Arsitektur SIMD dan MIMD

Konsep Von Neumann (1943)

” Stored Program Computer” = Mesin yang melakukan komputasi berdasarkan pada program yang tersimpan didalamnya.

Konsep non Von Neumann

Klasifikasi sistem komputer menurut Flynn adalah sbb:

· Single

Processor

Computer

SISD

(Single Instruction, Single Data)

SIMD

(Single Instruction, Multiple Data)

· Vector Computer

· Array Computer

· Pipeline

Computer

MISD

(Multiple Instruction, Single Data)

MIMD

(Multiple Instruction, Multiple Data)

· Multiprocessor

· Distributed Computer System

· Dari klasifikasi sistem komputer di atas, yang paling banyak dibicarakan pada program paralel adalah SIMD dan MISD.

· Komputer yang masuk kelas SISD adalah komputer-komputer yang hanya berisi CPU seperti pada arsitektur komputer von Neumann.

· Komputer yang masuk kelas MISD adalah sistem komputer pipeline.

· Pada paralelisme sinkron (Synchronous parallelism) hanya ada satu pengontrol (prosesor khusus yang mengeksekusi program), sedangkan prosesor yang lainnya strukturnya lebih sederhana, dan hanya mengeksekusi command-command dari master prosesor-nya.

· Pada paralelism asinkron (Asynchronous Parallelism) terdapat banyak jalur kontrol, dan setiap prosesor mengeksekusi program sendiri. Diperlukan sinkronisasi pada waktu pertukaran data antara prosesor-prosesor yang bekerja secara asinkron, seperti menggunakan semaphore, monitor, dll.

· Berdasarkan interkoneksi antara prosesor, komputer MIMD dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Tightly Coupled System

Komunikasi antar prosesor melalui shared memory, contohnya : Multiprocessor

2. Loosely Coupled System

Komunikasi antar prosesor melalui pertukaran pe-san (message passing), contohnya : Multicomputer atau Distributed Computer System.

Berdasarkan interkoneksi antar prosesor, komputer SIMD dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Antar Prosesor tidak ada koneksi atau setiap prosesor hanya berhubungan dengan prosesor-prosesor yang ada di sebelahnya.

Contohnya : Vector Computer

2. Hubungan antara Processor Elements (PEs) melalui jaringan interkoneksi.

MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data)

Dua di bawah ini adalah sistem komputer MIMD dengan menggunakan shared memory dan tanpa shared memory.

SIMD (Single Instruction, Multiple Data)

Berikut adalah contoh dari sistem komputer SIMD yaitu : Array & Vector Computer System.

Hybrid Parallel Computer System

Sistem komputer paralel Hibrid merupakan kombinasi dari beberapa kelas sistem computer seperti : Pipeline computer, MIMD, dan SIMD.

Contoh : Multiple pipeline computer, Multiple SIMD, dll.

A. KUALITAS ARSITEKTUR KOMPUTER

Sebagaimana arsitektur bangunan, kualitas atau mutu arsitektur komputer tidak mudah diukur. Seperti halnya atribut yang menjadikan arsitektur bangunan bermutu, sebagian besar atribut berikut sulit dihitung. Pada hakekatnya, suatu arsitektur yang baik untuk satu aplikasi mungkin saja jelek untuk aplikasi yang lain, dan sebaliknya. Pada bagian ini, kita akan membahas enam atribut mutu arsitektur: generalitas (keumuman), daya terap, efisiensi, kemudahan penggunaan, daya tempa, dan daya kembang (ekpandabilitas).

Generalitas

Generalitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur. Sebagai contoh, komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi ilmiah dan teknik menggunakan aritmetik floating-point (dengan nomor disimpan dengan penunjuk besarnya dan eksponennya) dan komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis menggunakan aritmetik desimal (dengan nomor ditampilkan sesuai dengan digit desimalnya). Sistem umum memberikan dua jenis aritmetik.

Walaupun nomor instruksi dalam set instruksi bukan merupakan ukuran langsung bagi generalitas komputer, namun ia memberikan indikasi generalitas. Keanekaragaman modepengalamatan juga merupakan indikasi generalitas. Meskipun demikian, RISC begitu umum walau ia mempunyai set instruksi yang kecil dengan mode pengalamatan yang sedikit.

Salah satu pembahasan utama oleh kalangan peneliti komputer selama tahun 1980-an adalah persoalan bagusnya generalitas. Akhir-akhir ini, persoalan ini mengarah pada opini bahwa generalitas adalah tidak bermanfaat. Generalitas cenderung meningkatkan kekompleksan implementasi. Bagi rumpun komputer yang besar dari berbagai perusahaan, kekompleksan ini mengakibatkan sulitnya perancangan mesin. 

Generalitas juga cenderung membuat compiler optimisasi menjadi lebih kompleks, karena ia harus memilih lebih banyak instruksi ketika menggenerasi (menghasilkan) kode. Juga, generalitas cenderung mengakibatkan kompleksitas, dan desain sistem yang menggunakan komputer akan mengakibatkan kekompleksan software, yang seharusnya developer akan secara mudah mengoreksi kesalahan.

Salah satu argumen komersial dalam menerapkan generalitas adalah bahwa, karena ia menyebabkan perancangan komputer menjadi sulit, maka perusahaan yang melakukan perancangan tersebut bisa mengurangi peniruan rancangan oleh perusahaan lain. Tak ada perusahaan komputer yang besar ingin kehilangan pasamya atas rancangan komputer yang ia buat.

Daya Terap

Daya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakannya. Komputer yang terutama dirancang untuk satu dari dua area aplikasi utama: (1) aplikasi ilmiah dan teknis dan (2) aplikasi komersil biasa. Aplikasi ilmiah dan teknis adalah aplikasi yang biasanya untuk memecahkan persamaan kompleks dan untuk penggunaan aritmetik floating point ekstensif. Mereka ini adalah computation-intensive application (aplikasi komputasi intensit), yang berarti mereka mempunyai rasio operasi CPU ke memori dan operasi I/O yang jauh lebih tinggi dari pada aplikasi lain (walaupun banyak komputasi simbolisnya juga merupakan computation-intensive). Aplikasi komersil umum atau biasa adalah aplikasi yang didukung oleh pusat komputer biasa: menghimpun (compiling), menghitung (accounting), mengedit, penggunaan spreadsheet,dan word prosesing, seperti yang ada di komputer secara umum.

Efisiensi

Efisiensi adalah ukuran rata-rata jumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa. Arsitektur yang efisien memungkinkan (namun tidak memastikan) terjadinya implementasi yang efisien. Perlu anda catat, bahwa ada pertentangan antara efisiensi dan generalitas. Juga, karena turunnya harga komponen komputer,maka sekarang efisiensi tidak terlalu dipikirkan seperti halnya pada awal pengembangan komputer.

Namun demikian, arsitektur yang efisien akan memungkinkan terjadinya implementasi berkecepatan sangat tinggi dan berbiaya sangat rendah, dan dalam rumpun komputer yang besar, implementasi yang demikian tersebut sangat diperlukan. Salah satu sifat arsitektur yang efisien adalah bahwa ia secara relatif cenderung sederhana. Karena untuk merancangsistem yang kompleks secara benar begitu sulit, maka kebanyakan komputer mempunyai sebuah komputer inti (core computer) efisien yang sederhana, yaitu CPU. CPU ini mempunyai layer kontrol disekelilingnya guna memberikan fasilitas yang canggih yang dibutuhkan oleh arsitektur.

Kemudahan Penggunaan

Kemudahan penggunaan arsitektur adalah ukuran kesederhanan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau membuat software untuk arsitektur tersebut, misalnya sistem pengoperasiannya atau compilernya. Oleh karena itu, kemudahan penggunaan ini merupakan fungsi ISA dan berkaitan erat dengan generalitas. Definisi ini jangan dikacaukan dengan istilah ‘mudah untuk digunakan’ (friendly) yang diperuntukkan bagi pemakai dalam menggunakan komputer. Istilah mudah untuk digunakan ini ditentukan oleh sistem pengoperasian dan software yang ada, bukannya arsitektur dasar. Kita bisa mengambil contoh dari beberapa komputer yang tidak mempunyai kemudahan penggunaan, dengan perancang compiler sulit mengimplementasikan beberapa bahasa pemrograman tingkat tinggi.

Set instruksi dari koniputer awal kadang-kadang kekurangan instruksi untuk melakukan operasi yang penting. Akibatnya, para programmer harus menggunakan urutan instruksi yang kacau untuk mengimplementasi operasi yang penting tersebut. Sekarang ini, arsitek set instruksi telah mempunyai banyak pengalaman untuk merancang set instruksi, sehingga kelemahan tersebut jarang ditemukan.

Daya Tempa (malleability)

Empat ukuran sebelumnya daya terap, generalitas, efisiensi, dan kemudahan penggunaan berlaku untuk arsitekturrumpun komputer. Dua ukuran yang terakhir daya tempa dan daya kembang umumnya berlaku untuk implementasi komputer dalam satu rumpun. 

Daya terap arsitektur adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk mengimplementasikan komputer (yang mempunyai arsitektur itu) dalam jangkauan yang luas. Lebih spesifik arsitekturnya, maka akan lebih sulit untuk membuat mesin yangberbeda ukuran dan kinerjanya dari yang lain. Secara analogis, bila seseorang menamakan suatu arsitektur rumah sebagai rumah kolonial, maka dimungkinkan rumah tersebut mempunyai ukuran dan gaya yang berbeda dengan yang lain. Sebaliknya, jika arsitektur telah menentukan rencana induknya, maka hanya dimungkinkan sedikit variasi implementasi.

Umumnya, arsitektur mencakup banyak gambaran setiap tingkat dengan detail. Rencana dasar atau induk dari rumah kolonial tersebut meliputi berbagai detail, misalnya tembok, pintu, saluran listrik dan air. Dalam kaitannya dengan komputer personal standart industri, spesifikasinya longgar, seperti halnya spesifikasi pada rumah kolonial tersebut. Pada Apple Macintosh atau IBM PC AT, spesifikasi arsitekturnya jauh lebih lengkap, sehingga semua implementasi hampir sama.

Daya Kembang

Daya kembang (expandability) adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk meningkatkan kemampuan arsitektur, misalnya kemampuan ukuran memori maksimumnya atau kemampuan aritmetiknya. Umumnya, spesifikasi rumpun komputer memungkinkan perancang untuk menggunakan ukuran memori yang berjangkauan luas dalam anggota rumpun. Sebagai contoh, karena arsitektur DEC VAX hanya menentukan ukuran memori secara tidak langsung dan hanya berada dalam batasan luas tertentu, maka komputer VAX mempunyai ukuran memori yang bervariasi yang lebih dari satu faktor 1000.

Para perancang dapat memperoleh daya kembang memori ekstemal dengan berbagai cara: Mereka dapat meningkatkan jurhlah eralatan atau mereka dapat meningkatkan kecepatan peralatan tersebut dalam menggerakkan data ke dan dari dunia luar. Banyak arsitektur yang mengabaikan aspek penentuan struktur I/O. Kurangnya spesifikasi akan meningkatkan daya kembang, namun ia bisa juga meningkatkan jumlah pemrograman kembali yang diperlukan oleh anggota rumpun yang baru.

Beberapa komputer mempunyai lebih dari satu CPU. Dalam hal ini, daya kembang juga berkaitan dengan jumlah CPU yang dapat digunakan oleh sistem secara efektif. Barrier (penyangga) pada komputer yang mempunyai CPU lebih dari satu umumnya tidak jelas. Jika programmer sistem mendapatkan kesulitan untuk menyinkronkan CPU-CPU, misalnya, maka sinkronisasi ini secara efektif akan membatasi jumlah CPU yang dapat digunakan sistem.

B. FAKTOR KEBERHASILAN

Ada beberpa faktor yang mempengaruhi keberhasilan arsitekturkomputer, tiga diantaranya adalah :

1. Manfaat Arsitektural

2. Kinerja Sistem

3. Biaya Sistem

C. STRUKTUR DASAR KOMPUTER DAN ORGANISASI KOMPUTER

Terdapat empat struktur utama:

1. Central Processing Unit (CPU), berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer.

2. Main Memory , berfungsi sebagai penyimpan data.

3. I/O, berfungsi memindahkan data dari/ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

4. System Interconnection, berfungsi sebagai sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

- Storyboard

Klasifikasi	Processor
MIMD	Multiprocessors
	Multicomputers
	Data Flow Machines
SIMD	Array Processors
	Pipeline Vectors Processors
MISD	Pipeline Vectors Processors
	Systolic Arrays
Hybird	SIMD-MIMD Machines
	MIMD –SIMD MAchines

http://diaz9895.blogspot.com/2011/11/organisasi-dan-arsitektur-komputer.html