Tugas ke 4
organisasi dan arsitektur komputer
( PIPELINING ,
RISC , DAN PROSESOR PARALEL )
ARTIKEL
KE 1 : PIPELINING & RISC .
1. PIPELINING .
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.
Ø 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.
Ø 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.
Ø 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 PIPELINING .
Prosedur Vektor
Pepilining, yaitu :
·
Mengambil instruksi dan membuffferkannya
·
Ketika tahapn 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 .
·
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).
Contoh pengerjaan instruksi tanpa pipeline
|
t =
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
ADD AX,AX
|
IF
|
DE
|
IF
|
DE
|
EX
|
|||||
|
ADD BX,CX
|
IF
|
DE
|
IF
|
DE
|
EX
|
Disini
instruksi baru akan dijemput jika instruksi sebelumnya telah selesai
dilaksanakan.
|
t =
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
ADD AX,AX
|
IF
|
DE
|
IF
|
DE
|
EX
|
|||||
|
ADD BX,CX
|
IF
|
DE
|
IF
|
DE
|
EX
|
|||||
|
ADD DX,DX
|
IF
|
DE
|
IF
|
DE
|
EX
|
Contoh
pengerjaan instruksi dengan pipeline
Disini
instruksi baru akan dipanggil setelah tahap IF menganggur (t2).
Dengan
adanya pipeline dua instruksi selesai dilaksanakan pada detik keenam (sedangkan
pada kasus tanpa pipeline baru selesai pada detik kesepuluh). Dengan demikian
telah terjadi percepatan sebanyak 1,67x dari 10T menjadi hanya 6T. Sedangkan
untuk pengerjaan 3 buah instruksi terjadi percepatan sebanyak 2, 14 dari 15T
menjadi hanya 7T.
Untuk
kasus pipeline sendiri, 2 instruksi dapat dikerjakan dalam 6T(CPI = 3) dan
instruksi dapat dikerjakan dalam 7T (CPT = 2,3) dan untuk 4 instruksi dapat
dikerjakan dalam 8T (CPI =2). Ini berarti utnuk 100 instruksi akan dapat
dikerjakan dalam 104T (CPI = 1,04). Pada kondisi ideal CPI akan harga 1.
3.
REDUCE
INSTRUCTION SET COMPUTER (RISC) .
Sejarah
RISC
Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau
"Komputasi set instruksi yang disederhanakan" pertama kali digagas
oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat
ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata
menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang
menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC
sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson, pengajar pada
University of California di Berkely.
Definisi
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 Ultra SPARC 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.
Karakteristik RISC
Arsitektur
RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :
·
Siklus
mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan
untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU, dan
menyimpan hasil operasinya kedalam register, dengan demikian instruksi mesin
RISC tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat
mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi sederhana
atau instruksi satu siklus hanya dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama
sekali, instruksi mesin dapat dihardwired. Instruksi seperti itu akan
dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain karena tidak perlu
mengakses penyimapanan kontrol mikroprogram saat eksekusi instruksi
berlangsung.
·
Operasi berbentuk dari register-ke
register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang
mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi sehingga
menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi
pemakaian register sehingga operand yang sering diakses akan tetap ada di
penyimpan berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register
merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.
·
Penggunaan mode pengalamatan sederhana,
hampir sama dengan instruksi menggunakan pengalamatan register,. Beberapa mode
tambahan seperti pergeseran dan pe-relatif dapat dimasukkan selain itu banyak
mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana,
selain dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol.
·
Penggunaan format-format instruksi
sederhana, panjang instruksinya tetap dan disesuaikan dengan panjang word.
Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan field yang
tetap pendekodean opcode dan pengaksesan
operand register dapat dilakukan secara bersama-sama
Ciri-ciri
RISC
·
Instruksi berukuran tunggal
·
Ukuran yang umum adalah 4 byte
·
Jumlah pengalamatan data sedikit,
biasanya kurang dari 5 buah.
·
Tidak terdapat pengalamatan tak
langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat
operand lainnya dalam memori.
·
Tidak terdapat operasi yang
menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan
ke memori dan penambahan dari memori.
·
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 .
·
Jumlah bit bagi integer register
spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer
dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.
·
Jumlah bit floating point register
spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating
point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.
ARTIKEL KE 2 : PROSESOR
PARALEL .
1.
JARINGAN
INTERKONEKSI .
Komunikasi diantara terminal-terminal yang berbeda harus
dapat dilakukan dengan suatu media tertentu. Interkoneksi yang efektif antara
prosesor dan modul memori sangat penting dalam lingkungan komputer. Menggunakan
arsitektur bertopologi bus bukan 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 komponen-komponen 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 Fungsi jaringan interkoneksi dalam sistem komputer dan telekomunikasi
adalah untuk mengirimkan informasi dari terminal sumber ke terminal tujuan.
2. Mesin SIMD .
Mesin SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data
stream)
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.
3. Mesin MIMD .
Mesin MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data
stream)
Organisasi komputer yang memiliki kemampuan untuk memproses beberapa program dalam waktu yang sama. Pada umumnya multiprosesor dan multikomputer termasuk dalam kategori ini.
MIMD dibagi menjadi 2 grup:
Ø
Multiprocessor yang menggunakan memory bersama.
Ø
Multicomputer.
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 :
