1

Parallel Processing

Organisasi Komputer II

STMIK – AUB SURAKARTA

2

Introduction

Tradisional Komputer dianggap sebagai mesin sekuensial CPU mengeksekusi program sesuai instruksi mesin secara berurutan dan satu per satu TIDAK SELURUHNYA BENAR!

Bukti : Operasi mikro sinyal kontrol dibuat

bersamaan Pipelining instruksi

Perkembangan teknologi penggunaan paralelisme lebih lanjut

3

Introduction

MultiprocessingKomputasi vektorOrganisasi prosesor paralel

4

MULTIPROCESSING

Loosely Coupled Microprocessing Terdiri dari kumpulan sistem yang relatif

bersifat otonom, masing-masing CPU memiliki memori utama dan saluran I/Onya sendiri

Sering disebut multikomputerFunctionality Specialized Processors

Contoh : prosesor I/O Terdapat sebuah master, general-purpose

CPU, dan CPU khusus dikontrol oleh CPU master dan memberikan layanan kepadanya.

5

Multiprocessing

Tightly Coupled Multiprocessing Mutiprosesor

Terdiri dari himpunan prosesor yang menggunakan bersama memori utama dan berada di bawah kontrol terintegrasi suatu sistem operasi.

Parallel Processing Multiprosesor yang dipasangkan dengan kuat

yang dapat mengerjakan secara kooperatif sebuah pekerjaan secara paralel

6

Tightly Coupled Multiprocessing - Multiprosesor

Mengandung dua atau lebih prosesor general-purpose yang memiliki kemampuan yang setara.

Semua prosesor memiliki akses bersama ke memori global (umum). Beberapa memori lokal (private) dapat juga digunakan.

Semua prosesor memiliki akses bersama ke perangkat I/O, baik melalui saluran yang sama atau melalui saluran yang berbeda yang menyediakan lintasan ke perangkat yang sama

Sistem dikontol oleh sebuah sistem operasi yang terintegrasi yang menyediakan interaksi antara prosesor dengan program-program pada tingkatan job,task, file, dan data

7

Organisasi Sistem Multiprosesor

Time-Shared BusMultiport MemoryCentral Control Unit

8

Time-Shared Bus

Mekanisme pembentukan sistem multiprosesor yang paling sederhana.

Struktur dan antarmuka sama seperti sistem prosesor tunggal yang menggunakan interkoneksi bus.

9

Feature-feature Bus

Addresing Pengalamatan harus dapat membedakan modul-modul

pada bus untuk menentukan sumber dan tujuan data. Arbitration

Setiap modul I/O dapat berfungsi sebagai “master” pada sementara waktu.

Mekanisme disediakan untuk menentukan permintaan-permintaan yang melakukan persaingan dalam memperoleh kontrol bus dengan menggunakan sejumlah teknik prioritas.

Time Sharing Apabila sebuah modul sedang melakukan pengontrolan

terhadap bus, maka modul-modul lainnya dikunci dan apabila perlu, harus menahan operasi sampai dengan akses bus diperoleh

10

Kelebihan Organisasi Bus

Kesederhanaan Antarmuka fisik dan logika pengalamatan, arbitrasi

serta time-sharing seluruh prosesor tetap sama seperti pada sistem prosesor tunggal.

Fleksibilitas Organisasi bus pada umumnya mudah untuk

dikembangkan dengan cara menambahkan CPU yang lebih banyak ke bus

Reliabilitas Pada dasarnya bus adalah media yang pasif, dan

kegagalan suatu perangkat yang terhubung tidak akan menyebabkan kegagalan sistem secara keseluruhan.

11

Kekurangan Organisasi Bus

Penurunan Kinerja seluruh referensi memori dilewatkan melalui bus umum kecepatan sistem dibatasi oleh siklus waktu.

Untuk meningkatkan kinerja melengkapi setiap CPU dengan memori cache untuk mengurangi jumlah akses

Penggunaan cache menimbulkan pertimbangan rancangan yangbaru jika suatu word diubah pada sebuah cache dapat menginvalidkan word pada cache lainnya. CPU harus selalu diberitahu tiap kali terjadi update

12

Multiport Memory

Memungkinkan akses modul-modul memori utama secara langsung dan independen oleh CPU dan modul I/O.

Diperlukan logika berkaitan dengan memori agar tidak terjadi konflik Meng-assign prioritas yang permanen bagi semua port memori.

Kinerja lebih baik dibanding bus masing-masing prosesor memiliki llintasan berdedikasi ke masing-masing modul memori.

Memungkinkan melakukan konfigurasi memori secara “private” bagi sebuah CPU atau lebih dan modul-modul I/O mencegah akses yang tidak diizinkan dan pengubahan oleh prosesor lain

13

Central Control Unit

Menyalurkan aliran data yang terpisah secara bolak-balik di antara modul-modul yang independen : CPU, memori, modul I/O.

Pengontrol dapat membufferkan permintaan dan melakukan fungsi arbitrasi dan pewaktuan.

Pengontrol dapat melewatkan pesan-pesan status dan kontrol di antara CPU-CPU dan melakukan peringatan update cache.

14

Central Control Unit

Seluruh logika untuk pengkoordinasian konfigurasi multiport dikonsentrasikan di unit kontrol pusat antarmuka modul I/O, memori dan CPU tidak begitu terganggu. fleksibilitas dan kemudahan interfacing pendekatan bus.

Kelemahan unit kontrol menjadi cukup rumit

Umum digunakan untuk sistem mainframe berprosesor jamak IBM S/370

15

Sistem Operasi Multiprosesor

Adanya suatu sistem operasi tunggal yang mengontrol sumber-sumber daya sistem tampak sebagai sistem multiprogramming berprosesor tunggal.

Sistem operasilah yang memiliki tanggung jawab untuk menjadwalkan eksekusi job dan proses tersebut dan mengalokasi sumber daya.

16

Sistem Operasi Multiprosesor

Memiliki tujuh fungsi : Alokasi sumber daya dan manajemen Tabel dan proteksi data Penghindaran deadlock sistem Penghentian tak normal Penyeimbangan pembebanan I/O Penyeimbangan pembebanan prosesor Konfigurasi kembali

17

Sistem Operasi Multiprosesor

Tanggungjawab SO mengetahui keefisienan penggunaan sumber daya jika tidak diketahui, akan terjadi pemborosan pada sistem CPU yang berjumlah banyak.

Merekonfigurasi sistem apabila terjadi kegagalan prosesor, dengan melanjutkan operasi pada tingkatan kinerja yang lebih rendah.

18

Penjadwalan Multiprosesor

Dua fungsi penjadwalan job : Apakah proses didedikasikan bagi prosesor Bagaimana proses dijadwalkan oleh prosesor

Sistem operasi harus menjamin bahwa dua prosesor tidak memilih proses yang sama dan proses-proses tidak akan hilang dari antrian

19

KOMPUTASI VEKTOR

Kinerja komputer general purpose berukuran mainframe terus berkembang perkembangan aplikasi berada di luar kemampuan mainframe modern masalah-masalah matematik di bidang aerodinamika, seismologi, meteorologi, fisika.

Ditandai dengan kebutuhan perhitungan program yang besar dan berulang-ulang untuk melakukan operasi aritmetik floating point terhadap array bilangan.

Untuk menangani SUPERKOMPUTER

20

Superkomputer

Mampu melakukan ratusan juta operasi floating point per detik dengan harga 10-15 juta dollar.

Superkomputer bertolakbelakang dengan mainframe yang dirancang untuk kebutuhan multiprogramming, superkomputer ditujukan untuk keperluan kalkulasi numerik umumnya digunakan untuk keperluan pusat penelitian dan kantor yang bergerak di bidang ilmiah dan rekayasa.

21

Peningkatan Kinerja Superkomputer

Superkomputer dioptimasikan untuk kebutuhan komputasi vektor, namun pada dasarnya superkomputer adalah sebuah komputer general-purpose yang memiliki kemampuan menangani tugas-tugas pengolahan skalar dan data yang umum.

Tugas utama : melakukan operasi-operasi aritmatik terhadap array atau vektor bilangan-bilangan floating point.

Iterasi diubah menjadi vector processing (paralelisme dalam komputasi vektor) atau parallel processing

22

Peningkatan Komputasi Vektor

ALU PipelinedALU Paralel unit kontrol mengirimkan

data ke ALU-ALU sehingga ALU-ALU tersebut dapat berfungsi secara paralel.

Prosesor Paralel pembagian tugas menjadi beberapa proses yang akan dieksekusi secara paralel.

23

MULTIPLE PROCESSOR ORGANIZATION

Single instruction, single data stream - SISD

Single instruction, multiple data stream - SIMD

Multiple instruction, single data stream - MISD

Multiple instruction, multiple data stream- MIMD

24

Single Instruction, Single Data Stream - SISD

Single processorSingle instruction streamData stored in single memoryUni-processor

Satu CPU yang mengeksekusi instruksi satu persatu dan menjemput atau menyimpan data satu persatu

25

Single Instruction, Multiple Data Stream - SIMD

Single machine instruction Controls simultaneous execution Number of processing elements Lockstep basis Each processing element has associated data

memory Each instruction executed on different set of data by

different processors Vector and array processors Satu unit kontrol yang mengeksekusi aliran tunggal

instruksi, tetapi lebih dari satu Elemen Pemroses

26

Multiple Instruction, Single Data Stream - MISD

Sequence of dataTransmitted to set of processorsEach processor executes different

instruction sequenceNever been implemented

Mengeksekusi beberapa program yang berbeda terhadap data yang sama.

27

Multiple Instruction, Multiple Data Stream- MIMD

Set of processorsSimultaneously execute different

instruction sequencesDifferent sets of dataSMPs, clusters and NUMA systems

Juga disebut multiprocessors, dimana lebih dari satu proses dapat dieksekusi berikut terhadap dengan datanya masing-masing

28

Taxonomy of Parallel Processor Architectures