Tugas ke 4, Organisasi & Arsitektur Komputer ( Soft Skil )

ARTIKEL 1

• Pipelining dan RISC

1.                 Pengertian Pipeline

Pemrosesan pipeline dalam suatu komputer diperoleh dengan membagi suatu fungsi yang akan dijalankan menjadi beberapa subfungsi yang lebih kecil dan merancang perangkat keras yang terpisah, disebut sebagai tingkatan (stage), untuk setiap subfungsi. Stage-stage itu kemudian dihubungkan bersama-sama dan membentuk sebuah pipeline tunggal (atau pipe) untuk menjalankan fungsi asli tersebut.

1.      Sejajarkan mantissa-mantissa yang ada

2.      tambahkan mantissa-mantissa tersebut

3.      Normalisasikan hasilnya

Keuntungan proses penambahan secara pipeline ini adalah bahwa dua input yang baru dapat dimulai melalui pipa tersebut segera sesudah dua input sebelumnya melewati stage 2. Hal ini berarti bahwa jumlah penambahan akan tersedia dengan kecepatan yang sama dengan kecapatan input. Secara sistematis sekumpulan angka floating-point akan bergerak melalui penambah (adder) pipeline yang sederhana pada saat pasangan pertama angka-angka itu dihasilkan oleh stage 3 maka pasangan kedua telah disejajarkan dan ditambahkan dan hanya perlu dinormalisir pada stage 3. Dengan menggunakan pipeline, jumlah selisih waktu antara hasil pertama dan kedua merupakan jumlah waktu yang diperlukan untuk menormalisir sebuah angka.Tanpa suatu pipeline, waktu antara hasil-hasil tersebut merupakan waktu kumulatif yang diperlukan untuk semua ketiga subfungsi tersebut.

Sinkronisasi Pada Pipeline

Meskipun kita dapat memisahkan suatu fungsi menjadi beberapa subfungsi dengan waktu proses yang relatif sama, perbedaan logika dari stiap stage akan menyukarkan kita untuk menghasilkan waktu proses yang sama pada setiap stage. Untuk menyamakan waktu yang diperlukan pada setiap stage maka stage-stage tersebut harus disinkronisasikan. Hal ini bisa dilakukan dengan menyisipkan kunci-kunci (latch) sederhana (register cepat), antara stage-stage tersebut.latch, masing-masing pada bagian pipe paling awal dan satu lagi pada bagian paling akhir untuk memaksa input yang sinkron dan memastikan output yang sinkron.

Waktu yang diperlukan untuk lewat dari suatu latch melalui stage ke latch berikutnya disebut sebagaipenangguhan clock (clock delay) dan diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Karena hanya ada satu keseragaman penangguhan clock untuk seluruh pipeline maka latch disinkronkan sesuai dengan waktu proses maksimum pada masing-masing stage individual dalam pipeline tersebut. Klasifikasi Pipeline, Pipeline dapat dikelompokkan menrut fungsi dan konfigurasinya. Secara fungsional, mereka diklasifikasikan menjadi tiga kelompok pokok yaitu: pipelineing aritmatika, instruksi dan prosesor. Pipeline menurut konfigurasi dan strtegi kendalinya: unifungsi atau multifungsi; statis atau dinamis; skalar atau vektor.

Klasifikasi Berdasarkan Fungsi Pipelining aritmatika. Proses segmentasi dari ALU dari sistem yang muncul dalam kategori ini. Suatu contoh daari fungsi pipeline aritmatika diberikan dalam bagian contoh pipeline multifungsi. Pipelining instruksi.Dalam suatu komputer nonpipeline, CPU bekerja melalui suatu siklus yang berkesinambungan dari fetch-decode-eksekusi untuk semua instruksinya. Proses fetch suatu instruksi tidak akan dimulai sampai eksekusi instruksi sebelumnya selesai. Untuk mem-pipeline fungsi ini, instruksi-instruksi yang berdampingan di fetch dari memori ketika instruksi yang sebelumnya di-decode dan dijalankan. Proses pipelining instruksi, disebut juga instruction lihat-ke-muka (look-ahead), mem-fetch instruksi secara berurutan. Dengan demikian, jika suatu instruksi menyebabkan percabganan keluar dari urutan itu maka pipe akan dikosongkan dari seluruh instruksi yang telah di-fetch sebelumnya dan instruksi percabangan (branched-to instruction) tersebut di-fetch. Pipelining prosesor. Sewaktu stage dari suatu pipeline merupakan prosesor aktual dan latch-latch saling berbagi memori antara prosesor-prosesor tersebut maka pipeline itu disebut sebagai pipeline prosesor.

      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).

                  Keuntungan pipelining .

1.      Waktu siklus prosesor berkurang, sehingga meningkatkan tingkat instruksi dalam kebanyakan kasus( lebih cepat selesai).

2.      Beberapa combinational sirkuit seperti penambah atau pengganda dapat dibuat lebih cepat dengan menambahkan lebih banyak sirkuit. Jika pipelining digunakan sebagai pengganti, hal itu dapat menghemat sirkuit & combinational yang lebih kompleks.

3.      Pemrosesan dapat dilakukan lebih cepat, dikarenakan beberapa proses dilakukan secara bersamaan dalam satu waktu.

                  Kerugian pipeline .

1.      Pipelined prosesor menjalankan beberapa instruksi pada satu waktu. Jika ada beberapa cabang yang mengalami penundaan cabang (penundaan memproses data) dan akibatnya proses yang dilakukan cenderung lebih lama.

2.      Instruksi latency di non-pipelined prosesor sedikit lebih rendah daripada dalam pipelined setara. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa intruksi ekstra harus ditambahkan ke jalur data dari prosesor pipeline.

3.      Kinerja prosesor di pipeline jauh lebih sulit untuk meramalkan dan dapat bervariasi lebih luas di antara program yang berbeda.

4.      Karena beberapa instruksi diproses secara bersamaan ada kemungkinan instruksi tersebut sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar.

5.      Sedangkan ketergantungan terhadap data, bisa muncul, misalnya instruksi yang berurutan memerlukan data dari instruksi yang sebelumnya.

6.      Kasus Jump, juga perlu perhatian, karena ketika sebuah instruksi meminta untuk melompat ke suatu lokasi memori tertentu, akan terjadi perubahan program counter, sedangkan instruksi yang sedang berada dalam salah satu tahap proses yang berikutnya mungkin tidak mengharapkan terjadinya perubahan program counter.

2.                 Prosedur vektor Pipeline.

Mengambil intruksi dan membufferkanya Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut.

1.      Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya.

Tiga kesulitan yang sering dihadapi ketika menggunakan teknik pipeline :

2.       Terjadinya penggunaan resource yang bersamaan

3.      Ketergantungan terhadap data pengaturan jump ke suatu lokasi memori.

3.                 Reduced Instruction Set Computers (RISC)

RISC, yang jika diterjemahkan berarti "Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan", 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, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari 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.

Selain RISC, desain Central Processing Unit yang lain adalah CISC (Complex Instruction Set Computing), yang jika diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia berarti Komputasi Kumpulan Instruksi yang kompleks atau rumit. 

 

Artikel ke 2

• Prosesor Paralel

                  Paralel prosesor. 

adalah suatu prosesor dimana pelaksanaan instruksinya secara bersamaan waktunya.

Sehingga menyebabkan pelaksanaan suatu kejadian :

1.      Dalam interval waktu yang sama

2.      Dalam dalam waktu yang bersamaan

3.      Dalam waktu yang saling tumpang tindih

                  Teknik Pemrosesan 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

1.                 JARINGAN INTERKONEKSI .

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 yang ditunjukkan pada  Gambar 2.2  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 .

2.                 Mesin SIMD.

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.

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.

3.                 Mesin MIMD.

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.

4.                 ARSITEKTUR PENGGANTI.

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur pengganti merupakan konsep perencanaan atau struktur 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://gamapermana80.blogspot.com/2012/01/pipelining-dan-risc.html
• http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19839/4/Chapter%20II.pdf
• http://next-timexxxx.blogspot.com/2012/01/pipelining-dan-risc.html
• http://andi-granderist.blogspot.com/2013/01/pipelining-risc-dan-prosesor-paralel.html
• http://windhu.wordpress.com/2009/07/09/pipelining-pada-processor/
• http://archpineapple.blogspot.com/2009/12/pengertian-risc.html
• http://id.scribd.com/doc/17220400/Paralel-Prosesor
• http://id.wikipedia.org/wiki/SIMD
• http://id.wikipedia.org/wiki/Taksonomi_Flynn
• http://soulofmine.wordpress.com/2011/04/01/parallel-processing/
• http://eby190205.blogspot.com/2012/01/pipelining-dan-risc.html
• http://id.wikipedia.org/wiki/RISC