Prosesor Paralel

Fadjar Aditiya 7107.040.015 2EA~D4

 pengolahan informasi yang menekankan pada manipulasi data-

data elemen secara simultan  dimaksudkan untuk mempercepat komputasi dari sistem komputer dan menambah jumlah keluaran yang dapat dihasilkan dalam jangka waktu tertentu.  Komputer yang memiliki kemampuan untuk melakukan pengolahan paralel  Meningkatkan kecepatan operasi  Meningkatkan jumlah operasi yang dapat dilakukan  dalam satu waktu tertentu (concurrency).

 Klasifikasi sistem komputer yang didasarkan pada penggandaan alur

instruksi dan alur data yang, dimana urutan instruksi yang dilaksanakan oleh mesin kemudian urutan data yang dipanggil oleh alur instruksi yang diambil dari memori modul  Instruksi didecode (diartikan) oleh Control Unit.  Alur data mengalir dua arah antara prosesor dan memori.  Ada 4 kategori sistem komputer dalam klasifikasi Flynn: 1. Single Instruction stream – Single Data stream (SISD) 2. Single Instruction stream – Multiple Data stream (SIMD) 3. Multiple Instruction stream – Single Data stream (MISD) 4. Multiple Instruction stream – Multiple Data stream (MIMD)

1. SISD CU : Control Unit

IS CU

IS

PU

PU DS

: Processor Unit

MM : Memory Module MM

Instruksi dilaksanakan secara berurut tetapi juga boleh overlap dalam tahapan

eksekusi (pipeline). Satu alur instruksi didecode untuk alur data tunggal.

2. SIMD DS1 CU CU

IS

CU

CU DS2

CU SM

CU IS

DSn

CU

PE : Processing Element CU : Control Unit PU : Processor Unit IS : Instruction Stream

MM : Memory Modul SM : Shared Memory DS : Data Stream

Beberapa Processor Unit (Processing Element) disupervisi oleh Control Unit yang

sama.

Aemua 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.

Processor vektor dan processor array termasuk dalam kategori ini.

3. MISD

PU1 PU2

IS IS

CU1

DS

CU2 MM1

PUn

IS

CUn

DS

MM2

MMn

 Sejumlah PU , masing-masing menerima instruksi yang berbeda dan

mengoperasikan data yang sama.  Output salah satu prosesor menjadi input bagi prosesor berikutnya.  Struktur komputer ini tidak praktis, sehingga tidak ada komputer yang

menggunakannya.

4. MIMD

PU1 PU2

PUn

IS IS

IS

CU1

DS

MM1

DS CU2

CUn

MM2

DS

MM3

 Sejumlah prosesor secara simultan mengeksekusi rangkaian instruksi yang berbeda

pada kumpulan data yang berbeda pula.  MIMD dapat berupa multiprosesor dengan memori yang dapat digunakan bersama

(shared memory) atau multikomputer dengan memori yang terdistribusi. Prosesor Paralel

SIMD

MIMD

Shared Memory (Multiprosesor)

Distributed Memory (Multikomputer)

 J.E. Shore (1973) membuat suatu klasifikasi arsitektur komputer yang didasarkan pada organisasi

bagian-bagian penyusun suatu komputer dan membedakannya menjadi enam jenis mesin : 1. Mesin I. Pada komputer ini, satu instruksi dikerjakan pada suatu wakt dan masing-masing beroperasi pada satu word dalam suatu waktu. Unit pengolahan bisa berupa pipeline maupun tidak. 2. Mesin II. Komputer ini juga menjalankan satu instruksi pada suatu waktu, namun ia beroperasi pada sebuah irisan dari suatu bit dalam suatu waktu, bukannya semua bit dalam suatu word data. Namun, pipelining tidak relevan bagi klasifikasi ini. 3. Mesin III. Sebuah komputer dalam kelas ini memiliki dua unit pengolahan yang dapat beroperasi pada data, satu word dalam suatu waktu atau suatu irisan bit dalam suatu waktu. (Irisan bit ke-/' dari n word merupakan bit ke-/ dari masing-masing n word, jika dianggap sebagai suatu keseluruhan.) Mesin ini juga dikenal sebagai komputer orthogonal. 4. Mesin IV. Komputer jenis ini dicirikan oleh sejumlah elemen pengolahan (unit pengolahan dan unit memori), semua di bawah kendali sebuah unit kendali logika (CLU) tunggal. Komunikasi antara elemen-elemen pengolahan hanya dilakukan melalui unit kendali logika. 5. Mesin V. Mesin V dihasilkan dengan mengubah Mesin IV sedemikian sehingga elemen-elemen pengolahan dapat berkomunikasi dengan tetangga terdekat mereka. Karena itu, suatu elemen pengolahan dapat mereferensikan data di dalam daerah memorinya sendiri maupun daerah memori pada elemen pengolahan lain di dekatnya. 6. Mesin VI. Komputer ini, disebut sebagai array logika-dalam-memori, merupakan sebuah mesin dengan logika prosesor yang tersebar dalam memori.

 Tse-yum Feng (1972) menyarankan pengklasifikasian arsitektur komputer atas

tingkatan paralelisme mereka.  Tingkatan paralelisme (degree of parallelism) diwakili oleh pasangan (m, m) dimana

n merupakan panjang word dan m adalah panjang irisan bit.  Pasangan Ini diklasifikasikan menjadi empat kelompok sebagai berikut:

Jika n = 1 dan m = 1 maka tidak terjadi paralelisme. Word dan bit diproses satu per satuan waktu. Hal ini disebut sebagai word serial/bit serial (WSBS). Jika n > 1 dan m = 1 maka paralelisme itu disebut sebagai word paralel/bit serial (WPBS). Dalam hal ini, semua n irisan bit diproses satu per satuan waktu. Paralelisme word serial/bit paralel (WSBP) terjadi jika n = 1 dan m > 1. Dengan demikian sejumlah n word diproses satu per satuan waktu tetapi sejumlah m bit dari masing-masing word diproses secara paralel. Kategori terakhir disebut sebagai word paralel/bit paralel (WPBP) dan merupakan suatu paralelisme dimana n > 1 dan m > 1. Dalam hal ini, sejumlah nm bit diproses secara bersamaan.

 Klasifikasi Mesin I Shore berhubungan dengan kelas SISD Flynn dan

Mesin II sampai IV dapat dianggap sebagai subdivisi kelas SIMD. Pada klasifikasi Feng, Mesin I merupakan WSBP, Mesin II merupakan WPBS dan Mesin II sampai VI merupakan WPBP.

 Pada beberapa sistem komputer jumlah prosesor yang didukung bisa lebih dari satu.

     

Pada saat ini sebuah PC pun bisa mengandung 2 sampai dengan 4 prosesor. Sedangkan workstation dapat memiliki 20 prosesor, bahkan supercomputer IBM yang digunakan pada Departemen Energi Amerika Serikat memiliki 8192 prosesor yang bekerja secara tandem dan dapat menjalankan 10 triliun perhitungan per detik (Turban,McLean dan Wetherbe,1999). Sistem Multiproses. MIMD dengan memori yang dapat digunakan bersama, semua prosesornya memiliki akses ke pool memori utama. Model multiprosesor berkembang menjadi software : Menggunakan bersama sebuah ruang alamat virtual tunggal yang dipetakan pada amemori bersama. Untuk membaca atau menulis sebuah word memori dengan menjalankan instruksi LOAD dan STORE. Multiprosesor sulit untuk dikembangkan tapi mudah diprogram . Contoh : Sun Enterprise 10000, Sequent NUMA-Q, SGI Origin 2000 dan HP/ Convex Exemplar.

1. SMP (Symmetric Multiprocessor)

Merupakan sistem multiprosesor dengan masing-masing prosesor bekerja secara sendiri-sendiri (tidak saling tergantung). Pada sistem ini sebuah CPU bisa jadi sedang menangani suatu proses, misalnya sedang mengolah lembar kerja dan CPU sedang melakukan proses grafis. 2. Prosesor Vektor Menyatakan suatu sistem multiprosesor dengan masing-masing prosesor dapat bekerja secara serentak dalam menangani proses perhitungan vector.

3. Prosesor Paralel Menyatakan sistem yang memiliki sejumlah prosesor dan memiliki karakteristik sebagai berikut : 1. Tak ada prosesor yang bertindak sebagai prosesor utama. 2. Sejumlah prosesor tidak selalu mengerjakan operasi yang sama dalam waktu yang sama. Dengan menggunakan prosesor parallel,bagian-bagian dari sebuah program dapat dikerjakan oleh prosesor-prosesor yang berbeda. Penanganan prosesor yang melakukan proses ditangani oleh program. Prosesor jenis ini biasa digunakan pada super komputer. 4. Prosesor Parallel Massif (Massively Parallel Prosesor atau MPP) Adalah sistem yang mengandung ratusan bahkan ribuan prosesor yang dapat saling berinteraksi dengan penedekatan jaringan saraf. Prosesor seperti ini sudah diterapkan dalam bisnis. Salah satu penggunanya adalah Wal-Mart (Laudon,1998).

 MIMD dengan memori terdistribusi, setiap prosesornya memiliki memori khusus

sendiri.  Motivasi pembuatan organisasi multikomputer adalah untuk mengatasi keterbatasan

skala multiprosesor.  Karena prosesor-prosesor multikomputer harus berkomunikasi, maka elemen

penting perancangan multikomputer adalah jaringan interkoneksi yang harus dapat beroperasi seefisien mungkin.  Setiap CPU memori lokal sendiri yang bisa diakses dengan hanya menjalankan

instruksi LOAD dan STORE, tetapi tidak bisa diakses oleh CPU lain.  Multikomputer memiliki satu ruang alamat fisik per CPU.  Multikomputer mudah untuk dikembangkan tapi sulit diprogram.  Contoh : SP2 IBM, Option Red Intel/ Sandina dan COW Wisconsin.

Interkoneksi Topologi : (a) Single switch

(d) Double torus

(b) Ring

(e) Cube

(c) Grid

(f) Hypercube

Jaringan interface board di dalam multikomputer

 Rancangan yang dapat diskalakan

Rancangankomputer paralel yang dapat terus beroperasi dengan baik sebanyak apapun CPU diparalelkan.  Distributed Shared Memory (DSM)

Memori bersama yang menyediakan satu ruang alamat virtual bersama penghalaman pada sistem seluruhnya.  Sistem Runtime Bahasa

Bahasa pemrograman menyediakan abstraksi memori bersama, yagn dimplementasikan oleh kompiler dan sistem runtime

dengan

 Untuk menggembangkan komputer paralel agar bisa beroperasi lebih cepat dari

prosesor tunggal  Masalah Kinerja yang berkaitan dengan komputer paralel :

1. Metrik Hardware Kecepatan CPU dan I/O. 2. Metrik Software : Mengetahui seberapa cepat sebuah program beroperasi pada sebuah komputer paralel dibanding sebuah prosesor tunggal.