PROSESOR PARALEL

PROSESOR PARALEL

Parallel PROCESSING Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer independen secara bersamaan. Ini umumnya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar (di industri keuangan, bioinformatika, dll) ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Kasus kedua umum ditemui di kalkulasi numerik untuk menyelesaikan persamaan matematis di bidang fisika (fisika komputasi), kimia (kimia komputasi) dll.

TUJUAN PARALLEL PROCESSING

 Tujuan utama dari pemrosesan paralel adalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan.

 PARALLEL PROCESSING

 Komputasi paralel Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi. Pemrograman Paralel sendiri adalah teknik pemrograman komputer yang memungkinkan eksekusi perintah/operasi secara bersamaan. Bila komputer yang digunakan secara bersamaan tersebut dilakukan oleh komputer-komputer terpisah yang terhubung dalam satu jaringan komputer, biasanya.

INTERKONEKSI JARINGAN

Interkoneksi adalah hubungan yang terjadi antara satu koneksi dengan koneksi yang lain. Interkoneksi antar jaringan adalah hubungan atau koneksi antara satu jaringan dengan jaringan yang lain. Jaringan yang terhubung ini bukan hanya jaringan telekomunikasi namun semua bentuk jaringan yang melakukan interkoneksi.

Banyak yang menganalisa interkoneksi antar jaringan adalah hubungan antar jaringan telekomunikasi. Namun secara harfiah interkoneksi jaringan tidak hanya mengarah ke jaringan telekomunikasi, namun ke semua jaringan.
Topology nya adalah bagaimana sebuah jaringan itu terbentuk, dan bagaimana keamanan dari jaringan itu sendiri. Namun fokus permasalahan disini adalah interkoneksi antara jaringan komputer, bukan kontes astaga.com lifestyle on the net.

Komputer yang terhubung dengan komputer yang lain melalui jaringan dapat melakukan koneksi dengan konfigurasi jaringan. Koneksi ini memerlukan sebuah Port Koneksi pada kartu jaringan (NIC = Network Interface Card) yang berfungsi sebagai jembatan dari komputer ke sebuah jaringan. Peralatan yang dibutuhkan untuk koneksi antara jaringan diantaranya adalah :

1. NIC (Network Interface Card)

Fungsi NIC selain itu adalah untuk mengubah data paralel dalam sebuah bus komputer ke dalam bentuk data serial. Untuk koneksi ini NIC membutuhkan sebuah penghubung yang berupa kabel, kabel ini dapat berupa kabel UTP atau Fiber Optic.

2. HUB

Hub ini ada dua jenis, yaitu passive hub dan active hub. Fungsi hub adalah sebagai terminal penghubunga antara dua koneksi atau lebih. Dimana hub ini sebagai terminal persinggahan dan menambah node didalam sebuah LAN (Local Area Network).
 

3. Repeater

Repeater ini berfungsi memperluas cakupan suatu jaringan tanpa melakukan filter terhadap sinyal yang masuk dan keluar. Tugas utamanya mensikronisasikan dan mentransmisikan ulang sinyal dari suatu segmen ke segmen yang lain didalam sebuah jaringan.

4. Bridge

Fungsi Bridge kurang lebih sama dengan repeater namun Bridge melakukan filter terhadap sinyal, sehingga setiap segmen tidak dipengaruhi oleh segmen yang lain. Selain itu Bridge juga dapat menghubungkan jaringan yang berbeda segmen protokol aksesnya, namun dengan syarat protokol komunikasinya sama.

5. Router

Fungsi router adalah menentukan jalur routing dan mengirimkan paket-paket informasi pada internet yang bekerja pada layer 3 OSI.

MESIN SIMD & MIMD

A. SIMD (Single Instruction Stream Multiple Data Stream)

SIMD adalah singkatan dari Single Instruction, Multiple Data, merupakan sebuah istilah dalam komputasi yang merujuk kepada sekumpulan operasi yang digunakan untuk menangani jumlah data yang sangat banyak dalam paralel secara efisien, seperti yang terjadi dalam prosesor vektor atau prosesor larik. SIMD pertama kali dipopulerkan pada superkomputer skala besar, meski sekarang telah ditemukan pada komputer pribadi.

Contoh aplikasi yang dapat mengambil keuntungan dari SIMD adalah aplikasi yang memiliki nilai yang sama yang ditambahkan ke banyak titik data (data point), yang umum terjadi dalam aplikasi multimedia. Salah satu contoh operasinya adalah mengubah brightness dari sebuah gambar. Setiap pixel dari sebuah gambar 24-bit berisi tiga buah nilai berukuran 8-bit brightness dari porsi warna merah (red), hijau (green), dan biru (blue). Untuk melakukan perubahan brightness, nilai R, G, dan B akan dibaca dari memori, dan sebuah nilai baru ditambahkan (atau dikurangkan) terhadap nilai-nilai R, G, B tersebut dan nilai akhirnya akan dikembalikan (ditulis kembali) ke memori.

Komputer yang mempunyai beberapa unit prosesor di bawah satu supervisi satu unit common control. Setiap prosesor menerima instruksi yang sama dari unit kontrol, tetapi beroperasi pada data yang berbeda.

Prosesor yang memiliki SIMD menawarkan dua keunggulan, yakni:

· Data langsung dapat dipahami dalam bentuk blok data, dibandingkan dengan beberapa data yang terpisah secara sendiri-sendiri. Dengan menggunakan blok data, prosesor dapat memuat data secara keseluruhan pada waktu yang sama. Daripada melakukan beberapa instruksi "ambil pixel ini, lalu ambil pixel itu, dst", sebuah prosesor SIMD akan melakukannya dalam sebuah instruksi saja, yaitu "ambil semua pixel itu!" (istilah "semua" adalah nilai yang berbeda dari satu desain ke desain lainnya). Jelas, hal ini dapat mengurangi banyak waktu pemrosesan (akibat instruksi yang dikeluarkan hanya satu untuk sekumpulan data), jika dibandingkan dengan desain prosesor tradisional yang tidak memiliki SIMD (yang memberikan satu instruksi untuk satu data saja).

· Sistem SIMD umumnya hanya mencakup instruksi-instruksi yang dapat diaplikasikan terhadap semua data dalam satu operasi. Dengan kata lain, sistem SIMD dapat bekerja dengan memuat beberapa titik data secara sekaligus, dan melakukan operasi terhadap titik data secara sekaligus.

Sayangnya, beberapa desainer SIMD terbentur dengan beberapa pertimbangan desain yang berada di luar kontrol mereka. Salah satu pertimbangan tersebut adalah harus menambahkan banyak register untuk menampung data yang akan diproses. Idealnya, hal ini dapat dilakukan dengan menambahkan unit SIMD ke dalam prosesor agar memiliki registernya sendiri, tetapi beberapa desainer terpaksa menggunakan register yang telah ada, umumnya yang digunakan adalah register floating-point. Register floating-point umumnya memiliki ukuran 64-bit, yang lebih kecil daripada yang dibutuhkan oleh SIMD agar bekerja secara optimal, meskipun hal ini dapat mendatangkan masalah jika kode hendak mencoba untuk menggunakan instruksi floating-point dan SIMD secara bersamaan.

Pada pendesainan awal SIMD, terdapat beberapa prosesor yang khusus disiapkan untuk melakukan tugas ini, yang seringnya disebut sebagai Digital Signal Processor (DSP). Perbedaan utama antara SIMD dan DSP adalah DSP merupakan prosesor yang komplit dengan set instruksinya sendiri (yang meskipun lebih sulit digunakan), sementara SIMD hanya bergantung pada register general-purpose untuk menangani detail program, dan instruksi SIMD hanya menangani manipulasi data.

Penggunaan instruksi SIMD pertama kali dilakukan dalam superkomputer vektor dan dipopulerkan oleh Cray pada tahun 1970-an. Akhir-akhir ini, SIMD skala kecil (64-bit atau 128-bit) telah menjadi populer dalam CPU yang bersifat general purpose, yang dimulai pada tahun 1994 dengan set instruks MAX yang diaplikasikan pada Hewlett-Packard PA-RISC. Instruksi SIMD, saat ini dapat ditemukan dalam kebanyakan prosesor, seperti halnya AltiVec dalam prosesor PowerPC; Intel MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE4, AMD 3DNow! dalam prosesor Intel x86; VIS dalam prosesor prosesor SPARC; MAX dalam Hewlett-Packard PA-RISC; MDMX serta MIPS-3D dalam MIPS serta MVI dalam prosesor DEC Alpha. Meskipun demikian, perangkat lunak pada umumnya tidak mengeksploitasi instruksi, dan bahkan instruksi ini hanya digunakan dalam aplikasi yang khusus, seperti pengolahan grafik.

Meskipun hal ini secara umum telah membuktikan bahwa sulitnya mencari aplikasi komersial yang dikhususkan untuk prosesor SIMD, ada beberapa kesuksesan yang terjadi seperti halnya aplikasi GAPP yang dikembangkan oleh Lockheed Martin. Versi yang lebih baru dari GAPP bahkan menjadi aplikasi yang dapat memproses video secara waktu-nyata (real-time) seperti halnya konversi antar bermacam-macam standar video yang (seperti konversi NTSC ke PAL atau sebaliknya, NTSC ke HDTV atau sebaliknya dan lain-lain), melakukan deinterlacing, pengurangan noise (noise reduction), kompresi video, dan perbaikan citra gambar (image enhancement).

Mesin SIMD secara umum mempunyai karakteristik sebagai berikut :

· Mendistribusi proses ke sejumlah besar hardware

· Beroperasi terhadap berbagai elemen data yang berbeda

· Melaksanakan komputasi yang sama terhadap semua elemen data

Sistem Komputer kategori SIMD

· Beberapa Processor Unit (Processing Element) disupervisi oleh Control Unit yang sama.

· Semua Processing Element menerima instruksi yang sama dari control unit tetapi mengeksekusi data yang berbeda dari alur data yang berbeda pula.

· Subsistem memori berisi modul-modul memori.

B. Komputer MIMD (Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)

Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara n pemroses. Hal ini disebabkan seluruh aliran dari dan ke memori berasal dari space data yang sama bagi semua pemroses. Komputer MIMD bersifat tightly coupled jika tingkat interaksi antara pemroses tinggi dan disebut loosely coupled jika tingkat interaksi antara pemroses rendah.

Analisa Algoritma Paralel

Pada saat sebuah algoritma digunakan untuk memecahkan sebuah problem, maka performance dari algoritma tersebut akan dinilai. Hal ini berlaku untuk algoritma sekuensial maupun algoritma paralel. Penampilan sebuah algoritma pengolahan peralel dapat dinilai dari beberapa kriteria, seperti running time dan banyaknya prosesor yang digunakan.

Running Time

Running time adalah waktu yang digunakan oleh sebuah algoritma untuk menyelesaikan masalah pada sebuah komputer paralel dihitung mulai dari saat algoritma mulai hingga saat algoritma berhenti. Jika prosesor-prosesornya tidak mulai dan selesai pada saat yang bersamaan, maka running time dihitung mulai saat komputasi pada prosesor pertama dimulai hingga pada saat komputasi pada prosesor terakhir selesai.

Counting Steps

Untuk menentukan running time, secara teoritis dilakukan analisa untuk menentukan waktu yang dibutuhkan sebuah algoritma dalam mencari solusi dari sebuah masalah. Hal ini dilakukan dengan cara menghitung banyaknya operasi dasar, atau step (langkah), yang dilakukan oleh algoritma untuk keadaan terburuknya (worst case).

Langkah-langkah yang diambil oleh sebuah algoritma dibedakan ke dalam dua jenis yaitu :

· Computational step

Sebuah computational step adalah sebuah operasi aritmetika atau operasi logika yang dilakukan terhadap sebuah data dalam sebuah prosesor.

· Routing step.

Pada routing step, sebuah data akan melakukan perjalanan dari satu prosesor ke prosesor lain melalui shared memory atau melalui jaringan komunikasi.

Speedup

· Pengukuran speedup sebuah algoritma paralel adalah salah satu cara untuk mengevaluasi kinerja algoritma tersebut.

· Speedup adalah perbandingan antara waktu yang diperlukan algoritma sekuensial yang paling efisien untuk melakukan komputasi dengan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan komputasi yang sama pada sebuah mesin pipeline atau paralel.

ARSITEKTUR PENGGANTI.

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur pengganti merupakan konsep perencanaan atau struktr pengoperasian dasar dalam komputer atau bisa dikatakan rencana cetak biru dan deskripsi fungsional kebutuhan dari perangkat keras yang didesain. implementasi perencanaan dari masing-masing bagian seperti CPU, RAM, ROM, Memory Cache, dll.

SUMBER:

http://www.academia.edu/7424831/Parallel_PROCESSING_Pemrosesan_paralel

https://id.wikipedia.org/wiki/Interkoneksi

http://aksesanda.blogspot.co.id/2009/08/interkoneksi-antar-jaringan.html

http://myanaa-kampus.blogspot.co.id/2010/01/tugas-pemrosesan-parallel-simd-dan-mimd.html

http://dhanang-thedoctor.blogspot.co.id/2013/02/tugas-ke-4-organisasi-arsitektur.html

PIPELINING & RISC (Reduce Instruction Set Computer)

PENJELASAN RISC DAN PIPELINING RISC

 A. RISC (Reduced Instruction Set Computer)

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

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. 

RISC mempunyai karakteristik :

1. one cycle execution time : satu putaran eksekusi. Prosessor    RISC mempunyai CPI (clock per instruction) atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap instruksi pada CPU.

2. large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak. RISC di Desain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang berlebih dengan memory.

3. pipelining:adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan.Sehingga proses instruksi lebih efiisien.

    Ciri-ciri :

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

Pengaplikasian RISC yaitu pada CPU Apple

B. PIPELINING RISC

Pengertian pipelining, 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.

1. Pengenalan Pipeline

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.

2. Instruksi pipeline

Tahapan pipeline :

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

Instuksi pipeline:

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).

SUMBER :

http://malica29.blogspot.com/2013/05/perbedaan-cisc-dan-risc.html

http://andi-granderist.blogspot.com/2013/01/pipelining-risc-dan-prosesor-paralel.html