PIPELINING.
Pengertian pipelining, pipelining yaitu suatu cara yang
digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap yang
berbeda yang dialirkan secara kontinu pada unit pemrosesan. Dengan cara ini,
maka unit pemrosesan selalu bekerja.
Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan
dalam sistemkomputer. Bisa pada level yang tinggi, misalnya program aplikasi,
sampai pada tingkat yang rendah, seperti pada instruksi yang dijalankan oleh
microprocessor.
· Pengenalan
Pipeline.
Prosesor Pipeline yang berputar adalah prosesor baru untuk
arsitektur superscalar komputasi. Ini didasarkan pada cara yang mudah dan
pipeline yang biasa, struktur yang dapat mendukung beberapa ALU untuk lebih
efisien dalam pengiriman dari bagian beberapa instruksi. Daftar nilai arus yang
berputar di sekitar pipa, dibuat oleh dependensi data lokal. Selama operasi
normal, kontrol sirkuit tidak berada pada jalur yang kritis dan kinerja hanya
dibatasi oleh data harga. Operasi mengalir dengan interval waktu sendiri. Ide
utama dari Pipeline Prosesor yang berputar adalah circular uni-arah mengalir
dari memori register oleh pusat waktu logika dan proses secara parallel dari
operasi ALU.
Struktur lain yang menggunakan penyelesaian deteksi atau
selain penundaan yang tepat dari pengaturan waktu pusat tetapi karena masalah
waktu yang Syncronization, Pipelines memaksakan sebuah penurunan kinerja.
Misalnya counterflow pipeline prosesor yang dirancang sekitar dua arah, pipa
membawa petunjuk dan argumen dalam satu arah dan hasil yang lainnya b ini dapat
menyebabkan Syncronization masalah antara prosesor.
Pipeline yang berputar menghindari masalah yang hanya
melewati data dalam satu arah. Pada prinsipnya, prosesor dari register terus
beredar di sekitar cincin yang berhubungan dengan berbagai fungsi ALU, akses
memori dan sebagainya .ada tiap tahap, nilai-nilai yang memeriksa dan
disampaikan, kemungkinan setelah perubahan, tidak signifikan dengan pengeluaran
tambahan untuk sinkronisasi. Dispatched adalah instruksi dari pusat ke fungsi
unit yang memungkinkan beberapa masalah instruksi .
· Instruksi
pipeline
Tahapan pipeline :
1. Mengambil instruksi
dan membuffferkannya
2. Ketika tahapan kedua
bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut .
3. Pada saat tahapan
kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori
yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya .
Instuksi pipeline:
Karena untuk setiap tahap pengerjaan instruksi, komponen
yang bekerja berbeda, maka dimungkinkan untuk mengisi kekosongan kerja di
komponen tersebut.Sebagai contoh :
Instruksi 1: ADD AX, AX
Instruksi 2: ADD EX, CX
Setelah CU menjemput instruksi 1 dari memori (IF), CU akan
menerjemahkan instruksi tersebut(ID). Pada menerjemahkan instruksi 1
tersebut, komponen IF tidak bekerja. Adanya teknologi pipeline menyebabkan IF
akan menjemput instruksi 2 pada saat ID menerjemahkan instruksi 1. Demikian
seterusnya pada saat CU menjalankan instruksi 1 (EX), instruksi 2 diterjemahkan
(ID).
· Keuntungan
pipelining .
1. Waktu siklus prosesor
berkurang, sehingga meningkatkan tingkat instruksi dalam kebanyakan kasus(
lebih cepat selesai).
2. Beberapa combinational
sirkuit seperti penambah atau pengganda dapat dibuat lebih cepat dengan
menambahkan lebih banyak sirkuit. Jika pipelining digunakan sebagai pengganti,
hal itu dapat menghemat sirkuit & combinational yang lebih kompleks.
3. Pemrosesan dapat
dilakukan lebih cepat, dikarenakan beberapa proses dilakukan secara bersamaan
dalam satu waktu.
· Kerugian
pipeline .
1. Pipelined prosesor
menjalankan beberapa instruksi pada satu waktu. Jika ada beberapa cabang yang
mengalami penundaan cabang (penundaan memproses data) dan akibatnya proses yang
dilakukan cenderung lebih lama.
2. Instruksi latency di
non-pipelined prosesor sedikit lebih rendah daripada dalam pipelined setara.
Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa intruksi ekstra harus ditambahkan ke jalur
data dari prosesor pipeline.
3. Kinerja prosesor di
pipeline jauh lebih sulit untuk meramalkan dan dapat bervariasi lebih luas di
antara program yang berbeda.
4. Karena beberapa
instruksi diproses secara bersamaan ada kemungkinan instruksi tersebut
sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan
yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar.
5. Sedangkan
ketergantungan terhadap data, bisa muncul, misalnya instruksi yang berurutan
memerlukan data dari instruksi yang sebelumnya.
6. Kasus Jump, juga perlu
perhatian, karena ketika sebuah instruksi meminta untuk melompat ke suatu
lokasi memori tertentu, akan terjadi perubahan program counter, sedangkan
instruksi yang sedang berada dalam salah satu tahap proses yang berikutnya
mungkin tidak mengharapkan terjadinya perubahan program counter.
PROSESOR VEKTOR PIPELINING.
Sebuah prosesor vektor atau prosesor array, adalah unit
pemrosesan sentral (CPU) yang mengimplementasikan set
instruksi berisi instruksi yang
beroperasi pada satu
dimensi array data yang disebut vektor. Hal ini kontras dengan prosesor
skalar , yang instruksi beroperasi pada item data tunggal. Meskipun
prosesor Intel dan klon mereka desain awalnya sebagai skalar, model baru berisi
peningkatan jumlah vektor instruksi khusus seperti yang disediakan oleh Ekstensi
Vector Lanjutan ditetapkan. Prosesor vektor pertama kali muncul pada
1970-an, dan membentuk dasar dari yang palingsuperkomputer di
tahun 1980 dan 1990-an.
Perbaikan dalam prosesor skalar, terutamamikroprosesor ,
mengakibatkan penurunan prosesor vektor tradisional di superkomputer, dan
munculnya teknik pengolahan vektor di CPU pasar massal sekitar awal 1990-an.
Hari ini, CPU komoditas yang paling mengimplementasikan arsitektur yang
menampilkan instruksi untuk beberapa pemrosesan vektor pada beberapa
(vektoralisasi) set data, biasanya dikenal sebagai SIMD (S
Ingle saya nstruction, M ultiple D ata). Teknik pemrosesan vektor juga
ditemukan di konsol
video game hardware danakselerator
grafis . Pada tahun2000, IBM , Toshiba dan Sony berkolaborasi
untuk menciptakan prosesor
Cell , yang terdiri dari satu prosesor skalar dan delapan prosesor
vektor, yang ditemukan digunakan dalam Sony PlayStation
3 di antara aplikasi lain.Desain CPU lain mungkin termasuk beberapa
instruksi untuk pemrosesan vektor pada beberapa (vectorised) set data, biasanya
dikenal sebagai MIMD (M
ultiple saya nstruction, M ultiple D ata). Desain seperti biasanya
didedikasikan untuk aplikasi tertentu dan tidak umum dipasarkan untuk komputasi
tujuan umum .
REDUCE INSTRUCTION SET COMPUTER (RISC) .
Kata “reduced” berarti pengurangan pada set instruksi. RISC
merupakan rancangan arsitektur CPU yang mengembil dasar filosofi bahwa prosesor
dibuat dengan arsitektur yang tidak rumit dengan membatasi jumlah instruksi
hanya pada instruksi dasar yang diperlukan saja. Dengan kata lain RISC adalah
arsitektur komputer dengan kumpulan perintah (instruksi) yang sederhana, tetapi
dalam kesederhanaan tersebut didapatkan kecepatan operasi setiap siklus
instruksinya. Kebanyakan pada proses RISC , instruksi operasi dasar aritmatik
hanya penjumlahan dan pengurangan, untuk perkalian dan pembagian sudah dianggap
operasi ang kompleks. RISC menyederhanakan rumusan perintah sehingga lebih
efisien dalam penyusunan kompiler yang pada akhirnya dapat memaksimumkan
kinerja program yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi.
Ada beberapa elemen penting dalam arsitektur RISC, yaitu :
· Set
instruksi yang terbatas dan sederhana
· Register
general-purpose yang berjumlah banyak, atau pengguanaan teknologi kompiler
untuk mengoptimalkan pemakaian regsiternya.
· Penekanan
pada pengoptimalan pipeline instruksi.
Ciri-ciri karakteristik RISC :
· Instruksi
berukuran tunggal.
· Ukuran
yang umum adalah 4 byte.
· Jumlah
mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah.
· Tidak
terdapat pengalamatan tak langsung.
· Tidak
terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi
aritmatika .
Ada tiga buah elemen yang menentukan karakter arsitektur
RISC, yaitu:
· Penggunaan
register dalam jumlah yang besar. Hal ini dimaksudkan untuk mengoptimalkan
pereferensian operand.
· Diperlukan
perhatian bagi perancangan pipeline instruksi. Karena tingginya proporsi
instruksi pencabangan bersyarat dan prosedur call, pipeline instruksi yang
bersifat langsung dan ringkas akan menjadi tidak efisien.
· Terdapat
set instruksi yang disederhanakan (dikurangi).
Perkembangan RISC
Pada tahun 1980, John Cocke di IBM menghasilkan minikomputer
eksperimental, yaitu IBM 801 dengan prosesor komersial pertama yang menggunakan
RISC. Pada tahun itu juga, Kelompok Barkeley yang dipimpin David Patterson
mulai meneliti rancangan RISC dengan menghasilkan RISC-1 dan RISC-2.
Pemakai Teknik RISC
o IBM dengan Intel Inside-nya.
o Prosessor PowerPC, prosessor buatan
motorola yang menjadi otak utama komputer Apple Macintosh.
Konsep Arsitektur RISC
Konsep arsitektur RISC banyak menerapkan proses eksekusi
pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang diperlukan untuk melakukan
pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar, eksekusi secara pipeline
memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu untuk melakukan pekerjaan
yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih rumit. RISC memerlukan memori
yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. Dengan
mengoptimalkan penggunaan memori register diharapkan siklus operasi semakin
cepat.
RISC vs CISC
Dari segi kecepatannya, Reduced Instruction Set Computer
(RISC) lebih cepat dibandingkan dengan Complex Instruction Set Computer (CISC).
Ini dikarenakan selain instruksi-instruksi pada RISC lebih mudah untuk
diproses, RISC menyederhanakan instruksi . Jumlah instruksi yang dimiliki oleh
prosesor RISC kebanyakan berjumlah puluhan (±30-70), contoh: COP8 buatan
NationalSemiconductor memiliki 58 instruksi; sedangkan untuk prosesor CISC
jumlahnya sudah dalam ratusan (±100 atau lebih).
CISC dirancang untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit). Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan kompiler bahasa pemrograman tingkat tinggi. Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin.
CISC dirancang untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit). Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan, tetapi konsep ini menyulitkan dalam penyusunan kompiler bahasa pemrograman tingkat tinggi. Dalam CISC banyak terdapat perintah bahasa mesin.
Eksekusi Instruksi RISC
Waktu eksekusi dapat dirumuskan dengan:
Waktu eksekusi = N x S x T
Dengan:
· N
adalah jumlah perintah
· S
adalah jumlah rata-rata langkah per perintah
· T
adalah waktu yang diperlukan untuk melaksanakan satu langkah
a. Kecepatan
eksekusi dapat ditingkatkan dengan menurunkan nilai dari ketiga varisbel di
atas.
b. Arsitektur CISC
berusaha menurunkan nilai N (jumlah perintah), sedangkan
c. Arsitektur RISC
berusaha menurunkan nilai S dan T.
d. Proses pipeline dapat
digunakan untuk membuat nilai efektif S mendekati 1 (satu) artinya komputer
menyelesaikan satu perintah dalam satu siklus waktu CPU.
e. Nilai T dapat
diturunkan dengan merancang perintah yang sederhana.
REFRENSI:
Tidak ada komentar:
Posting Komentar