Pengantar Komputasi Modern # (Tugas 3)

Arsitektur Komputer Paralel

 

 

 

 

 

1. DEFINISI ARSITEKTUR KOMPUTER PARALEL

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanya diperlukan 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.

Arsitektur paralel diperlukan karena :

•     Tuntutan aplikasi
•     Trend Teknolog
•     Trend Arsitekture
•     Ekonomi
•     Trend saat ini:

– Kebanyakan mikroprosesor sekarang ini mempunyai fasilitas untuk mendukung multiprosesor.
– Server dan workstation berarsitektur multiprosesor : Sun, SGI, DEC, COMPAQ!…
– Mikroprosesor yad (dan sekarang) adalah multiprosesor

Untuk melakukan berbagai jenis komputasi paralel diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk digunakan perangkat lunak pendukung yang biasa disebut middleware yang berperan mengatur distribusi antar titik dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.
Yang perlu diingat adalah komputasi paralel berbeda dengan multitasking. Pengertian multitasking adalah komputer dengan processor tunggal mengeksekusi beberapa tugas secara bersamaan. Walaupun beberapa orang yang bergelut di bidang sistem operasi beranggapan bahwa komputer tunggal tidak bisa melakukan beberapa pekerjaan sekaligus, melainkan proses penjadwalan yang berlakukan pada sistem operasi membuat komputer seperti mengerjakan tugas secara bersamaan. Sedangkan komputasi paralel sudah dijelaskan sebelumnya, bahwa komputasi paralel menggunakan beberapa processor atau komputer. Selain itu komputasi paralel tidak menggunakan arsitektur Von Neumann.

II.     TUJUAN PARALLEL PROCESSING

Tujuan utama dari pemrosesan paralel adalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan.

III.     JENIS-JENIS ARSITEKUR KOMPUTER PARALLEL




Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4 :
A.    SISD (Single Instruction Single Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Data Tunggal

B.    SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Multiple Data

C.    MISD (Multiple Instruction Single Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Data Tunggal

D.    MIMD (Multiple Instruction Multiple Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Multiple Data




1.  Organisasi Prosesor SISD

•     Prosesor tunggal
•     Aliran instruksi tunggal
•     Data disimpan dalam memori tunggal
•     Uni-processor

 Keterangan:
CU      : Control Unit
IS        : Instruction Stream (Arus Instruksi)
PU      : Processing Unit (Unit Pengolah yang biasa disebut ALU)
DS      : Data Stream (Arus Data)
MU     : Memory Unit (Unit Memori)

2.   Single Instruction, Multiple Data Stream – SIMD

•     Single machine instruction
•     Mengontrol eksekusi secara simultan
•     sejumlah elemen-elemen pengolahan
•     Berdasarkan Lock-step
•     Setiap pengolahan elemen memiliki hubungan dengan memori data
•     Setiap instruksi dieksekusi pada kumpulan data yang berbeda oleh prosesor yang berbeda
•     Prosesor Vector and array

SIMD dibagi menjadi beberapa bentuk 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

  3.  Multiple Instruction, Single Data Stream – MISD

    Rangkaian dari data
    Dikirimkan ke kumpulan prosesor
    Setiap prosesor mengeksekusi urutan instruksi yang berbeda
    Belum pernah diimplementasikan (komesial)


  4.   Multiple Instruction, Multiple Data Stream- MIMD

    Kumpulan/sejumlah prosesor
    Mengeksekusi secara simultan urutan instruksi yang berbeda
    Kumpulan data yang berbeda
    SMP, Cluster and sistem NUMA

 


 IV.     KOMPONEN-KOMPONEN UTAMA

Sistem komputer paralel dibedakan dari cara kerja memorinya menjadi shared memory dan distributed memory. Shared memory berarti memori tunggal diakses oleh satu atau lebih prosesor untuk menjalankan instruksi sedangkan distributed memory berarti setiap prosesor memiliki memori sendiri untuk menjalankan instruksi.

Adapun komponen-komponen utama dari arsitektur komputer paralel cluster PC antara lain:

    Prosesor (CPU). Bagian paling penting dalam sistem, untuk multicore terdapat lebih dari satu core yang mengakses sebuah memori (shared memory).
    Memori. Bagian ini dapat diperinci lagi menjadi beberapa bagian penyusunnya seperti RAM, cache memory dan memori eksternal.
    Sistem Operasi. Software dasar untuk menjalankan sistem komputer.
    Cluster Middleware. Antarmuka antara hardware dan software.
    Programming Environment dan Software Tools. Software yang digunakan untuk pemrograman paralel termasuk software pendukungnya.
    User Interface. Software yang menjadi perantara hardware dengan user.
    Aplikasi. Software berisi program permasalahan yang akan diselesaikan.
    Jaringan. Penghubung satu PC (prosesor) dengan PC yang lain sehingga memungkinkan pemanfaatan sumberdaya secara simultan.

Singkatnya untuk perbedaan antara komputasi tunggal dengan komputasi paralel, bisa digambarkan pada gambar di bawah ini: