PIPELINING RISC

Pipelining yaitu suatu cara yang digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap yang berbeda yang dialirkan secara kontinu pada unit pemrosesan. Dengan cara ini, maka unit pemrosesan selalu bekerja. Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan dalam sistemkomputer. Bisa pada level yang tinggi, misalnya program aplikasi, sampai pada tingkat yang rendah, seperti pada instruksi yang dijalankan oleh microprocessor. 

Prosesor Pipeline yang berputar adalah prosesor baru untuk arsitektur superscalar komputasi. Ini didasarkan pada cara yang mudah dan pipeline yang biasa, struktur yang dapat mendukung beberapa ALU untuk lebih efisien dalam pengiriman dari bagian beberapa instruksi. Daftar nilai arus yang berputar di sekitar pipa, dibuat oleh dependensi data lokal. Selama operasi normal, kontrol sirkuit tidak berada pada jalur yang kritis dan kinerja hanya dibatasi oleh data harga. Operasi mengalir dengan interval waktu sendiri. Ide utama dari Pipeline Prosesor yang berputar adalah circular uni-arah mengalir dari memori register oleh pusat waktu logika dan proses secara parallel dari operasi ALU. 

Prosesor Pipeline yang berputar adalah prosesor baru untuk arsitektur superscalar komputasi. Ini didasarkan pada cara yang mudah dan pipeline yang biasa, struktur yang dapat mendukung beberapa ALU untuk lebih efisien dalam pengiriman dari bagian beberapa instruksi. Daftar nilai arus yang berputar di sekitar pipa, dibuat oleh dependensi data lokal. Selama operasi normal, kontrol sirkuit tidak berada pada jalur yang kritis dan kinerja hanya dibatasi oleh data harga. Operasi mengalir dengan interval waktu sendiri. Ide utama dari Pipeline Prosesor yang berputar adalah circular uni-arah mengalir dari memori register oleh pusat waktu logika dan proses secara parallel dari operasi ALU.

Instruksi Pipeline

Tahapan pipeline adalah sebagai berikut:

• Mengambil instruksi dan membuffferkannya 
• Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang
  dibufferkan tersebut.
•  Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama
  memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan
  membuffferkan instruksi berikutnya.

Karena untuk setiap tahap pengerjaan instruksi, komponen yang bekerja berbeda, maka dimungkinkan untuk mengisi kekosongan kerja di komponen tersebut. Sebagai contoh:

Instruksi 1: ADD AX, AX

Instruksi 2: ADD EX, CX

Setelah CU menjemput instruksi 1 dari memori (IF), CU akan menerjemahkan instruksi tersebut (ID). Pada menerjemahkan instruksi 1 tersebut, komponen IF tidak bekerja. Adanya teknologi pipeline menyebabkan IF akan menjemput instruksi 2 pada saat ID menerjemahkan instruksi 1. Demikian seterusnya pada saat CU menjalankan instruksi 1 (EX), instruksi 2 diterjemahkan (ID).

Jenis Pipeline

1.     Pipeline Arithmetic, berguna untuk operasi vektor. Pengembangan pipeline arithmetic dapat dilihat dari perkalian biner unsigned.  Operasi shift dan penambahan menjadi tahapan pemrosesan dalam pengali pipelined. Pengalian bilangan biner dengan 2n adalah sama dengan menggesernya ke kiri sebesar n bit dan menyisipkan nol pada sebelah kanannya.

2.     Pipeline Unit Instruction, berguna untuk komputer yang mempunyai set instruksi yang sederhana. Tujuannya adalah untuk memaksimalkan kecepatan mengalirnya instruksi.

Reduced Instruction Set Computer (RISC)

RISC merupakan bagian dari arsitetur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk set instruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya. RISC memiliki fitur utama, yaitu:

• General purpose register dalam jumlah yang sangat banyak.
• Menggunakan teknologi compiler untuk mengoptimalisasikab penggunaan register.
• Instruction set yang sedikit dan sederhana.
• Pendekatan umum dalam instruksi pipeline.
• Set eksekusi yang besar dan lebih banyak mode pengalamatan.

RISC memiliki ciri-ciri tersendiri, yaitu:

• Instruksi berukuran tunggal (satu instruksi per siklus).
• Mode pengalamatan yang sederhana dan sedikit (biasanya kurang dari 5 buah). 
• Tidak ada pengalamatan tidak langsung yang mengharuskan mengakses memori agar memperoleh alamat operand lainnya di dalam memori.
• Format instruksi yang sederhana.
• Format instruksi yang fix.
• Proses compile yang cepat.

Pipelining Pada RISC

Pada pipelining RISC terdapat berbagai macam instruksi register to register. Siklus instruksinya memiliki 2 fase:

1. I: Instruction Fetch (Pengambilan Instruksi).
2. E: Execute (Melakukan operasi ALU dengan register input dan output).

Sementara operasi load dan store memiliki 3 fase:

1. I: Instruction Fetch.
2. E: Execute (Menghitung alamat memori).
3. D: Memori (Operasi register ke memori atau memori ke register). 

Prosesor Superscalar

Superscalar adalah arsitektur prosessor yang memungkinkan eksekusi yang bersamaan (parallel) dari instruksi yang banyak pada tahap pipeline yang sama sebaik tahap pipeline yang lain. Superscalar mampu menjalankan Instruction Level Parallelism dengan satu prosesor. Superscalar dapat diaplikasikan di RISC dan CISC, tapi pada umumnya RISC.

Pipeline Adalah meningkatkan kinerja komputer dengan cara saling overlap tahapan dari instruksi yang berbeda. Pada pipeline untuk melakukan proses (stages) overlapping dibutuhkan paling tidak setengah clock. Sedangkan superscalar mengijinkan proses untuk bekerja secara bersamaan pada saat clock yang sama.

Proses superscalar adalah sebagai berikut:

• Memproses lebih dari satu instruksi per clock cycle .
• Sangat dimungkinkan untuk memisahkan siklus fetch and execute.
•  Memiliki Buffers pada fase antara proses fetch and decode.
•  Memiliki unit eksekusi yang Parallel

Sumber:

• https://slideplayer.info/slide/2384389/
• Staffsite Gunadarma