Arsitektur RISC dan CISC

Ditinjau dari jenis set instruksinya, ada 2 jenis arsitektur komputer, yaitu:
1. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang sederhana (Reduced Instruction Set Computer = RISC)
2. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang rumit (Complex Instruction Set Instruction Computer = CISC)

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 compiler bahasa pemrograman tingkat tinggi. Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin.

Konsep RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih efisien dalam
penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan kinerja program yang ditulis
dalam bahasa tingkat tinggi. 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.

Eksekusi Instruksi
Waktu eksekusi dapat dirumuskan sebagai berikut :
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 variabel di atas. Arsitektur CISC berusaha menurunkan nilai N, sedangkan Arsitektur RISC berusaha menurunkan nilai S dan T.

RISC (Reduced Instruction Set Computer)
RISC adalah singkatan dari Reduced Instruction Set Computer yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit. Karena perbedaan keduanya ada pada kata set instruksi yang kompleks atau sederhana (reduced).
Konsep RISC pertama kali dikembangkan oleh IBM pada era 1970-an. Komputer pertama yang menggunakan RISC adalah komputer mini IBM 807 yang diperkenalkan pada tahun 1980. Dewasa ini, RISC digunakan pada keluarga processor buatan Motorola (PowerPC) dan SUN Microsystems (Sparc, UltraSparc).
RISC dikembangkan melalui seorang penelitinya yang bernama John Cocke, beliau menyampaikan bahwa sebenarnya kekhasan dari komputer tidaklah menggunakan banyak instruksi, namun yang dimilikinya adalah instruksi yang kompleks yang dilakukan melalui rangkaian sirkuit.
Pada desain chip mikroprosesor jenis ini, pemroses diharapkan dapat melaksanakan perintah-perintah yang dijalankannya secara cepat dan efisien melalui penyediaan himpunan instruksi yang jumlahnya relatif sedikit, dengan mengambil perintah-perintah yang sangat sederhana, akibatnya arsitektur RISC membatasi jumlah instruksinya yang dipasang ke dalam mikroprosesor tetapi mengoptimasi setiap instruksi sehingga dapat dilaksanakan dengan cepat.
Dengan demikian instruksi yang sederhana dapat dilaksanakan lebih cepat apabila dibandingkan dengan mikroprosesor yang dirancang untuk menangan susunan instruksi yang lebih luas.
Dengan demikian chip RISC hanya dapat memproses instruksi dalam jumlah terbatas, tetapi instruksi ini dioptimalkan sehingga cepat dieksekusi. Meski demikian, bila harus menangani tugas yang kompleks, instruksi harus dibagi menjadi banyak kode mesin, terutama sebelum chip RISC dapat menanganinya. Karena keterbatasan jumlah instruksi yang ada padanya, apabila terjadi kesalahan dalam pemrosesan akan memudahkan dalam melacak kesalahan tersebut.

Beberapa elemen penting pada arsitektur RISC :
- Set instruksi yang terbatas dan sederhana
- Register general-purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan
- Teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian registernya
- Penekanan pada pengoptimalan pipeline instruksi
Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sebagai berikut:
- Operasi-operasi yang dilakukan:
Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori
- Operand-operand yang digunakan:
Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akan menentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya
- Pengurutan eksekusi:
Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline
Implikasi
Hasil-hasil penelitian secara umum dapat dinyatakan bahwa terdapat tiga buah elemen yang menentukan karakter arsitektur RISC
- Pertama, penggunaan register dalam jumlah yang besar. Hal ini dimaksudkan untuk
mengoptimalkan pereferensian operand
- Kedua, diperlukan perhatian bagi perancangan pipeline instruksi. Karena tingginya proporsi instruksi pencabangan bersyarat dan prosedur call, pipeline instruksi yang bersifat langsung dan ringkas akan menjadi tidak efisien
- Ketiga, terdapat set instruksi yang disederhanakan (dikurangi)
Keinginan untuk mengimplementasikan keseluruhan CPU dalam keping tunggal akan
merupakan solusi Reduced Instruction Set.
Ciri-ciri RISC :
- Instruksi berukuran tunggal Ukuran yang umum adalah 4 byte
- Jumlah mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah
- Tidak terdapat pengalamatan tak langsung
- Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori)

CISC (Complex Intruction Set Computer)
CISC adalah singkatan dari Complex Intruction Set Computer dimana prosessor tersebut
memiliki set instruksi yang kompleks dan lengkap. Contoh-contoh prosesor CISC adalah System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola 68000 , dan CPU AMD dan Intel x86.CISC memang memiliki instruksi yang complex dan memang dirasa berpengaruh pada kinerjanya yang lebih lambat. 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. Oleh karena itu ,CISC hanya memerlukan sedikit instruksi untuk berjalan.
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.
Jadi sebenarnya tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin.