Arsitektur Set Intruksi

Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.

Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatan

Pada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang paling panjang.

Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:

1. Operation code (op code)
2. Source operand reference
3. Result operand reference
4. Xext instruction preference

Format instruksi (biner):

Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.

Beberapa simbolik instruksi:

ADD               : Add (jumlahkan)

SUB                : Subtract (Kurangkan)

MPY/MUL     : Multiply (Kalikan)

DIV                 : Divide (Bagi)

LOAD             : Load data dari register/memory

STOR              : Simpan data ke register/memory

MOVE             : pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain

SHR                : shift kanan data

SHL                : shift kiri data .dan lain-lain

Cakupan jenis instruksi:

Data processing           : Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT,    SHR, dsb);     konversidata

Data storage (memory)  : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)

Data movement              : Input dan Output ke modul I/O

Program flow control    : JUMP, HALT, dsb.

Bentuk instruksi:

-          Format instruksi 3 alamat

Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamt hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.

Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
SUB Y, A, B              Y := A – B
MPY T, D, E               T := D × E
ADD T, T, C               T := T + C
DIV Y, Y, T               Y:= Y / T
Memerlukan 4 operasi

-          Format instruksi 2 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.

Contoh :
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
MOVE Y, A               Y := A
SUB Y, B                   Y := Y – B
MOVE T, D                T := D
MPY T, E                    T := T × E
ADD T, C                   T := T + C
DIV Y, T                    Y:= Y / T
Memerlukan 6 operasi

-          Format instruksi 1 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator, missal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC:= AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan satu  register, tapi panjang program semakin bertambah.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
LOAD D                     AC := D
MPY E                        AC := AC × E
ADD C                       AC := AC + C
STOR Y                      Y := AC
LOAD A                     AC := A
SUB B                        AC := AC – B
DIV Y                                     AC := AC / Y
STOR Y                      Y := AC
Memerlukan 8 operasi

-          Format instruksi 0 alamat
Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.

Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
PUSH A                      S[top] := A
PUSH B                      S[top] := B
SUB                            S[top] := A – B
PUSH C                      S[top] := C
PUSH D                      S[top] := D
PUSH E                      S[top] := E
MPY                           S[top] := D × E
ADD                           S[top] := C + S[top]
DIV                             S[top] := (A – B) /S[top]
POP Y                         Out := S[top]
Memerlukan 10 operasi

Set instruksi pada CISC:

Berikut ini merupakan karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC

Perbandingan set instruksi

Beberapa computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan cara implist dalam menentukan mode addressing pada setiap set instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan mode addressing berada terpisah.

Data pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah mode addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6 bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat dua.

ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)

* Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan

* Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan

* Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan

* Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai. Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:

• Main or Virtual Memory
• CPU Register
• I/O Device

DESAIN SET INSTRUKSI

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

1. Kelengkapan set instruksi
2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:

1. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
2. Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
3. Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand

FORMAT INSTRUKSI 

* Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).

OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND 

* Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
* Characters : – ASCII – EBCDIC
* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

JENIS INSTRUKSI 

* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* Control: Test and branch instructions

TRANSFER DATA 

* Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
* Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
* Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
* Menetapkan mode pengalamatan.
* Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :
a. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
b. Apabila memori dilibatkan :
1. Menetapkan alamat memori.
2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3. Mengawali pembacaan / penulisan memori

Operasi set instruksi untuk transfer data :
* MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
* STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.
* LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
* EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
* CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.
* SET : memindahkan word 1 ke tujuan.
* PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.
* POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber

ARITHMETIC

Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :

1. Transfer data sebelum atau sesudah.
2. Melakukan fungsi dalam ALU.
3. Menset kode-kode kondisi dan flag.

Operasi set instruksi untuk arithmetic :
1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE
2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE
3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT
4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL

* Tindakan CPU sama dengan arithmetic
* Operasi set instruksi untuk operasi logical :
1. AND, OR, NOT, EXOR
2. COMPARE : melakukan perbandingan logika.
3. TEST : menguji kondisi tertentu.
4. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.
5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.

CONVERSI

Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical.
* Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.
* Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.
* Operasi set instruksi untuk conversi :
1. TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.
2. CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

INPUT / OUPUT 

* Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :
1. Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.
2. Mengawali perintah ke modul I/O

* Operasi set instruksi Input / Ouput :
1. INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan
2. OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O
3. START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O
4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL

* Tindakan CPU untuk transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

* Operasi set instruksi untuk transfer control :
1. JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
2. JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.
3. JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.
4. RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
5. EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
6. SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.
7. SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan
8. HALT : menghentikan eksekusi program.
9. WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi
10. NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

CONTROL SYSTEM 

* Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam keadaan khusus tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program yang berada dalam area khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi. * Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.

JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF ADDRESSES) 

* Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya.
* Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :
1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)
2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)

Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
4. M + N – Address Instruction

Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register
1. Memori To Register Instruction
2. Memori To Memori Instruction
3. Register To Register Instruction

ADDRESSING MODES

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack

Sumber :

http://imahmaulana.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-pengalamatan.html

http://kecoa-coklat.blogspot.com/2012/11/set-instruksi_6354.html

http://jovanangga.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan.html

Klasifikasi dan Kualifikasi Arsitektur Komputer

1. A.    PENGERTIAN ARSITEKTUR KOMPUTER

Arsitektur komputer  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. Dalam bidang teknik komputer, 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).

Di antara demikian banyak pemahaman tentang arsitektur, arsitektur dikenal juga sebagai suatu tradisi yang berkembang. Dari waktu ke waktu wajah arsitektur selalu mengalami perubahan. Hal-hal yang mempengaruhi perkembangan dan pengembangan arsitektur tidak hanya berupa keadaan eksternal, tetapi juga keadaan internal. Disini kita membahas mengenai evolusi arsitektur pada komputer. Arsitektur dari komputer sendiri merupakan suatu susunan atau rancangan dari komputer tersebut sehingga membentuk suatu kesatuan yang dinamakan komputer. Komputer sendiri berevolusi dengan cepat mulai dari generasi pertama hingga sekarang. Evolusi sendiri didasarkan pada fungsi atau kegunaanya dalam kehidupan. Evolusi pada komputer sendiri ada karena keinginan atau hal yang dibutuhkan manusia itu sendiri. Sekarang ini komputer sudah dapat melakaukan perintah yang sulit sekalipun tidak seperti dulu yang hanya bisa melakukan yang sederhana saja. Itulah yang dinamakan evolusi arsitektur yaitu perubahan bentuk juga fungsi dan kemampuannya.

B.     KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER

1.      Arsitektur Von Neumann

Arsitektur von Neumann (atau Mesin Von Neumann) adalah arsitektur yang diciptakan oleh John von Neumann (1903-1957). Arsitektur ini digunakan oleh hampir semua komputer saat ini. Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama: Unit Aritmatika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian ini dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”.

Pada perkembangan komputer modern, setiap prosesor terdiri dari atas :

1. Arithmetic and Logic Unit  (ALU)

Arithmatic and Logic Unit atau Unit Aritmetika dan Logika berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan logika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU menjalankan operasi penambahan,  pengurangan, dan operasi-operasi sederhana lainnya pada input-inputnya dan memberikan hasilnya pada register output.

1. Register.

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang  mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang  digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang  sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggugiliran untukdiproses masihdisimpan yang menunggugiliran untukdiproses masihdisimpan di dalam memori utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya.

1. Control Unit

Control Unit atau Unit Kontrol berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Unit kendali akan mengatur kapan alat input  menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program. Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari alat input ke memori utama dan mengambil data dari memori utama untuk diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau  perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim  instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data  dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk  disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.

1. Bus

Bus adalah sekelompok lintasan sinyal yang digunakan untuk menggerakkan bit-bit informasi dari satu tempat ke tempat lain, dikelompokkan menurut fungsinya Standar bus dari suatu sistem komputer adalah bus alamat (address bus), bus data (data bus) dan bus kontrol (control bus). Komputer menggunakan suatu bus atau saluran bus sebagaimana kendaraan bus yang mengangkut penumpang dari satu tempat ke tempat lain, maka bus komputer mengangkut data. Bus komputer menghubungkan CPU pada RAM dan periferal. Semua komputer menggunakan saluran busnya untuk maksud yang sama.

1. 2.      Arsitektur RISC
   1. Pengertian RISC

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

RISC, yang jika diterjemahkan berarti “Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan”, merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. 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.

1. Karakteristik RISC

• 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
• Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control
• Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register.
• Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word.

1. Karakteristik-Karakteristik Eksekusi Instruksi

Salah satu evolusi komputer yang besar adalah evolusi bahasa pemprograman. Bahasa pemprograman memungkinkan programmer dapat mengekspresikan algoritma lebih singkat, lebih memperhatikan rincian, dan mendukung penggunaan pemprograman terstruktur, tetapi ternyata muncul masalah lain yaitu semantic gap, yaitu perbedaan antara operasi-operasi yang disediakan oleh HLL dengan yang disediakan oleh arsitektur komputer, ini ditandai dengan ketidakefisienan eksekusi, program mesin yang berukuran besar,dan kompleksitas kompiler.

Untuk mengurangi kesenjangan ini para perancang menjawabnya dengan arsitektur. Fitur-fiturnya meliputi set-set instruksi yang banyak, lusinan mode pengalamatan, dan statemen –statemen HLL yang diimplementasikan pada perangkat keras.

1. Operasi

Beberapa penelitian telah menganalisis tingkah laku program HLL (High Level Language). Assignment Statement sangat menonjol yang menyatakan bahwa perpindahan sederhana merupakan satu hal yang penting. Hasil penelitian ini merupakan hal yang penting bagi perancang set instruksi mesin yang mengindikasikan jenis instruksi mana yang sering terjadi karena harus didukung optimal.

1. Operand

Penelitian Paterson telah memperhatikan [PATT82a] frekuensi dinamik terjadinya kelaskelas variabel. Hasil yang konsisten diantara program pascal dan C menunjukkan mayoritas referensi menunjuk ke variable scalar. Penelitian ini telah menguji tingkah laku dinamik program HLL yang tidak tergantung pada arsitektur tertentu. Penelitian [LUND77] menguji instruksi DEC-10 dan secara dinamik menemukan setiap instruksi rata-rata mereferensi 0,5 operand dalam memori dan rata-rata mereferensi 1,4 register. Tentu saja angka ini tergantung pada arsitektur dan kompiler namun sudah cukup menjelaskan frekuensipengaksesan operand sehingga menyatakan pentingnya sebuah arsitektur.

1. Procedure Calls

Dalam HLL procedure call dan return merupakan aspek penting karena merupakan operasi yang membutuhkan banyak waktu dalam program yang dikompalasi sehingga banyak berguna untuk memperhatikan cara implementasi opperasi ini secara efisien. Adapun aspeknya yang penting adalah jumlah parameter dan variabel yang berkaitan dengan prosedur dan kedalaman pensarangan (nesting).

1. 3.      Arsitektur CISC
   1. Pengertian CISC

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC) “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 di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik”, yaitu bagaimana cara untuk 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.

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.

1. Karakteristik CISC

• Sarat informasi 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
• 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

1. 4.      Arsitektur Harvard

Arsitektur Havard menggunakan memori terpisah untuk program dan data dengan alamat dan bus data yang berdiri sendiri. Karena dua perbedaan aliran data dan alamat, maka tidak  diperlukan multiplexing  alamat dan bus data. Arsitektur ini tidak hanya didukung dengan bus paralel untuk alamat dan data, tetapi juga menyediakanorganisasiinternal yang  berbeda sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan ketika dan data, tetapi juga menyediakan organisasi internal yang  berbeda sedemikian rupa instruksi dapaLebih lanjut lagi, bus data bisa saja memiliki ukuran yang berbeda  dari bus alamat. Hal ini memungkinkan pengoptimalan bus data dan bus alamat dalam pengeksekusian instruksi yang cepat.t diambil dan dikodekan ketika berbagai data sedang diambil dan dioperasikan. Sebagai contoh, mikrokontroler Intel keluarga MCS-51 menggunakan arsitektur Havard karena ada perbedaan kapasitas memori untuk program dan data, dan bus terpisah (internal) untuk alamat dan data.  Begitu juga dengan keluarga PIC dari Microchip yang menggunakan arsitektur Havard.

1. 5.      Arsitektur Blue Gene

Blue Gene adalah sebuah arsitektur komputer yang dirancang untuk menciptakan beberapa superkomputer generasi berikut, yang dirancang untuk mencapai kecepatan operasi petaflop (1 peta = 10 pangkat 15), dan pada 2005 telah mencapai kecepatan lebih dari 100 teraflop (1 tera = 10 pangkat 12). Blue Gene merupakan proyek antara Departemen Energi Amerika Serikat (yang membiayai projek ini), industri (terutama IBM), dan kalangan akademi. Ada lima projek Blue Gene dalam pengembangan saat ini, di antaranya adalah Blue Gene/L, Blue Gene/C, dan Blue Gene/P.

Komputer pertama dalam seri Blue Gene. Blue Gene/L dikembangkan melalui sebuah “partnership” dengan Lawrence Livermore National Laboratory menghabiskan biaya AS$100 juta dan direncanakan dapat mencapai kecepatan ratusan TFLOPS, dengan kecepatan puncak teoritis 360 TFLOPS. Ini hampir sepuluh kali lebih cepat dari Earth Simulator, superkomputer tercepat di dunia sebelum Blue Gene. Pada Juni 2004, dua prototipe Blue Gene/L masuk dalam peringkat 500 besar superkomputer berada dalam posisi ke-4 dan ke-8.

Pada 29 September 2004 IBM mengumumkan bahwa sebuah prototipe Blue Gene/L di IBM Rochester (Minnesota) telah menyusul Earth Simulator NEC sebagai komputer tercepat di dunia, dengan kecepatan 36,01 TFLOPS, mengalahkan Earth Simulator yang memiliki kecepatan 35,86 TFLOPS. Mesin ini kemudian mencapai kecepatan 70,72.

Pada 24 Maret 2005, Departemen Energi AS mengumumkan bahwa Blue Gene/L memecahkan rekor komputer tercepat mencapai 135,5 TFLOPS. Hal ini dimungkinkan karena menambah jumlah rak menjadi 32 dengan setiap rak berisi 1.024 node komputasi. Ini masih merupakan setengah dari konfigurasi final yang direncanakan mencapai 65.536 node.

Pada 27 Oktober, 2005, Lawrence Livermore National Laboratory dan IBM mengumumkan bahwa Blue Gene/L sekali lagi telah menciptakan rekor dengan mengalahkan rekornya sendiri setelah mencapai kecepatan 280.6 TFLOPS.

C.    MODEL-MODEL KOMPUTASI ARSITEKTUR KOMPUTER

1.      SISD

Yang merupakan singkatan dari Single Instruction, Single Data adalah satu-satunya yang menggunakan arsitektur Von Neumann. Ini dikarenakan pada model ini hanya digunakan 1 processor saja. Oleh karena itu model ini bisa dikatakan sebagai model untuk komputasi tunggal. Sedangkan ketiga model lainnya merupakan komputasi paralel yang menggunakan beberapa processor. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD adalah UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP 1.

1. 2.      SIMD

Yang merupakan singkatan dari Single Instruction, Multiple Data. SIMD menggunakan banyak processor dengan instruksi yang sama, namun setiap processor mengolah data yang berbeda. Sebagai contoh kita ingin mencari angka 27 pada deretan angka yang terdiri dari 100 angka, dan kita menggunakan 5 processor. Pada setiap processor kita menggunakan algoritma atau perintah yang sama, namun data yang diproses berbeda. Misalnya processor 1 mengolah data dari deretan / urutan pertama hingga urutan ke 20, processor 2 mengolah data dari urutan 21 sampai urutan 40, begitu pun untuk processor-processor yang lain. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SIMD adalah ILLIAC IV, MasPar, Cray X-MP, Cray Y-MP, Thingking Machine CM-2 dan Cell Processor (GPU

1. 3.      MISD

Yang merupakan singkatan dari Multiple Instruction, Single Data. MISD menggunakan banyak processor dengan setiap processor menggunakan instruksi yang berbeda namun mengolah data yang sama. Hal ini merupakan kebalikan dari model SIMD. Untuk contoh, kita bisa menggunakan kasus yang sama pada contoh model SIMD namun cara penyelesaian yang berbeda. Pada MISD jika pada komputer pertama, kedua, ketiga, keempat dan kelima sama-sama mengolah data dari urutan 1-100, namun algoritma yang digunakan untuk teknik pencariannya berbeda di setiap processor. Sampai saat ini belum ada komputer yang menggunakan model MISD.

1. 4.      MIMD

Yang merupakan singkatan dari Multiple Instruction, Multiple Data. MIMD menggunakan banyak processor dengan setiap processor memiliki instruksi yang berbeda dan mengolah data yang berbeda. Namun banyak komputer yang menggunakan model MIMD juga memasukkan komponen untuk model SIMD. Beberapa komputer yang menggunakan model MIMD adalah IBM POWER5, HP/Compaq AlphaServer, Intel IA32, AMD Opteron, Cray XT3 dan IBM BG/L.

Singkatnya untuk perbedaan antara komputasi tunggal dengan komputasi paralel, bisa digambarkan pada gambar di bawah ini:

Gambar 1 : Penyelesaian Sebuah Masalah pada Komputasi Tunggal

Gambar 2: Penyelesaian Sebuah Masalah pada Komputasi Paralel

Dari perbedaan kedua gambar di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa kinerja komputasi paralel lebih efektif dan dapat menghemat waktu untuk pemrosesan data yang banyak daripada komputasi tunggal.

Dari penjelasan-penjelasan di atas, kita bisa mendapatkan jawaban mengapa dan kapan kita perlu menggunakan komputasi paralel. Jawabannya adalah karena komputasi paralel jauh lebih menghemat waktu dan sangat efektif ketika kita harus mengolah data dalam jumlah yang besar. Namun keefektifan akan hilang ketika kita hanya mengolah data dalam jumlah yang kecil, karena data dengan jumlah kecil atau sedikit lebih efektif jika kita menggunakan komputasi tunggal

Sumber : 

http://sumberbelajarangga.wordpress.com/2012/12/10/arsitektur-komputer/