Enjoy in my blog !!: ARSITEKTUR SIMD DAN SISD

ARSITEKTUR SIMD DAN SISD

by shela mutia on Nov.22, 2009, under

ARSITEKTUR SIMD (SINGLE INSTRACTION MULTIPLE DATA STRING DAN ARSITEKTUR SISD

Algoritma Paralel adalah sebuah algoritma yang dapat dieksekusi sepotong pada waktu pada banyak perangkat pengolahan yang berbeda, dan kemudian digabungkan bersama-sama lagi pada akhir untuk mendapatkan hasil yang benar. Algoritma paralel berharga karena perbaikan substansial dalam multiprocessing sistem dan munculnya multi-core prosesor. Secara umum, lebih mudah untuk membangun komputer dengan prosesor cepat tunggal dari satu dengan banyak prosesor lambat dengan sama throughput yang . Tapi kecepatan prosesor meningkat terutama dengan mengecilkan sirkuit, dan prosesor modern yang mendorong ukuran fisik dan batas panas. Hambatan kembar telah membalik persamaan, membuat multiprocessing praktis bahkan untuk sistem kecil. Biaya atau kompleksitas algoritma serial diperkirakan dalam hal ruang (memori) dan waktu (siklus prosesor) yang mereka ambil. Algoritma paralel perlu mengoptimalkan satu sumber daya yang lebih, komunikasi antara prosesor yang berbeda. Ada dua cara paralel prosesor berkomunikasi, memori bersama atau pesan lewat.

Desain

A. SIMD Single Instruction Stream, Multiple Data Stream

Kelas komputer paralel dalam taksonomi Flynn . Ini menggambarkan komputer dengan beberapa elemen pemrosesan yang melakukan operasi yang sama pada beberapa titik data secara bersamaan. Dengan demikian, mesin tersebut memanfaatkan data tingkat paralelisme . SIMD ini terutama berlaku untuk tugas umum seperti menyesuaikan kontras dalam citra digital atau menyesuaikan volume audio digital . Paling modern CPU desain termasuk instruksi SIMD dalam rangka meningkatkan kinerja multimedia digunakan.

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 :

1. Tidak semua algoritma dapat vectorized. Misalnya, tugas aliran-kontrol-berat seperti kode parsing tidak akan mendapat manfaat dari SIMD.

2. Ia juga memiliki file-file register besar yang meningkatkan konsumsi daya dan area chip.

3. 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 .)

4. Pemrograman dengan khusus SIMD set instruksi dapat melibatkan berbagai tantangan tingkat rendah.

5. SSE (Streaming SIMD Ekstensi) memiliki pembatasan data alignment , programmer akrab dengan arsitektur x86 mungkin tidak mengharapkan ini.

6. Mengumpulkan data ke dalam register SIMD dan hamburan itu ke lokasi tujuan yang benar adalah rumit dan dapat menjadi tidak efisien.

7. Instruksi tertentu seperti rotasi atau penambahan tiga operan tidak tersedia dalam beberapa set instruksi SIMD.

8. Set instruksi adalah arsitektur-spesifik: prosesor lama dan prosesor non-x86 kekurangan SSE seluruhnya, misalnya, jadi programmer harus menyediakan implementasi non-Vectorized (atau implementasi vectorized berbeda) untuk mereka.

9. Awal MMX set instruksi berbagi register file dengan tumpukan floating-point, yang menyebabkan inefisiensi saat pencampuran kode floating-point dan MMX. Namun, SSE2 mengoreksi ini.

SIMD dibagi menjadi beberapa bentuk lagi yaitu :

1. Exclusive-Read, Exclusive-Write (EREW) SM SIMD

2. Concurent-Read, Exclusive-Write (CREW) SM SIMD

3. Exclusive-Read, Concurrent-Write (ERCW) SM SIMD

4. Concurrent-Read, Concurrent-Write (CRCW) SM SIMD

B. SISD Single Instruction stream, Single Data Stream

istilah yang mengacu pada 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

Flowchart SISD dan SIMD

Sebagai perbandingan, pada gambar di bawah ini, 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