ARSITEKTUR VON NEUMAN DAN HARVARD

          Semua mikrokontroler menggunakan satu diantara dua model rancangan yang dinamakan arsitektur Harvard dan von-Neumann. Berikut secara singkat, perbedaan keduanya dilihat dari pertukaran data antara CPU dan memori.

Arsitektur Von-Neumann

               Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur ini hanya memiliki satu blok memori dan satu bus data 8-bit. Karena pertukaran data semuanya menggunakan 8 jalur ini, bus akan overload dan komunikasi menjadi sangat lambat dan tidak efisien. Sebaliknya CPU dapat membaca instruksi atau baca/tulis data dari/ke memori. Keduanya tidak dapat terjadi secara bersamaan karena data dan instruksi menggunakan sistem bus yang sama. Misalnya, jika sebuah baris program memerintahkan register memori RAM dengan nama “SS” harus dinaikkan satu (misalnya menggunakan instruksi: inc SS), maka mikrokontroler akan melakukan:

1. Baca bagian dari instruksi program yang menyatakan APA yang harus dilakukan (dalam kasus ini adalah instruksi “inc” untuk perintah kenaikkan);
2. Baca lebih lanjut dari instruksi ini yang menyatakan data YANG MANA yang akan dinaikkan (alam kasus ini adalah register “SS”);
3. Setelah dinaikkan, isi dari register ini harus dituliskan kembali ke register yang sebelumnya telah dibaca (alamat register “SS”).

Arsitektur Harvard

                 Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur ini memiliki dua bus yang berbeda. Satu bus 8-bit dan menghubungkan CPU ke RAM. Yang lain terdiri dari beberapa jalur (12, 14 atau 16) dan menghubungkan CPU ke ROM. Dengan demikian, CPU dapat membaca instruksi dan mengakses memori data pada saat yang bersamaan. Karena semua register memori RAM lebarnya 8-bit, semua pertukaran data dalam mikrokontroler menggunakan format yang sama, sehingga selama eksekusi penulisan data, hanya 8-bit yang diperhatikan. Dengan kata lain, yang perlu Anda perhatikan saat merancang program adalah lebar data yang bisa dipertukarkan atau diproses hanya selebar 8-bit, ya hanya selebar 8-bit saja.

                   Program yang Anda buat untuk beberapa mikrokontroler ini akan tersimpan di dalam ROM internal (Flash ROM) setelah dilakukan kompilasi ke bahasa mesin. Lokasi memori ini dinyatakan dalam 12, 14 atau 16-bit. Sebagian dari bit, 4, 6 atau 8-bit digunakan sebagai instruksinya sendiri dan diikuti dengan data 8-bit.

Kelebihan-kelebihan:

1. Semua data di dalam program selebar 1 byte (8-bit). Karena bus data yang digunakan dalam pembacaa program memiliki beberapa jalur (12, 14 atau 16), instruksi dan data dapat dibaca dibaca sekaligus. Dengan demikian, semua instruksi dapat dieksekusi hanya dengan satu siklus instruksi, kecuali instruksi lompat (jump) yang dieksekusi dalam dua siklus.
2. Kenyataan bahwa program (ROM) dan data sementara (RAM) terpisah, CPU dapat mengeksekusi dua instruksi sekaligus. Gampangnya, selama proses pembacaan dan penulisan RAM (akhir dari suatu instruksi), instruksi berikutnya dibaca melalui bus yang lain.
3. Jika menggunakan mikrokontrole menggunakan arsitektur Von-Neumann kita tidak bisa tahu seberapa banyak memori yang dibutuhkan oleh beberapa instruksi. Pada dasarnya, masing-masing instruksi program membutuhkan dua lokasi memori (satu mengandung instruksi APA yang harus dilakukan, sedangkan sisanya mengandung informasi data YANG MANA akan diproses).

                Pada mikrokontroler dengan arsitektur Harvard, bus program biasanya lebih dari 1 byte, yang membolehkan masing-masing word mengandung instruksi dan data, dengan kata lain satu word - satu instruksi.

Mikrokontroler RISC vs. CISC

1. RISC

Sejarah RISC

Proyek RISC pertama dibuat oleh IBM, stanford dan UC –Berkeley pada akhir tahun 70 dan awal tahun 80an. IBM 801, Stanford MIPS, dan Barkeley RISC 1 dan 2 dibuat dengan konsep yang sama sehingga dikenal sebagai RISC

Pengertian RISC

• RISC: singkatan dari Reduced Instruction Set Computer.
• Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk mengeset instruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya

Karakteristik RISC

• Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register
• Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memori
• Penggunaan mode pengalamatan sederhana
• Penggunaan format-format instruksi sederhana

Ciri-ciri

• Instruksi berukuran tunggal
• Ukuran yang umum adalah 4 byte
• Jumlah pengalamatan data sedikit,
• Tidak terdapat pengalamatan tak langsung
• Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika
• Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi
• Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store.
• Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi 

Pengaplikasian RISC yaitu pada CPU Apple

2. CISC (Complex Instruction Set Computing )

Pengertian CISC

Complex Instruction Set Computing (CISC) atau kumpulan instruksi komputasi kompleks. Adalah suatu arsitektur komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah

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

Ciri-ciri

• Jumlah instruksi banyak
• Banyak terdapat perintah bahasa mesin
• Instruksi lebih kompleks

Pengaplikasian CISC yaitu pada AMD dan Intel

Perbedaan CISC dan RISC

Dilihat dari segi instruksinya :

A. RISC ( Reduced Instruction Set Computer )

• Menekankan pada perangkat lunak, dengan sedikit transistor
• Instruksi sederhana bahkan single
• Load / Store atau memory ke memory bekerja terpisah
• Ukuran kode besar dan kecapatan lebih tinggi
• Transistor didalamnya lebih untuk meregister memori

B. CISC ( Complex Instruction Set Computer )

• Lebih menekankan pada perangkat keras, sesuai dengan takdirnya untuk pragramer.
• Memiliki instruksi komplek. Load / Store atau Memori ke Memori bekerjasama
• Memiliki ukuran kode yang kecil dan kecepatan yang rendah.
• Transistor di dalamnya digunakan untuk menyimpan instruksi – instruksi bersifat komplek

Keunggulan RISC

Saat ini, hanya Intel x86 satu-satunya chip yang bertahan menggunakan arsitektur CISC. Hal ini terkait dengan adanya kemajuan teknologi komputer pada sektor lain. Harga RAM turun secara dramatis. Pada tahun 1977, DRAM ukuran 1MB berharga %5,000, sedangkan pada tahun 1994 harganya menjadi sekitar $6. Teknologi kompailer juga semakin canggih, dengan demikian RISC yang menggunakan RAM dan perkembangan perangkat lunak menjadi semakin banyak ditemukan.

Source :

             IC TECH

Posted in: Komputer