Jelaskan perbedaan dari
arsitektur SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream) dengan arsitektur
SISD (Single Instruction Single Data Stream) !
Single
Instruction Stream Multiple Data Stream (SIMD)
SIMD
adalah satu unit kontrol yang mengeksekusi aliran tunggal instruksi, tetapi
lebih dari satu elemen pemroses. Mesin SIMD secara umum mempunyai
karakteristik sbb:
- Mendistribusi proses ke sejumlah besar
hardware
- Beroperasi terhadap berbagai elemen
data yang berbeda
- Melaksanakan komputasi yang sama
terhadap semua elemen data
Peningkatan
kecepatan pada SIMD proporsional dengan jumlah hardware (elemen
pemroses) yang tersedia. SIMD bertugas untuk menyesuaikan kontras dalam
citra digital atau menyesuaikan volume audio digital. Desain CPU modern
termasuk instruksi SIMD dalam rangka meningkatkan kinerja multimedia yang
digunakan.
Keuntungan SIMD
- Keuntungan SIMD antara lain sebuah
aplikasi adalah salah satu dimana 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.
Kekurangan SIMD
- Tidak semua algoritma dapat
vectorized. Misalnya, tugas aliran-kontrol-berat seperti kode parsing
tidak akan mendapat manfaat dari SIMD.
- Ia juga memiliki file-file register
besar yang meningkatkan konsumsi daya dan area chip.
- Saat ini, menerapkan algoritma
dengan instruksi SIMD biasanya membutuhkan tenaga manusia, sebagian besar
kompiler tidak menghasilkan instruksi SIMD dari khas Program C, misalnya
vektorisasi dalam kompiler merupakan daerah aktif penelitian ilmu
komputer.
- Pemrograman dengan khusus SIMD set
instruksi dapat melibatkan berbagai tantangan tingkat rendah.
- SSE (Streaming SIMD Ekstensi)
memiliki pembatasan data alignment, programmer akrab dengan arsitektur x86
mungkin tidak mengharapkan ini.
- Mengumpulkan data ke dalam register
SIMD dan hamburan itu ke lokasi tujuan yang benar adalah rumit dan dapat
menjadi tidak efisien.
- Instruksi tertentu seperti rotasi
atau penambahan tiga operan tidak tersedia dalam beberapa set instruksi
SIMD.
- 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.
- 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 :
- 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
Single
Intruction Stream, Single Data Stream (SISD)
SISD adalah satu CPU
yang mengeksekusi instruksi satu persatu dan menjemput atau menyimpan
data satu persatu. 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.
Contoh Flowchart SISD
dan SIMD
Sebagai contoh perbandingannya, pada gambar diatas A SISD, untuk sistem SISD
memiliki 4 sektor yaitu X1, X2, X3, dan X4, yang dimana merepresentasikan blok
instruksi, setelah mengeksekusi X1, tergantung dari nilai X berapa.. sesuai
atau tidak, kalau ya dia akan langsung jalan ke X2, jika X tidak sesuai akan
jalan ke X3. Yang kemudian dari masing-masing X2 ataupun X3 akan langsung
melanjutkan eksekusi ke tahap akhir yaitu 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
Storyboard SIMD
Refrensi :