Arsitektur SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream) dengan Arsitektur SISD (Single Instruction Single Data Stream)

19.21 |

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