Prosesor Pararel

Paralel Prosesor adalah suatu prosesor dimana pelaksanaan instruksinya secara bersamaan waktunya.

Sehingga menyebabkan pelaksanaan suatu kejadian :

1. Dlam interval waktu yang sama

2. Dalam dalam waktu yang bersamaan

3. Dalam waktu yang saling tumpang tindih

Teknik Pemprosesan Paralel

Pada prosesor paralel memiliki beberapa teknik pemrosesan :

1. Pipelining

2. Unit-unit fungsional berganda

3. Tumpang tindih antara operasi CPUdan I/O

4. Interleaving memori

5. Multiprograming

6. Multiprosesing

A. Jaringan Interkoneksi

Ada 5 komponen :

1. CPU

2. Memori

3. Interface : peralatan yang yangnmembawa pesanmasuk dan keluar dari CPU danMemori

4. Penghubung : saluran fisik yang dilalui bit-bituntuk berpindah tempat

5. Switch : peralatan yang memiliki banyak portinput dan port output

Komunikasi diantara terminal-terminal yang berbeda harus dapat dilakukan dengan suatu media tertentu. Interkoneksi yang efektif antara prosesor dan modul memorisangat penting dalam lingkungan komputer. Menggunakan arsitektur bertopologi  busbukan merupakan solusi yang praktis karena bus hanya sebuah pilihan yang baik ketika digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dengan jumlah yang sedikit. Jumlah komponen dalam sebuah modul IC bertambah seiring waktu. Oleh karena itu, topologi  bus bukan topologi yang cocok untuk kebutuhan interkoneksi komponenkomponen di dalam modul IC. Selain itu juga tidak dapat diskalakan, diuji, dan kurang dapat disesuaikan, serta menghasilkan kinerja toleransi kesalahan yang kecil. Di sisi lain, sebuah  crossbar menyediakan interkoneksi penuh diantara semua terminal dari  suatu  sistem  tetapi  dianggap sangat kompleks, mahal untuk membuatnya, dan sulit untuk dikendalikan. Untuk alasan ini jaringan interkoneksi merupakan solusi media komunikasi yang baik untuk sistem komputer dan telekomunikasi. Jaringan ini membatasi jalur-jalur diantara terminal komunikasi yang berbeda untuk mengurangi kerumitan dalam menyusun elemen switching .

B. Mesin SIMD & Mesin MMID

Mesin SIMD

SIMD adalah singkatan dari “Single Instruction, Multiple Data”, merupakan tentang sebuah istilah dalam komputasi yang akan 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 super komputer 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  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.

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.

Mesin MMID

MIMD adalah sebuah singkatan dari, "Multiple Instruction Stream-Multiple Data Stream" yaitu sebuah komputer yang memiliki beberapa prosesor yang bersifat otonomus yang mampu melakukan instruksi yang berbeda pada data yang berbeda. Sistem terdistribusi umumnya dikenal sebagai MIMD, entah itu menggunakan satu ruangan memori secara bersama-sama atau sebuah ruangan memori yang terdistribusi. Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara pemrosesan. 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.

C.   Arsitektur Pengganti

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

PIPELINING DAN RISC

Pipelining adalah teknik pemecahan satu pekerjaan/ tugas menjadi beberapa subtugas,dan mengeksekusi sub-tugas tersebut secara bersamaan/ paralel dalam unit-unit multi hardware atau segmen-segmen

-                      Tujuan yg ingin dicapai dlm pipeline adalah untuk meningkatkan throughput. (the number of instructions complete per unit of time - but it is not reduce the execution time of an individual instruction)

-                      Waktu yg digunakan untuk eksekusi setiap tugas sama dengan waktu yg digunakan untuk satu eksekusi nonpipeline.

-                      Tetapi karena eksekusi tugas yg berurutan dilakukan secara bersamaan, maka jumlah tugas yg dapat dieksekusi dlm suatu waktu yg disediakan lebih tinggi

-                      Hardware pipeline menyediakan throughput yang lebih baik dibandingkan dgn hardware non-pipeline.

RISC adalah komputasi kumpulan instruksi yang disederhanakan. RISC 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, desainini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapamikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00dari 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.

Prosessor Vector Pipelining

1. Berkurangnya kontensi memori karena adanya akses memori yang lebih sedikit

2. Berkurangnya pendekodean instruksi

3. Tingkah lakunya bias diramalkan, hal ini khususnya penting bagi:

- Pengindeksan implicit dan akses memori

- Pencabangan implicit

- Terdapat berbagai macam instruksi pada register to register

Siklus Instruksi memiliki 2 Fase:

1. I : Instruction Fetch (Pengambilan Instruksi)

2. E : Execute (Melakukan operasi ALU dengan register input dan output)

Operasi Load danStore memiliki3 Fase:

1. I : Instruction Fetch

2. E : Execute (Menghitung alamat memori)

3. D : Memory (Operasi register ke memori atau memori ke register)

Reduced Instruction Set Computer (RISC)

Pada arsitektur RISC : Set instruksi yang terbatas dan sederhana Register general purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian registernya. Konsep 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. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC.

KARAKTERISTIK RISC

-          Satu instruksi pers iklus

-          Operasi register to register

-          Mode pengalamatan yang sederhana

-          Format instruksi yang sederhana

-          Desain hardwired (tanpamicrocode)

-          Format instruksi yang fix

-          Proses compile yang cepat

Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sbb.: 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. Eksekusi Instruksi

Arsitektur Family Komputer IBM PC

A.    FAMILI IBM PC DAN TURUNANNYA

IBM PC adalah sebutan untuk keluarga komputer pribadi buatan IBM, IBM PC diperkenalkan pada 12 Agustus 1981, dan (dipensiunkan) pada tanggal 2 April 1987.

Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga antara lain:

IBM 4860 PCjr

IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)

IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)

IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)

IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology

IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)

IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

B.     Konfigurasi Mikrokomputer Dasar

Berdasarkan UkurannyaBerdasarkan ukurannya, komputer digolongkan ke dalam micro computer (komputer mikro), mini computer (komputer mini), small computer (komputer kecil), medium computer (komputer menengah), large computer (komputer besar) dan super computer (komputer super).1.Micro ComputerMicro Computer (Mikro Komputer) disebut juga dengan nama personal computer (komputer personal) . ukuran main memory komputer mikro sekarang berkisar dari 16 MB sampai lebih dari 128 MB, dengan konfigurasi operand register 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Kecepatan komputer mikro sekarang berkisar 200 Mhz sampai dengan 500 Mhz.Komputer mikro umumnya adalah single-user (pemakainya tunggal), yaitu satu komputer hanya dapat digunakan untuk satu pemakai saja untuk tiap saat.

Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya

C.    Komponen IBM PC

1.      Sistem Kontrol BUS

2.      Pengontrol BUS , Buffer Data dan Latches Alamat

3.      Sistem Kontrol Intrerrupt

4.      Pengontrol Interrupt

5.      Sistem Kontrol RAM dan ROM

6.      Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

7.      Sistem Kontrol DMA

8.      Pengontrol DMA

9.      Timer

10.  Timer Interval Programmable

11.  Sistem Kontrol I/O

12.  Interface Paralel Programmable

Unit Input / Output

Pada sistem komputer, Unit Input Output atau biasa disingkat I/O adalah komunikasi antara sistem pemroses informasi yaitu komputer dengan dunia luar, yang berupa masukan dari manusia atau sistem pemrosesan informasi lainnya. Unit input adalah unit luar yang digunakan untuk memasukkan data dari luar ke dalam mikroprosesor ini atau sinyal (data) yang diterima oleh sistem, contohnya, data yang berasal dari keyboard atau mouse. Unit Output merupakan sinyal atau data yang dikirim dari input. Output biasanya, digunakan untuk menampilkan data, atau dengan kata lain untuk menangkap data yang dikirimkan oleh mikroprosesor, contohnya data yang akan ditampilkan pada layar monitor atau printer.

1. SISTEM BUS

System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Sebuah komputer memiliki beberapa bus, agar dapat berjalan. Banyaknya bus yang terdapat dalam sistem, tergantung dari arsitektur sistem komputer yang digunakan. Sebagai contoh, sebuah komputer umumnya memiliki bus prosesor (Front-Side Bus), bus AGP, bus PCI, bus USB, bus ISA (yang digunakan oleh keyboard dan mouse), dan bus-bus lainnya.

Struktur BUS

Data Bus, merupakan jalur-jalur perpindahan antarmodul dalam sistem komputer. Baik lebar maupun jumlah saluran menentukan kinerja sistem komputer.

Address Bus, Untuk menandakan lokasi sumber dan tujuan pada proses transfer data. Pada saluran ini, CPU akan mengirim alamat memori yang akan ditulis atau dibaca.

Control Bus, digunakan untuk menngotrol izin akses ke data bus dan address bus. Jadi sebelum data masuk/keluar untuk ditulis atau dibaca, akan dikontrol terlebih dahulu agar benar-benar valid.

2. STANDAR I/O INTERFACE

Standar I/O Interface merupakan suatu mekanisme untuk mempermudah pengaksesan, sehingga sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan peralatan I/O.

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan Input/Output. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi Input/Output. Interface aplikasi Input/Output melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan Input/Output ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar(interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan Input/Output, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan Input/Output ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi(interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem Input/Output pada kernel. Karena hal ini, subsistem Input/Output dapat bersifat independen dari hardware. Karena subsistem Input/Output independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

3. Pengaksesan Peralatan I/O

Mode pengaksesan Input/Output terdiri dari 2 cara, yaitu :

I/O Mapped I/O, Pada I/O mapped I/O atau isolated I/O, lokasi (transfer) terisolasi dari sistem memori di dalam ruang addres yang terpisah. Pada Isolated I/O, PORT terpisah dari memori. Karena portnya terpisah, user bisa memperluas memori ke ukuran penuhnya tanpa menggunakan ruang memory lain untuk perangkat I/O. Kerugiannya: bahwa data yang ditransfer antara I/O dan mikroprosesor harus diakses dengan instruksi-instruksi spt IN, INS, OUT, OUTS.

Memory Mapped I/O, Tak seperti isolated I/O, instruksi yang digunakan di memory mapped I/O tidak terbatas pada IN, INS, OUT, ataupun OUTS saja. Pada memory-mapped I/O, setiap instruksi yang bisa mentrasfer data antara mikroprosesor dan memory dapat digunakan. Keuntungan paling utama adalah bahwa instruksi transfer memory dapat digunakan untuk mengakses perangkat I / O. Sementara kerugian memory-mapped I/O; sebagian dari sistem memori digunakan sebagai peta I/O. Berdampak pada berkurangnya jumlah memori yang tersedia.

Keuntungan lain yang dimiliki Memory mapped I/O adalah bahwa sinyal IORC dan IOWC tidak memiliki fungsi dalam sistem, sehingga memungkinkan adanya pengurangan jumlah sirkuit yang dibutuhkan untuk decoding. Pada RISC, yang bekerja dengan prinsip penyederhanaan komputasi set instruksi, dimana 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya keuntungan ini tentu akan dimanfaatkan. Olehkarena itu RISC bnyk menggnakan memory-mapped i/o.