Multiprocessor - Time Sharing Arsitektur dan Organisasi Komputer Disusun Oleh: Iis Widya Harmoko Ronal Chandra Yoga Prihastomo Magister Ilmu Komputer Universitas Budi Luhur Agenda Agenda presentasi adalah sebagai berikut: Terminologi Klasifikasi Flynn Komputer MIMD Performa Multiprocessor Time Sharing Kesimpulan
Terminologi-1 Parallel Processing Pemrosesan informasi yang menekankan pada pengolahan elemen-elemen data dari satu atau lebih proses untuk memecahkan masalah tunggal. Komputer Paralel Komputer dengan beberapa prosesor yang mampu melaksanakan pemrosesan paralel Super komputer Komputer serba guna yang mampu menyelesaikan masalah- masalah dengan kecepatan komputasi yang luar biasa, dibandingkan dengan komputer-komputer lain pada masa yang sama. Semua super komputer kontemporer adalah komputer paralel. l Terminologi-2 Data Parallelism Penggunaan beberapa unit fungsi untuk melaksanakan suatu operasi yang simulatan pada beberapa elemen dari suatu set data. Pipelining dan data parallelism merupakan cara untuk meningkatkan konkurensi. Perbandingan antara mesin sekuensial (a), pipeline (b), dan data-paralel (c) ditunjukkan dengan ilustrasi berikut. A,B,C : langkah masing-masing yang memerlukan satu satuan waktu w1,w1, : data (a) A B C W2 W1 A B C W3 W1 A B C W4 W3 W2W1 A B C W4 W2 (b) (c)
Terminologi-3 Pipeline Pada konsep pipeline/pipelining, instruksi yang akan dikerjakan oleh komputer dibagi menjadi beberapa subsiklus instruksi yang lebih kecil. Beberapa sub siklus instruksi dari fungsi atau program yang berbeda dapat diproses secara bersamaan (secara paralel) pada perangkat keras yang terpisah. Multiprogramming Pelaksanaan beberapa program, dalam interval waktu yang sama. Multiprocessing Pelaksanaan/pengeksekusian beberapa kejadian (event) dari satu atau lebih program secara bersamaan dengan menggunakan beberapa pemroses. Event bisa berupa kejadian apa saja yang merupakan bagian pelaksanaan suatu instruksi. Terminologi-4 instruksi program 2 2 1 1 waktu a b a b pipelining i multiprogramming waktu 2 1 instruksi a b multiprocessing waktu
Klasifikasi Flynn 1. SISD (Single l Instruction memori (M) CPU stream, Single Data stream) Instruksi pada komputer SISD dijalankan satu-persatu. Contoh : komputer Von Neuman 2. SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream) Suatu instruksi pada komputer SIMD dilaksanakan satu persatu namun mampu bekerja pada beberapa aliran data sekaligus. Contoh : prosessor Array Ket. : Instruction Processor DE : Data Processor memori (M) Klasifikasi Flynn-2 3. MISD (Multiple l Instruction ti stream, Single Data stream) Melaksanakan beberapa operasi instruksi bersamaan pada satu aliran data. Belum ada penerapan dari komputer jenis ini M MUX 4. MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream) Eksekusi beberapa instruksi secara paralel, dimana masingmasing instruksi dapat beroperasi pada beberapa b aliran data. Kelompok ini meliputi komputer multiprocessor, seperti mainframe dan komputer super. M
Komputer MIMD Komputer MIMD Memori bersama (shared memory) Memori tersebar (distributed memory) Symmetric multiprocessor (SMP) Nonuniform Memory Access (NUMA) Clusters Berdasarkan cara berkomunikasinya, komputer paralel MIMD dibagi menjadi 2 kelompok besar, yaitu : komputer paralel dengan memori bersama dan komputer paralel memori tersebar. Pada kelompok k pertama, data dan program disimpan i pada suatu memori bersama dan masing-masing processor (dalam suatu komputer paralel) saling berkomunikasi melalui memori tersebut. Pada SMP,,beberapa b prosessor berbagi b memori yang sama melalui suatu bus dengan waktu akses ke berbagai lokasi memori relatif sama untuk masing-masing processor. Sedangkan pada NUMA, waktu akses memori untuk lokasi yang tidak sama dapat berbeda. Cluster dibentuk dari kumpulan beberapa b komputer dengan processor tunggal atau beberapa SMP yang saling dihubungkan dan dapat bekerja bersama-sama sebagai komputer tunggal. Performa Multiprocessor Ukuran performa atau kinerja multiprocessor yang paling penting adalah speedup (Sp), yaitu perbandingan waktu yang diperlukan untuk menjalankan suatu aplikasi dengan processor tunggal (dari suatu komputer paralel ) dengan waktu untuk menja-lankan aplikasi yang sama dengan p processor. dengan T1: waktu yang diperlukan 1 processor; p : waktu yang diperlukan dengan p processor T1 S ( Speedup ) Tp Effisiensi dari suatu algoritma paralel yang dijalankan pada sistem multiprocessor dengan p processor adalah : Speedup/ p; dengan p = jumlah processor.
Performa Multiprocessor-2 Tipe Speedup Tujuan sistem yang scalable adalah speedup linier (S=P), namun sulit diwujudkan karena: - tidak semua bagian dalam program dapat diparalelkan. - adanya overhead yang disebabkan oleh inisialisasi, sinkronisasi, komunikasi, koherensi cache, dan ketidakseimbangan beban. (S : sppedup dan P : jumlah processor) S Superlinier S > P Linier S = P Sublinier S < P P Performa Multiprocessor-3 AMDAHL Dalam terminologi i sistem komputer multiprosessor, hukum Amdahl dinyatakan sebagai berikut : 1 p S max 1 f f p f ( p 1) p dengan, Smax : adalah speedup maksimum yang dapat dicapai oleh komputer paralel dengan p prosessor, p : jumlah prosessor, f : bagian/fraksi dari operasi komputasi yang dapat dikerjakan secara paralel (dalam terminologi waktu), dimana 0 f 1. Hukum ini mengasumsikan bahwa tiap prosessor melakukan sejumlah kompu- tasi paralel yang setara. Untuk mencapai speedup yang baik, fraksi komputasi yang dijalankan secara sequensial harus sangat kecil. Tidak akan terlalu bermanfaat menggunakan sistem multiprosessor atau komputer paralel untuk mengerjakan aplikasi yang memiliki bagian sequensial yang besar.
Performa Multiprocessor-4 Case Apabila waktu yang diperlukan untuk mengeksekusi k suatu program aplikasi i dengan suatu algoritma sequensial dengan prosessor tunggal yang merupakan bagian dari suatu komputer paralel adalah 8 detik dan waktu yang diperlukan untuk mengeksekusi program yang sama dengan komputer paralel yang terdiri dari 5 prosessor adalah 2 detik, berapakah speedup (S) dan effisiensinya? Jawab : Speedup p( (S) = T1 / T4 = 8 / 2 = 4 Effisiensi = S / p = 4 / 5 = 0.8 Dimisalkan suatu aplikasi tertentu dijalankan pada komputer paralel dengan 64 prosessor dan 70% komputasi dari aplikasi tersebut dapat dikerjakan secara paralel. Berapakah speedup maksimum yang dapat diharapkan dari sistem tersebut dan bandingkan apabila aplikasi yang sama dijalankan pada komputer paralel dengan 16 prosessor. Jawab : S max (64 ) = 64 / (64 0,7.63) = 3,22 S max (16) = 16 / (16 0,7.15) = 2.91 Ternyata perubahan speedup jauh lebih kecil dibanding peningkatan jumlah prosessor yang digunakan. Time Sharing-1 Time sharing adalah inovasi i yang memungkinkan k komputer-komputer besar memproses banyak tugas secara simultan, dengan memberikan potongan waktu pada masing-masing tugas, dan beralih dari satu tugas ke tugas lainnya dengan cepat. Varian dari multiprogramming, dimana tiap pemakai mempunyai satu terminal on-line dengan pemroses hanya memberi layanan pada pemakai yang aktif secara bergantian dengan cepat. Pemakai akan merasa dilayani terus menerus, padahal sebenarnya digilir persatuan waktu yang cukup singkat.
Time Sharing-2 Perbedaan Time Sharing dengan Batch Multiprogramming Batch Time Sharing Multiprogramming Principal objective Maximize processor use Minimize response time Source of directives to Job control language Commands entered at the operating system commands provided with terminal the job Time Sharing-3 Skema SMP Processor L1 Cache Processor L1 Cache Processor L1 Cache L2 Cache L2 Cache L2 Cache BUS Main Memory I/O Subsystem I/O Adapter I/O Adapter I/O Adapter
Time Sharing-4 Skema SMP Time shared/common bus (bus bersama) Seperti ditunjukkan pada gambar skema organisasi komputer SMP. Pada organisasi ini, semua prosessor dan modul I/O berbagi bus untuk mengakses memori utama. Kelebihan : Kekurangan: sederhana (simplicity), fleksibel, handal (reliability). koherensi cache. Time Sharing-5 CPU melakukan k multiplex l pada beberapa b jobs yang berada di memory (dan disk) CPU hanya dialokasikan kepada jobs yang telah siap dan berada di memori Besar memori masih sangat terbatas: Pada job dilakukan swapped in dan out dari memory ke disk. Komunikasi on-line (interaktif) antara user dan sistim: jika OS telah selesai mengeksekusi satu perintah, menunggu perintah berikut bukan dari card reader, tapi dari terminal user On-line system harus tersedia bagi user yang akan mengakses data dan kode.
Kesimpulan Dengan memanfaatkan kemampuan sistem operasi untuk melakukan multiprogramming (multitasking), maka dimungkinkan juga menyisipkan job-job interaktif yang berasal dari beberapa user yang berbeda melalui sistem jaringan terminal. Teknik ini disebut Time Sharing Dengan kata lain, teknik time-sharing memiliki basis yang sama dengan teknik multiprogramming, perbedaanya adalah bahwa pada time-sharing i job-job jb yang diii disisipkan (interleaved) berasal dari user yang berbeda-beda melalui jaringan terminal. Referensi Buku: Stalling, William. Computer Organization And Architecture Designingfor Performance. 2010. Prentice Hall Website: http://en.wikipedia.org/wiki/flynn%27s_taxonomy http://www.cs.toronto.edu/ toronto edu/~demke/469f.06/lectures.shtml shtml http://www.cs.vu.nl/~ast/books/book_software.html