh lebih singkat dibandingkan dengan CISC. Dengan begitu, terbukti sudah bahwa prosesor RISC mampu beroperasi lebih cepat dibandingkan dengan prosesor CISC.
RISC (Apple) versus CISC (Intel) adalah topic yang cukup populer ketika diperbincangkan di Net. CISC (sisk-red), merupakan kepanjangan dari Complex Instruction Set Computer. Kebanyakan PC menggunakan CPU berdasarkan arsitektur CISC ini, seperti contoh AMD CPU dan Intel. Chip CISC memiliki jumlah chip yang berbeda dan instruksi yang complex. Filosofi CISC berada di balik hardware yang selalu lebih cepat berkembang dibanding software. Untuk itu, diperlukan set instruksi yang powerful, yang dapat menyediakan programmer, beberapa instruksi assembly dengan program pendek. Pada umumnya, chip CISC berjalan lebih lambat per instruksi dibandingkan RISC, namun menggunakan sedikit instruksi ketimbang RISC.
RISC (risk-red), merupakan kepanjangan dari Reduced Instruction Set Computer. Chip RISC dibangun mulai pertengahan tahun 1980 sebagai pengganti chip CISC. Filosofi RISC berada dalam tidak satu pun chip yang menggunakan bahasa instruksi assembly yang complex, seperti yang digunakan di CISC. Contoh penggunaan chip RISC adalah pada CPU Apple. Untuk itulah, instruksi yang simple dan lebih cepat akan lebih baik daripada besar, complex dan lambat seperti CISC. Keuntungan RISC lainnya karena adanya instruksi yang simple, maka chip RISC hanya memiliki beberapa transistor, yang akan membuat RISC mudah didesain dan murah untuk diproduksi untuk menulis compiler yang powerful.
RISC memberikan kemudahan di hardware, namun lebih kompleks di software. Pengembang software di RISC harus menulis banyak line untuk task yang sama. Oleh karena itu, desain arsitektur RISC mungkin bukan yang terbaik di masa depan, setelah kemunculan chip CISC yang lebih cepat dan lebih murah. Namun, RISC telah eksis lebih dari 10 tahun dan telah menghantam pasar CISC. Menurut tomax7.com, sekitar 75 persen processor berbasis arsitektur CISC, dan kebanyakan dari mereka adalah standard x86. Namun, sekarang ini chip RISC juga memiliki instruksi yang banyak, hampir sama dengan chip CISC. Sebagai contoh, PowerPC 601 berbasis arsitektur RISC, support lebih banyak instruksi dibandingkan Pentium yang menggunakan chip CISC. (h_
Tidak ada komentar:
Posting Komentar