Prosesor Paralel

Processor dalam Sistem Paralel

1.Processor dalam Sistem Paralel

Pada 80-an, prosesor ditujukan untuk kebutuan khusus contohnya populer untuk membuat multicomputers disebut transputer. Sebuah transputer terdiri dari satu inti prosesor, memori SRAM kecil, antarmuka memori utama DRAM dan empat saluran komunikasi, semua pada satu chip. Untuk membuat komunikasi komputer paralel, saluran yang terhubung untuk membentuk jaringan Transputers. Tetapi memiliki kekurangan daya komputasi dan oleh sebab itu tidak bisa memenuhi meningkatnya permintaan dari aplikasi paralel. Masalah ini diselesaikan dengan perkembangan prosesor RISC dan biayanya murah juga.

komputer paralel modern menggunakan mikroprosesor yang menggunakan paralelisme pada beberapa tingkat seperti instruksi-level parallelism dan data tingkat paralelisme.
Kinerja Prosesor Tinggi
RISC dan RISCy prosesor mendominasi pasar komputer paralel saat ini.
Karakteristik RISC tradisional :

• Memiliki beberapa mode pengalamatan.
• Memiliki format tetap untuk petunjuk penggunaan, biasanya 32 atau 64 bit.
• Telah memasukan instruksi load / store untuk memuat data dari memori untuk menyimpan data dari register ke memori.
• operasi aritmatika selalu dilakukan pada register.
• Menggunakan pipelining.
• Sebagian besar mikroprosesor menggunakan superscalar, yaitu dalam komputer paralel beberapa pipa instruksi yang digunakan. Oleh karena itu, prosesor superscalar dapat menjalankan lebih dari satu instruksi pada waktu yang sama. Efektivitas prosesor superscalar tergantung pada jumlah instruksi-level parallelism (ILP) yang tersedia dalam aplikasi. Untuk menjaga pipa diisi, petunjuk di tingkat hardware dijalankan dalam urutan yang berbeda dari urutan Program.

Banyak mikroprosesor modern menggunakan pendekatan pipelining super. untuk meningkatkan frekuensi clock, pekerjaan yang dilakukan dalam tahap pipa berkurang dan jumlah tahap pipa meningkat.

Instruksi Very Large Word (VLIW) Prosesor
Instruksi ini berasal dari microprogramming horisontal dan pengolahan superscalar. Instruksi dalam prosesor VLIW sangat besar. Operasi dalam satu instruksi dijalankan secara paralel dan diteruskan ke unit fungsional yang tepat untuk eksekusi. Jadi, setelah mengambil sebuah instruksi VLIW, operasinya yang diterjemahkan. Maka operasi yang dikirim ke unit fungsional di mana mereka dieksekusi secara paralel.

Vektor Prosesor
Prosesor vektor adalah co-prosesor untuk tujuan umum mikroprosesor. prosesor vektor umumnya register register atau memori-memori. Sebuah instruksi vektor diambil dan diterjemahkan dan kemudian dioperasikan ke bentuk tertentu dan dilakukan untuk setiap elemen dari vektor operan, sedangkan pada prosesor yang normal operasi vektor membutuhkan struktur loop dalam kode. Untuk membuatnya lebih efisien, prosesor vektor dioperasikan dengan beberapa operasi vektor bersama-sama, yaitu, hasil dari satu operasi vektor akan diteruskan ke yang lain juga sebagai operan.

Caching
Cache adalah elemen penting dari mikroprosesor kinerja tinggi. Setelah setiap 18 bulan, kecepatan mikroprosesor menjadi dua kali, tetapi DRAM chip untuk memori utama tidak dapat digunakan dengan kecepatan ini. Jadi, cache digunakan untuk menjembatani kecepatan antara prosesor dan memori. Cache adalah memori SRAM yang beroperasi cepat dan kecil. Banyak cache lebih diterapkan di prosesor modern seperti pada Look-samping Buffer (TLBs) cache, instruksi dan data cache, dll

2. Jaringan Interkoneksi

jaringan interkoneksi terdiri dari elemen switching. Topologi adalah pola untuk menghubungkan switch individu untuk unsur-unsur lain, seperti prosesor, memori dan switch lainnya. Sebuah jaringan memungkinkan pertukaran data antara prosesor dalam sistem paralel.

1. Jaringan koneksi langsung - jaringan langsung memiliki koneksi point-to-point antara node tetangga. Jaringan ini bersifat statis, yang berarti bahwa koneksi point-to-pointnya tetap. Beberapa contoh jaringan langsung adalah cincin, jerat dan batu.
2. Jaringan sambungan langsung - jaringan langsung tidak memiliki tetangga tetap. Topologi komunikasi dapat berubah secara dinamis berdasarkan tuntutan aplikasi. Jaringan tidak langsung dapat dibagi menjadi tiga bagian: jaringan bus, jaringan multistage dan switch mistar gawang. 
3. Jaringan Bus - Sebuah jaringan bus terdiri dari sejumlah baris bit ke mana sejumlah sumber daya yang terpasang. Ketika bus menggunakan jalur fisik yang sama untuk data dan alamat, data dan jalur alamat yang waktu multiplexing. Ketika ada beberapa bus-master melekat bus, arbiter diperlukan.
4. Jaringan multistage - Sebuah jaringan multistage terdiri dari beberapa tahapan switch. Hal ini terdiri dari 'axb' switch yang terhubung menggunakan pola hubungan interstage tertentu (ISC). Elemen 2x2 switch kecil adalah pilihan umum bagi banyak jaringan multistage. Jumlah tahap menentukan delay jaringan. Dengan memilih pola koneksi interstage yang berbeda, berbagai jenis jaringan multistage dapat dibuat.
5. Palang switch - Sebuah switch mistar gawang berisi matriks elemen saklar sederhana yang dapat menghidupkan dan mematikan untuk membuat atau menghancurkan sambungan. Menyalakan elemen saklar dalam matriks, hubungan antara prosesor dan memori dapat dibuat. Switch mistar gawang adalah non-blocking, yang semua permutasi komunikasi dapat dilakukan tanpa menghalangi.

3. SIMD dan MIMD

Taksonomi Flynn, dalam arsitektur komputer, adalah sebuah klasifikasi yang dibuat oleh Michael J. Flynn pada tahun 1966. Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah instruksi yang berjalan simultan dan konkuren, dan juga aliran data yang diprosesnya. Dalam Taksonomi Flynn, komputer dibagi menjadi empat buah kelas, yakni:

• Single Instruction Single Data Stream (SISD), yaitu sebuah komputer yang tidak memiliki cara untuk melakukan paralelisasi terhadap instruksi atau data. Contoh mesin SISD adalah PC tradisional atau mainframe yang tua.
• Multiple Instruction, Single Data Sream (MISD), yaitu sebuah komputer yang dapat melakukan banyak instruksi terhadap satu aliran data. Komputer ini, tidak memiliki contoh, karena meski pernah dibuat, hal itu dibuat sebagai purwarupa (prototipe), dan tidak pernah dirilis secara massal.
• Single Instruction, Multiple Data Stream (SIMD), yaitu sebuah komputer yang mampu memproses banyak aliran data dengan hanya satu instruksi, sehingga operasi yang dilakukan adalah operasi paralel. Contoh dari SIMD adalah prosesor larik (array processor), atau GPU.
• Multiple Instruction, Multiple Data stream (MIMD), 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.

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.

ref:

1. http://www.w3ii.com/id/parallel_computer_architecture/parallel_computer_architecture_processor_systems.html
2. http://www.w3ii.com/en-US/parallel_computer_architecture/parallel_computer_architecture_interconnection_network_design.html
3. https://id.wikipedia.org/wiki/Taksonomi_Flynn
4. http://andi-granderist.blogspot.co.id/2013/01/pipelining-risc-dan-prosesor-paralel.html