Tugas (Etika dan Profesionalisme TSI) #bulan keempat

Sumber :

http://chelamutia.blogspot.com/2014/06/arsitektur-simd-dan-sisd.html

http://catatanpilihan.wordpress.com/category/organisasi-dan-arsitektur-komputer/

http://mamuteritorial.blogspot.com/2014/06/gambar-dari-arsitektur-simd-single.html

http://soulofmine.wordpress.com/2011/04/01/parallel-processing/

http://ketiketiku.blogspot.com/

Perbedaan SISD dan SIMD

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya.

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanyadiperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.

Aristektur Komputer Parallel

Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4, dua diantaranya yaitu SISD dan SIMD.

a.      SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)

SISD merupakan arsitektur komputer di mana prosesor tunggal, sebuah uniprocessor, mengeksekusi aliran instruksi tunggal, untuk beroperasi pada data yang tersimpan dalam memori tunggal. Ini sesuai dengan arsitektur von Neumann . SISD adalah salah satu dari empat klasifikasi utama sebagaimana didefinisikan dalam taksonomi Flynn . Dalam sistem ini klasifikasi didasarkan pada jumlah instruksi bersamaan dan data stream hadir dalam arsitektur komputer. Menurut Michael J. Flynn , SISD dapat memiliki karakteristik pemrosesan konkuren. Instruksi fetching dan eksekusi pipelined instruksi adalah contoh umum ditemukan di komputer SISD paling modern.

Single Data adalah satu-satunya yang menggunakan arsitektur Von Neumann. Ini dikarenakan pada model ini hanya digunakan 1 processor saja. Oleh karena itu model ini bisa dikatakan sebagai model untuk komputasi tunggal. Sedangkan ketiga model lainnya merupakan komputasi paralel yang menggunakan beberapa processor. Beberapa contoh komputer yang menggunakan model SISD adalah UNIVAC1, IBM 360, CDC 7600, Cray 1 dan PDP 1

SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)

b.      SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)

Pada komputer SIMD terdapat lebih dari satu elemen pemrosesan yang dikendalikan oleh sebuah unit pengendali yang sama. Seluruh elemen pemrosesan menerima dan menjalankan instruksi yang sama yang dikirimkan unit pengendali, namun melakukan operasi terhadap himpunan data yang berbeda yang berasal dari aliran data yang berbeda pula.

Keuntungan SIMD antara lain sebuah aplikasi yang dapat mengambil keuntungan dari SIMD adalah salah satu di mana nilai yang sama sedang ditambahkan ke (atau dikurangkan dari) sejumlah besar titik data, operasi umum di banyak multimedia aplikasi. Salah satu contoh akan mengubah kecerahan gambar. Setiap pixel dari suatu gambar terdiri dari tiga nilai untuk kecerahan warna merah (R), hijau (G) dan biru (B) bagian warna. Untuk mengubah kecerahan, nilai-nilai R, G dan B yang dibaca dari memori, nilai yang ditambahkan dengan (atau dikurangi dari) mereka, dan nilai-nilai yang dihasilkan ditulis kembali ke memori.

Dengan prosesor SIMD ada dua perbaikan proses ini. Untuk satu data dipahami dalam bentuk balok, dan sejumlah nilai-nilai dapat dimuat sekaligus. Alih-alih serangkaian instruksi mengatakan “mendapatkan pixel ini, sekarang mendapatkan pixel berikutnya”, prosesor SIMD akan memiliki instruksi tunggal yang efektif mengatakan “mendapatkan n piksel” (dimana n adalah angka yang bervariasi dari desain untuk desain). Untuk berbagai alasan, ini bisa memakan waktu lebih sedikit daripada “mendapatkan” setiap pixel secara individual, seperti desain CPU tradisional.

Keuntungan lain adalah bahwa sistem SIMD biasanya hanya menyertakan instruksi yang dapat diterapkan pada semua data dalam satu operasi. Dengan kata lain, jika sistem SIMD bekerja dengan memuat delapan titik data sekaligus, add operasi yang diterapkan pada data akan terjadi pada semua delapan nilai pada waktu yang sama. Meskipun sama berlaku untuk setiap desain prosesor super-skalar, tingkat paralelisme dalam sistem SIMD biasanya jauh lebih tinggi. 

Kekurangannya adalah : Tidak semua algoritma dapat vectorized. Misalnya, tugas aliran-kontrol-berat seperti kode parsing tidak akan mendapat manfaat dari SIMD. Ia juga memiliki file-file register besar yang meningkatkan konsumsi daya dan area chip. Saat ini, menerapkan algoritma dengan instruksi SIMD biasanya membutuhkan tenaga manusia, sebagian besar kompiler tidak menghasilkan instruksi SIMD dari khas C Program, misalnya. vektorisasi dalam kompiler merupakan daerah aktif penelitian ilmu komputer. (Bandingkan pengolahan vektor .)

SIMD dibagi menjadi beberapa bentuk lagi yaitu :

§  Exclusive-Read, Exclusive-Write (EREW) SM SIMD

§  Concurent-Read, Exclusive-Write (CREW) SM SIMD

§  Exclusive-Read, Concurrent-Write (ERCW) SM SIMD

§  Concurrent-Read, Concurrent-Write (CRCW) SM SIMD

SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)

Perbedaan antara SISD dan SIMD

Single Intruction Single Data Stream (SISD)	Single Instruction Multiple Data Stream (SIMD)
Instruksi dikerjakan terurut satu demi satu	Instruksi dapat dikerjakan tanpa terurut
Terdiri dari satu pemrosesan	Terdiri lebih dari satu pemrosesan
Operasi terhadap satu elemen	Operasi terhadap berbagai elemen yang berbeda
Peningkatan kecepatan kurang karena instruksi dilakukan satu demi satu	Peningkatan kecepatan dengan jumlah hardware

Flowchart SISD dan SIMD

Sebagai perbandingan, pada gambar 3, untuk sistem SISD (a), X1, X2, X3, dan X4 merepresentasikan blok instruksi, setelah mengeksekusi X1, tergantung dari nilai X, X3 atau X2 dieksekusi kemudian X4. Pada sistem SIMD, beberapa aliran data ada yang memenuhi X=? dan ada yang tidak, maka beberapa elemen akan melakukan X3 dan yang lain akan melakukan X2 setelah itu semua elemen akan melakukan X4 .

Storyboard SISD dan SIMD

Storyboard SIMD

Storyboard SISD