Pipelining RISC dan Prosesor Paralel

PIPELINING DAN RISC

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

prosesor paralel 

- Sebuah komputer yang memiliki lebih dari satu central processing unit, komputer ini digunakan untuk parallel processing.
- Suatu sitem prosesor dengan banyak perhitungan yag dilakukan secara bersamaan agar prosesor dapat mempunyai kinerja tinggi.

Klasifikasi Arsitektural
- Klasifikasi Flynn
- Klasifikasi Feng
- Klasifikasi Händler

KLASIFIKASI FLYNN
- Klasifikasi sistem komputer yang didasarkan pada penggandaan alur instruksi dan alur data diperkenalkan oleh Michael J. Flynn
- Alur instruksi (instruction stream) adalah urutan instruksi yang dilaksanakan oleh mesin
- Alur data adalah urutan data yang dipanggil oleh alur instruksi
- Instruksi didecode (diartikan) oleh ControlUnit
- Alur data mengalir dua arah antara prosesordan memori

4 kategori sistem komputer dalam klasifikasi Flynn klasifikasi Flynn
1.Single Instruction stream – Single Datastream (SISD)
2.Single Instruction stream – Multiple Datastream (SIMD)
3.Multiple Instruction stream – Single Datastream (MISD)
4.Multiple Instruction stream – MultipleData stream (MIMD)Sistem Komputer kategori SISD
• Instruksi dilaksanakan secara berurut tetapi jugaboleh overlap dalam tahapan eksekusi (pipeline)
• Satu alur instruksi didecode untuk alur data tunggal

 

 JARINGAN INTERKONEKSI

Jaringan Interkoneksi adalah

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 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.

 Sistem Komputer kategori SIMD
- Beberapa Processor Unit (ProcessingElement) disupervisi oleh Control Unityang sama
- Semua Processing Element menerimainstruksi yang sama dari control unit tetapimengeksekusi data yang berbeda dari alurdata yang berbeda pula
- Subsistem memori berisi modul-modulmemori
- Processor vektor dan processor arraytermasuk dalam kategori ini

Sistem Komputer kategori MISD
- Sejumlah PU , masing-masing menerimainstruksi yang berbeda danmengoperasikan data yang sama
- Output salah satu prosesor menjadi inputbagi prosesor berikutnya
- Struktur komputer ini tidak praktis,sehingga tidak ada komputer yangmenggunakannya
Sistem Komputer kategori MIMD
- Sejumlah prosesor secara simultanmengeksekusi rangkaian instruksi yangberbeda pada kumpulan data yangberbeda pula
- MIMD dapat berupa multiprosesor denganmemori yang dapat digunakan bersama(shared memory) atau multikomputerdengan memori yang terdistribusi.

Kesimpulan
> Multiprosesor : MIMD dengan memori yang dapatdigunakan bersama, semua prosesornya memilikiakses ke pool memori utama

> Multikomputer : MIMD dengan memori terdistribusi,setiap prosesornya memiliki memori khusus sendiri
> Motivasi pembuatan organisasi multikomputer adalahuntuk mengatasi keterbatasan skala multiprosesor
> Karena prosesor-prosesor multikomputer harusberkomunikasi, maka elemen penting perancanganmultikomputer adalah jaringan interkoneksi yangharus dapat beroperasi seefisien mungkin

  Referensi ;

eby190205.blogspot.com/2012/01/pipelining-dan-risc.html

http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/390/jbptunikompp-gdl-sindrianil-19458-10-9-pipeli-g.pdf

                          http://funsday.blogspot.com/2009/04/93-reduced-instruction-set-computer.html

http://akmal-vhatal.blogspot.com/2012/01/prosesor-paralel.html

Input/Output Unit Dan Arsitektur Family IBM PC

1. Input/Output Unit

·         Sistem Bus

Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

Suatu Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. setiap computer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus.

Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge.

·         Standar input/output interface

Interface atau antarmuka adalah Penghubung antara dua sistem atau alat media penghubung antara satu subsistem dengan subsistem lainnya. Melalui penghubung ini memungkinkan sumber daya mengalir dari satu subsistem ke subsistem yang lainnya. Keluaran (output) dari suatu subsistem akan menjadi masukan (input) untuk subsistem lainnya dengan melalui penghubung.

 

Interface Aplikasi 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 / Outputdapat 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.

·         Pengaksesan peralatan input/output

Input / Output tergantung pada perspektif mengubah sinyal-sinyal bahwa pengguna manusia bisa melihat atau membaca. Untuk pengguna proses membaca atau melihat representasi ini adalah menerima masukan. Interaksi antara komputer dan manusia dipelajari dalam bidang yang disebut interaksi manusia-komputer. CPU dan memori utama dianggap sebagai otak dari komputer, dan dari sudut pandang adanya transfer informasi dari atau ke kombinasi itu, misalnya untuk atau dari disk drive, dianggap Input / Output. CPU dan sirkuit pendukungnya menyediakan memori-mapping Input / Output yang digunakan dalam pemrograman komputer tingkat rendah dalam pelaksanaan driver perangkat. Sebuah Input / Output merupakan salah satu algoritma yang dirancang untuk mengeksploitasi lokalitas dan melakukan efisien bila berada pada penyimpanan data sekunder, seperti disk drive.

Input / Output Interface diperlukan setiap kali Input / Output device didorong oleh prosesor. Antarmuka harus memiliki logika yang diperlukan untuk menafsirkan perangkat alamat yang dihasilkan oleh prosesor. Handshaking harus dilaksanakan oleh antarmuka menggunakan perintah yang sesuai seperti (Sibuk, SIAP, WAIT), dan prosesor dapat berkomunikasi dengan Input / Output device melalui antarmuka. Khusus Input / Output monad, yang memungkinkan program untuk hanya menguraikan Input / Output, dan tindakan yang dilakukan diluar program. Hal ini penting karena Input / Output fungsi akan memperkenalkan efek samping untuk setiap bahasa pemrograman, tapi sekarang pemrograman fungsional murni praktis. Berikut alamat yang dapat disimpan dalam register. Instruksi akan memiliki register yang memiliki alamat tersebut. Jadi untuk mengambil data, instruksi harus mendaftar didekode sesuai dipilih. Isi register akan diperlakukan sebagai alamat menggunakan alamat lokasi memori yang sesuai dipilih dan data dibaca / ditulis. Port-mapping Input / Output biasanya memerlukan penggunaan instruksi yang secara khusus dirancang untuk melakukan Input / Output operasi.

Pengelolaan I/O :

·         Tugas utama komputer adalah: Pemrosesan CPU, pemrosesan Input / Output

·         Peran OS dalam pengelolaan Input / Output: Mengelola dan mengontrol operasi Input / Output serta   perangkat Input / Output • Fungsi pengelolaan Input / Output: Hardware : port, bus, device controller, software  Input / Output adalah modul device driver

2. Arsitektur Family IBM PC

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, yakni :

• 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

Ø  Konfigurasi Mikrokomputer Dasar :

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

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

Ø  Komponen IBM PC

1. Sistem Kontrol BUS: Pengontrol BUS , Buffer Data dan Latches Alamat

2. Sistem Kontrol Intrerrupt :Pengontrol Interrupt

3. Sistem Kontrol RAM dan ROM :Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

4. Sistem Kontrol DMA : Pengontrol DMA

5. Timer : Timer Interval Programmable

6. Sistem Kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Ø Sistem software

Agar user dapat memasukkan dan menjalankan program aplikasi, maka komputer harus sudah berisi beberapa software sistem dalam memori-nya. Software sistem adalah kumpulan program yang dieksekusi seperlunya untuk menjalankan fungsi seperti

-Menerima dan menginterpretasikan perintah user
-Memasukkan dan tnengedit program aplikasi dan rnenyimpannya sebagai file dalam peralatan penyimpanan sekunder
-Mengatur penyimpanan dan pengambilan file dalam peralatan penyimpanan sekunder
-Menjalankan program aplikasi standar seperti word processor, spreadsheet, atau game, dengan data yang disediakan oleh user
-Mengontrol unit I/O untuk menerima informasi input dan menghasilkan output
-Mentranslasikan program dari bentuk source yang disediakan oleh user menjadi bentuk objek yang berisi instruksi mesin
-Menghubungkan dan menjalankan program aplikasi user-written dengan rutin library standar yang ada, seperti paket komputasi numerik

Ø  Manfaat IBM PC

1.Expandibilitas

2.Kemudahaan penggunaan

3.Daya Kembang

4.Daya Tempa

Referensi : http://eby190205.blogspot.com/2012/01/arsitektur-family-ibm-pc-dan-turunannya.html

http://www.scribd.com/doc/20951460/Sistem-Bus-Komputer

      http://cnx.org/content/m18835/latest/