Page 1
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 1/24
KOMPUTER KINERJA TINGGI
Diajukan Sebagai Tugas Arsitektur Komputer
DiSusun Oleh:
Nama : TEGUH SETIO
: BAGAS PUTRA .Y
: HARI PURWANGGA .K
Nim : 14-55-201-397
: 14-55-201-351
: 14-55-201-
Fakultas : Teknik Informatika
Sm/Kelas : III F1/F2
Dosen : Fauyhi Eko N., S.Kom., M.Kom
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH TANGERANG
JL.Perintis Kemerdekaan 1/33 Cikokol - Kota tangerang
Tlp . (021) 55730730 – 55730731 – 55371198
Page 2
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 2/24
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami penjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas
rahmat-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah
yang berjudul “Komputer Kinerja Tinggi”. Penulisan makalah ini
merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah Arsitektur
Komputer
Dalam Penulisan makalah ini kami merasa masih banyak
kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan
kemampuan yang kami miliki. Untuk itu, kritik dan saran dari semua
pihak sangat kami harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah
ini.
Dalam penulisan makalah ini penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang membantu dalam
menyelesaikan makalah ini, khususnya kepada Dosen kami yang telah
memberikan tugas dan petunjuk kepada kami, sehingga kami dapatmenyelesaikan tugas ini.
Page 3
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 3/24
DAFTAR ISI
KATAPENGANTAR .................................................................................................... i
DAFTAR ISI ................................................................................................................ ii
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ........................................................................................................ 1
B. Fungsi Dasar ............................................................................................................ 2
C. Tujuan Pembelajaran................................................................................................ 3
D. Sasaran Komputer Kinerja Tinggi ........................................................................... 4
BAB II PEMBAHASAN
A.Konsep Dasar Komputer Kinerja Tinggi .................................................................. 5
B. Kasifikasi Arsitektur Komputer ............................................................................... 6
C. Symmetric Multiprosesor (SMP) ............................................................................ 7
D. Cachce Coherence.................................................................................................... 8
E. Multithreading .......................................................................................................... 9
F. Cluster..................................................................................................................... 10
G. CC-NUMA............................................................................................................. 11
H. Processor Vector dan GPU .................................................................................... 12
BAB III PENUTUP
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ .......13
Page 4
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 4/24
BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pada awalnya komputer dirancang untuk keperluan yang terbatas. Sejalan dengan
semakin meningkatnya penggunaan komputer untuk berbagai keperluan aplikasi maka
arsitektur komputer terns dikembangkan. Teknologi dasar Integrated Circuit (IC)
menjadi kunci tumbuhnya arsitektur dan sistem komputer. Semakin cepatnya respon
yang dibutuhkan oleh pengguna maka semakin meningkatkan kebutuhan komputer
kinerja tinggi.
International Business Machine (IBM) sebagai perusahaan pertama pada bidang mesin
komputer, membuat komputer mainframe sebagai komputer berkinetja tinggi.
Komputer jenis ini digunakan sebagai pemroses urusan-urusan dalam skala besar,
seperti pada perusahaan-perusahaan besar.
B. FUNGSI
Data besar adalah aset yang dapat dijadikan aset perusahaan yang menghasilkan
pendapatan baru. Perubahan trend ini memiliki konsekuensi pada teknologi komputer
sebagai pemroses data DASAR
C. TUJUAN PEMBELAJARAN
Mengenal Lebih dalam kinerja tentang komputer kinerja tinggi. Pada bagian ini ini di
bahas konsep dasar prosesor kinerja yang di gunakan untuk memperoses sejumlah data
yang besar dan aplikasidengan waktu respon yang memadai
D. SASARAN KOMPUTER KNERJA TINGGI
Komputer kinerja tinggi adalah sebuah sistem komputer yang dirancang untuk
memproses instruksi dan data dalam jumlah yang besar. Sangat relevan untuk
membicarakan komputer kinerja tinggi dalam pemrosesan data yang besar.
Page 5
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 5/24
20.1 Konsep Dasar Komputer Kinerja Tinggi
Perkembangan teknologi tumbuh sejalan- dengan tuntutan perkembangan aplikasi
pengguna. Salah satu trend yang sekarang berkembang adalah pemrosesan data dalam
jumlah yang besar, big data. Data besar adalah aset yang dapat dij adikan aset
perusahaan yang menghasilkan pendapatan baru. Perubahan trend ini memiliki
konsekuensi pada teknologi komputer sebagai pemroses data. Diperlukan komputer
kecepatan tinggi yang dapat memroses data dalam jumlah besar dengan waktu yang
relatif cepat.
Komputer kinerja tinggi adalah sebuah sistem komputer yang dirancang untukmemproses instruksi dan data dalam jumlah yang besar. Sangat relevan untuk
membicarakan komputer kinerja tinggi dalam pemrosesan data yang besar.
Instruksi dan data diproses oleh prosesor. Kata kuncinya adalah prosesor. Peningkatan
kinerja prosesor dapat dilakukan dengan berbagai cara seperti proses yang terkenal
multitasking dan pipelining. Ke'dua konsep tersebut diterapkan pada prosesor tunggal
dengan melakukan pembagian waktu proses instruksi. Pada proses mulitasking
terdapat beberap instruksi yang dikerjakan secara bersama-sama, lebih tepatnya
bergantian. Seolah-olah dikerjakan bersamaan, pada kenyataannya dikerjakan secara
bergantian. Tidak mungkin dua instruksi dikerjakan secara bersamaan, pada tipe
komputer prosesor tunggal, karena hanya ada satu prosesor yang mengeksekusi
instruksi-instruksi tersebut. Konsep pipelining, mirip dengan sistem ban berjalan pada
lini produksi. Pemrosesan instruksi terdiri beberapa tahapan dari mulai pengambilan
instruksi dari dari memori, penerjemah, eksekusi, akses pengisian register (terdapat
beberapa jenis tahapan eksekusi instruksi tergantung jenis instruksinya). Satu instruksi
dikerjakan dalam satu siklus, pada sistem konvensional. Pada sistem pipelining,
terdapat beberapa instruksi yang dikeljakan secara besamaan dengan tahapan yang
berbeda. Pada saat instruksi pertama diterjemahkan, prosesor dapat mengambil
instruksi yang kedua dari memori. Demikian seterusnya.
Kinerja ' Prosesor tunggal sudah mendekati maksimal sementara tuntutan kinerja
pemrosesan untuk instruksi dan data yang besar masih belum tuntas, diperlukan
konsep berikutnya yaitu multiprosesor. Konsepnya adalah melipatgandakan jumlah
prosesor sebagai mesin pemroses. Komputer kinerja tinggi dibangun dari kumpulan
'prosesor yang bekerja secara bersama-sama untuk menyelesaikan instruksi dan data.
Page 6
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 6/24
Terdapat banyak variasi pengembangan komputer kinerja tinggi dengan melibatkan
lebih dari satu prosesor. Terdapat berbagai arsitektur yg dibangun untuk mewujudkan
sistem berkinerja tinggi. Sampai saat ini terdapat berbagai konsep klasiflkasi arsitektur
komputer berkinerja tinggi. Berikut ini pembahasan klasifikasi arsitektur komputer berkinerja tinggi
20.2 Klasifikasi Arsitektur Komputer
Terdapat banyak variasi pengembangan komputer kinerja tnggi dengan melibatkan
lebih dari satu prosesor Berikut ini beberapa klasiflkasi arsitektur komputer kinerja
tinggi.
a. Klas iiikasi Flynn (Tahun 1966) Klasifikasi arsitektur komputer berdasarkan Flynn
terdiri dari kombinasi sejurnlah instruksi dan data. Instruksi berhubungan dengan unit
kendali (control unit, CU) yang dikerjakan oleh unit pemroses (processing unit)
dengan mengakses data yang terdapat pada memori dan disimpan kembali ke dalam
memori
Terdapat empat katagori sebagai berikut.
-single-instuction data streams (SISD)
Pada sistem ini terdapat sebuah prosesor yang mengeksekusi sebuah instruksi setiap
waktu dan mengoperasikan data yang tersimpan dalam sebuah memori. Sistem ini
berjalan seperti pada computer-komputer yang umumnya digunakan saat ini. S istem
ini diistilahkan sebagai sistem prosesor tunggal.
- Single- instrucn'on multiple data streams (SIMD)
Pada sistem ini terdapat sejumlah prosesor yang mengeksekusi sebuah instruksi yang
mengeljakan sekumpulan elemen data dalam memori. Sistem seperti ini digunakan
untuk menyelesaikan data-data array atau vektor. Implementasi sistem ini adalah
prosesor array dan vektor.
- Multsze-insh'uction single-data streams (MISD)
Page 7
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 7/24
Pada sistem ini terdapat sejumlah instruksi yang dikerjakan pada setiap prosesor yang
mengerjakan serangkaian data. Sistem ini kurang efesien sehingga tidak
diimplementasikan.
-Multiple-instruction multiple-data streams (MIMD)
Pada sistem ini terdapat sejumlah prosesor yang mengeksekusi sejumlah instruksi
yang mengoperasikan sejumlah data. Contoh sistem yang menggunakan sistem ini
adalah symmetric multiprocessor, sistem cluster dan Non Uniform Memory Access
(NUMA).
Konsep arsitektur Flynn dapat digambarkan sebagai sekumpulan unit kendali, unit
pemroses dan memori. Gambar 20.1. menunjukan arsitektur berdasarkan klasiiikasi
Flynn, yang meliputi SISD, SIMD, MIMD memori bersama dan MIMD memori
terdistribusi.
Intruksi Data
(a) SISD
Data
Data
Intruksi
Data
Data
(b) SIMD
Memori
Intruksi
Unit
Kendali
Unit
Peroses
Memori
Unit
Pemroses2
Memori
1
Unit
Pemroses1
Unit
Kendali
Memori
Intruksi Memori
3
Memori
2
Unit
Pemroses4
Unit
Pemroses3
Memori
4
Page 8
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 8/24
Gambar 20.1 (a) menunjukan sistem SISD yang terdapat sebuah untuk kendali yang
berfungsi menteljemahkan instruksi untuk dikeljakan oleh unit pemroses. Instruksi
tersebut berasal dari memori instruksi. Aliran instruksi dari unit kendali ke unit
pemroses berkorelasi dengan ah'ran data yang terdapat pada memori. Data yang
diproses berasal dari memori dan hasilnya disimpan lagi ke dalam memori.
Pada sistem SISD terdapat satu aliran instruksi dari unit kendali ke unit pemroses dan
terdapat satu aliran data dari memori ke unit pemroses dan sebaliknya.
Gambar (b) menunjukan sistem SIMD yang menggambarkan sebuah unit kendali yang
menterjemahkan instruksi yang diproses oleh n buah unit pemroses. Masing-masing
unit pemroses mengerjakan sejumlah n buah aliran data yang berbeda yang berasal
dari n buah memori.
b. Klasifikasi Kuck (Tahun 1978)
Klasifikasi Kuck merupakan perluasan dari klasiflkasi Flynn dengan mendambahkan
scalar dan array pada jenis instruksi tunggal maupun jamak. Demikian juga pada tipe
data tunggal dan jamak dilihat dari tipe scalar dan array. Pada klasifikasi Kuck
terdapat 16 jenis arsitektur komputer.
c. Klasiiikasi Hwang dan Briggs (Tahun 1984)
Hwang dan Briggs melakukan penambahan pada tiga klasiiikasi Flynn. Hwang dan
Briggs mengenalkan sistem pengkelasan pada klasifikasi arsitektur komputer. Pada
tipe arsitektur SISD, ditambahkan katagori baru berdasarkan unit fungsional yaitu unit
fungsional tunggal dan banyak. SISD-S adalah SISD dengan unit fungsional tunggal
sementara SISD-S adalah SISD dengan unit fungsional jamak. Tipe MIMD
dikatagorikan berdasarkan loosly coupled dan tightly coupled, MIMD-L dan MIMD-T.
Tipe SIMD dikatagorikan berdasarkan satuan terkecil yaitu word-sliced processing
dan bit-sliced processing, SIMD- w dan SIMD-B
d. Klas itikasi Erlangen (Tahun 1981) Pada klasitikasi Erlangen dikenalkan sebuah unit
baru yang lebih rinci yaitu unit logika elementer (Elementary Logic Unit, ELU)
disamping unit kendali (Control Unit, CU) dan unit aritmetik dan logika (Arithmetic
and Logical Unit, ALU). Klas ifikasi Erlangen dinotasikan sebagai sistem tiga-Tuple (k,
d, w) dengan k adalah jumlah unit kendali, d jumlah unit aritmetik dan logika dan w
jumlah unit logika elementer (ELU). Misalkan arsitektur komputer (1,32,32)
menunjukan bahwa dalam arsitektur komputer tersebut terdiri dari 1 unit kendali, yang
mengendalikan 32 unit aritmetik dan logika yang masing-masingnya memihki 32 ELU.
Page 9
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 9/24
Gambar 20.2 skema klasifikasi komputer Erlangen
Secara umum arsitektur komputer. paralel dibagi dua yaitu arsitektur sistem paralel
real yaitu sistem yang memiliki lebih dari 1 prosesor dan arsitektur pipelining.
Arsitektur yang kedua sebenarnya terdapat
satu buah prosesor yang dapat mengerjakan pekerjaan lebih dari satu instruksi pada
satu waktu.
Pada sistem multiprosesor terdapat lebih dari satu unit kendali yang mengirimkan
instruksi ke dalam sistem. Pada sistem komputer array terdapat lebih dari satu unitaritmetik dan logika dan pada sistem word sliced machine terdapat lebih dari satu unit
logika elementer (ELU). Sementara itu pada sistem pipelining menunjukan seolah-
olah memiliki lebih dari satu unit kendali, unit aritmetik dan logika dan unit logika
elementer.
Komputer
Pararel
Sistem Pararel
Real
Word Sliced
Machine (w>1)
Komputer Array
(d>1)
Multiprosesor
(k>1)
Arithemetic-
Pipenil ing (w’>1)
Komputer Array
(d’>1)
Macro-pipeniling
(k’>1)
Pipelining
Page 10
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 10/24
e. Skema SIMD
Terdapat dua Skema implementasi model arsitektur SIMD. Pada Skema 1, masing-masing pemroses memiliki memori data internal. Pemroses dapat saling
berkomunikasi satu dengan yang lainnya melalui jaringan penghubung.
a.
Memori Intruksi
Unit Kendali
Pemroses
0
Pemroses
1
Pemroses
2
Memori
Data 1
Memori
Data 2
Memori
Data n-1
Pemroses
n-1
Memori
Data 0
Jaringan Penghubung
Page 11
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 11/24
(b) Skema Implementasi SIMD
Pada skema yang kedua prosesor dan memori berkomunikasi melalui jaringan
penghubung. Dua prosesor dapat saling bertukar data melalui modul memori.
Skema SIMD direpresentasikan dalam 5-tuple (N, C, I, M, F) dengan masing-masing
argumen sebagai berikut.
- N adalah jumlah elemen pemrosesan (N =2k, k21)
- C adalah kumpulan instruksi kendali yang digunakan oleh unit kendali, contoh, do,
for dan step.
- I adlaah kumpulan instruksi yang dieksekusi oleh unit pemrosesan yang sedang aktif.
- M adalah bagian dari elemen pemrosesan
- F adalah kumpulan fungsi interkoneksi yang menentukan jalur komunikasi diantara
elemen pemrosesan.
Unit Kendali
Pemroses
0
Pemroses
1
Pemroses
2
Pemroses
n-1
Memori Intruksi
Jaringan Penghubung
Memori
Data 1
Memori
Data 2
Memori
Data n-1
Memori
Data 0
Page 12
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 12/24
f. Skema MIMD
Pada Proses operasi MIMD dibagi menjadi dua katagori yaitu mekanisme sharedmemory dan arsitektur message-passing.
-Sistem Memori Bersama (shared-memory) 'Sebuah Sistem yang didalamnya terdapat
beberapa prosesor, isal a dan b, yang terhubung dengan sebuah memori bersama
melalui jaringan penghubung.
Gambar 20.4 Sistem Memori Bersama
Sebuah sistem yang terdapat beberapa prosesor, misal a dan b, yang mengakses
sebuah memori bersama melalui jaringan penghubung. Pada saat prosesor a akan
mengakses data pada memori maka prosesor a mengajukan permintaan kepada
memori. Prosesor a akan mengakses data selama prosesor b tidak sedang mengakses.
Pada saat memori melayani prosesor a dan prosesor b akses, maka memori akan
mengirim sinyal sibuk kepada prosesor b dan prosesor b menunggu sampai prosesor a
selesai.
Pada sistem UMA terdapat sejumlah prosesor yang dapat mengakses data pada semua
memori bersama dengan kesempatan yang sama. Sementara itu pada skema COMA,
masing-masing prosesor memiliki memori cache yang berfungsi menyimpan data
sementara. Pada arsitektur NUMA, masing-masing prosesor memiliki bagian khusus
untuk mengkses alamat pada memori bersama.
Prosesor a
Memori Bersama
Prosesor b
Jaringan Penghubung
Page 13
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 13/24
(a)Uniform memori acces (UMA)
(b) Cache-Only memory
Gambar 20.5 (c) Non Uniform Me mory Acces (NUMA)
Prosesor 1 Prosesor nProsesor 2
Jaringan Penghubung
Memori 2
Prosesor 1 Prosesor nProsesor 2
Memori Bersama 2
Prosesor 1
Memori Bersama 1
Prosesor n
Jarin an Pen hubun
Prosesor 2
Memori Bersama 2
Jaringan Penghubung
Cache 1 Cache nCache 2
Memori 1 Memori n
Memori Bersama 1
Page 14
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 14/24
- Sistem message-passing
Pada sistem ini terdapat sejumlah prosesor yang masing-masing mengakses memori
dihubungkan oleh sebuah bus. Masing-masing sistem ini dapat berkomunikasi dengan
sistem serupa melalui jaringan penghubung dengan melewatkan pesan.
Gambar 20.6 Arsitektur sistem multiposesor dengan massage -passing
Prosesor 1 mengakses memori 1 melalui bus 1 pada saat akan mengakses data pada
memori 2 maka prosesor 1 mengirimkan pesan melalui jaringan penghubung.
Prosesor 1
Bus 1
Memori 1 Prosesor 2 Memori 2
Bus n
Bus 2
Jaringan penghubung
Memori nProsesor n
Page 15
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 15/24
20.3 Symmetric Multiprocessor (SMP)
Multiprosesor simetris (Sysmmetric Multiprocessor, SMP) adalah sistemmultiprosesor yang terdiri dari beberapa prosesor yang identik yang mangakses
memori besama melalui bus (jaringan penghubung
Perbedaan mendasar antara sistem SMP dengan sistem prosesor tunggal adalah pada
pemrosesan instruksi. Pada prosesor tunggal pemrosesan instruksi dilakukan secara
serial, satu per satu. Sistem operasi dapat mengatur beberapa proses dijalankan secara
bersama~ sama dengan pembagian waktu pemrosesan oleh prosesor. Misal terdapat
empat buah proses, proses 1, 2, 3, dan 4. Keempat proses tersebut dapat dijalankan
secara bergantian.
Pada sistem SMP terdapat sejumlah N prosesor yang terhub-ung dengan sebuah
Memori Utama melalui Bus Sistem. Masing-masing prosesor memiliki dua bauh
Cache sebagai tempat menyimpan sementara sejumlah instruksi. Cache ini dibagi dua
yaitu cache level 1
yang terdapat pada masing-masing prosesor dan cache level 2 yang terdapat diluar
prosesor. Bus sistem dihubungkan dengan bus peraangkat masukan/luaran melalui
penghubung bus. Bus perangkat masukan/luaran terhubung dengan sejumlah M
perangkat masukan/luaran.
Prrsesor 1
Cache1 L1
Prrsesor 1
Cache2 L2 CacheN L1
Cache1 L2 Cache2 L2 Cache1NL2
Bus sistem
Memori
Utama
Penghubungi
Bus
Bus Perangkat masukan/Luaran
Prrsesor 1
Page 16
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 16/24
Gambar 20.8 Arsitektur Sistem SMP
20.4 Cache Coherence
Cache adalah memori yang menyimpan sementara data yang diekseskusi pada sebuah
prosesor. Dengan adanya cache ini maka proses eksekusi data akan lebih efesien.
Terdapat dua cara yang digunakan untuk menyelaraskan data dalam memori dan cache.
Pada saat prosesor membaca memori, data dari memori akan disalin ke dalam cache.
Prqsesor menulis dan membaca data dari cache. Secara periodik data pada cache akan
dituliskan balik kepada Memori utama. Cara penyelarasan data seperti ini diistilahkan
sebaga sistem tulis balik (write back). Disamping cara
pertama terdapat cara kedua yaitu pada saat data pada cache diubah maka secara
langsung, data pada memori utama diubah sesuai dengan perubahan data pada cache.
Cara ini diistilahkan sebagai sistem tulis langsung (write through).
Kedua cara ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Cara pertama adalah konsep yang
sesuai dengan tujuan awal adanya cache yaitu agar mempercepat proses eksekusi data
pada cache daripada mengakses memori utama, sehingga kelebihannya adalah
kecepatan. Kelemahan sistem ini adalah dimungkinkan adanya ketidakonsistenan data
pada saat prosesor lain mengakses data yang sama pada memori utama sementara nilai
terakhir dari cache belum dituliskan ke dalam memori utama. Cara kedua memiliki
kelebihan dalam hal konsistensi data. Data dalam memori utama selalu sama dengan
data pada cache sehingga kecil kemungkinan adanya ketidakkonsistenan. Kelemahan
cara kedua adalah setiap kali ada perubahan data di cache dilakukan penulisan ke
memori utama. Hal ini memerlukan waktu proses.
Pada kasus multiprosesor yang di dalamnya melibatkan banyak prosesor dengan cache
pada masing-masingnya maka dimungkinkan terjadinya ketidakcocokan antara data
yang terdapat pada cache prosesor 1 dengan cache prosesor 2 dan data memori utama.
Memori
Utama
Memori
Utama
Page 17
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 17/24
Hal ini merupakan masalah utama pada sistem SMP. Misal prosesor 1 mengambil data
pada alamat memori M[100] dan disimpan dalam cache prosesor 1. Berikutnya
prosesor 2 mengambil data juga pada alamat M[1oo]. Secara bersamaan masing-
masing prosesor mengupdate nilai memori tersebut. Maka akan terjadi
ketidakkonsistenan nilai pada alamat memori tersebut.
Masalah ketidakkonsistenan cache pada sistem SMP dapat d idekati dengan pengaturan
perangkat lunak pada level sistem operasi. Pengaturan penyelarasan nilai cache dapat
dilakukan pada saat program dijalankan. Sistem perangkat keras tidak berubah, proses
pemeriksaan konsistensi data cache dan memori dilakukan oleh perangkat lunak
sistem oprasi.
Gambar 20.9 Cache coherence
Pendekatan yang kedua adalah dengan menempkan mekanisme kendali memori dan
cache pada level perangkat keras. Terdapat pusat pengendali akses memori yang
memastikan bahwa proses pembacaan dan penulisan memori utama konsisten.
Pendekatan pemngkat keras ini memudahkan bagi pmgramer. tidak ada hal yang perlu
ditangani pada level perangkat lunak sistem.
Protokol MESI
Salah satu sistem untuk menangani ketidakkonsistenan cache adalah dengan
menggunakan protokol MESI yang merupakan kependekan dari Modified Exclusive,
Shared dan Invalid. Masing-masing adalah kondisi yang mungkin teljadi pada saat
akses memori utama dan cache.
Prrsesor 1
Cache1 L1
Prrsesor 2
Cache12L1
Cache1 L1 Cache1 L1
Bus Sistem
Memori
Utama
Page 18
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 18/24
Modified (dimodiiikasi) adalah kondisi pada saat data pada cache dimodiditikasi
sehingga berbeda dengan data aslinya di memori. Data
modifikasi ini hanya terdapat pada cache.
Exclusive (ekslusif): data yang terdapat pada suatu cache sama dengan data pada
memori tapi tidak terdapat pada cache lain. Shared (Bersama): Data yang terdapat
pada suatu cache sama dengan data pada memori utama dan mungkin juga terdapat
pada cache lain, Invalid (tidak valid): data yang terdapat pada cache tidak valid.
Read Miss adalah kejadian pada saat prosesor memerlukan data yang tidak terdapat
dalam cache lokal. Langkah yang dilakukan oleh prosesor adalah membaca langsung
dari memori utama. Prosesor mengirimkan sinyal pemberitahuan kepada seluruh
prosesor untuk mengatuhi proses baca data dari memori dan disalin ke dalam cache
lokal. Terdapat beberapa kemungkinan kondisi sebagai berikut.
-Jika terdapat cahce lain yang tidak memiliki salinan dari data tersebut maka akan
mengembalikan sinya shared. Prosesor tersebut kemudian mengubah status dari
eixclusive ke shared. Pada saat yang sama, prosesor yang menginisiasi pembacaan,
akan membaca data dari memori utama dan' menyalin data ke dalma cache dan
mengubah status cache dari invalid menjadi shared. '
-Jika satu atau beberap cache tidak menyalin data tersebut, maka masing-masing
berada pada status shard dan mengirim sinyal shared. Prosesor yang menginisiasi
kemudian membaca data dari memori dan mengubah status dari invalid menjadishared.
-Jika terdapat satu cache yang telah memodiiikasi data, maka cache tersebut mem-blok
pembacaan memori dan menyediakan data yang diminta ke dalam bus. Cache yang
merespon kemudian mengubah baris tersebut dari modified ke shared. Data dikirim ke
cache yang memerlukan. '
-Jika tidak ada cache yang memiliki salinan data, maka tidak ada sinya] yang
dikembalikan. Prosesor yang menginisiasi membaca data dan transisi dari status
invalid ke exclusive.
Read Hit terjadi pada saat prosesor memerlukan data yang terdapat
pada cache lokal. Tidak terjadi perubahan kondisi pada memori utama maupun cahce-
cache yang lain.
Page 19
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 19/24
Write Miss terjadi pada saat prosesor tidak menemukan data pada cache lokal untuk
dimodiflkasi. Prosesor membaca data pada memori utama kemudian menyalinnya ke
dalam cache lokal, dan mengubah statusnya menjadi modified.
Write Hit teljadi pada saat prosesor mcnulisi data pada cache lokal. Terdapat beberapakemungkinan perubahan tergantung kondisi cache Iokal saat ini, sebagai berikut.
- Kondisi shared : prosesor mengubah status ekslusif baris yang diupdate dan
memberitahukan prosesor lain untuk mengubah nilai data pada cache. Prosesor lain
yang status cache nya berbagi akan mengubah status menjadi invalid. Prosesor
mengubah isi memori utama dan prosesor lain menyalin data tersebut ke dalam cahce
masing-masing.
Kondisi exclusive : prosesor mengendalikan sepenuhnya pengubahan data pada cache
tersebut. Prosesor mengubah data tersebut dan menyah'n ke memori utama.
Kondis modified : prosesor langsung dapat memOdiflkaSi dan mengubah nilai pada
memori utama.
Page 20
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 20/24
20.5 Multithreading
Kinerja sebuah komputer diukur berdasarkan kecepatan respon terhadap aplikasi yangdijalankan pada level pengguna. Banyak faktor yang dapat menjadi pendukung
terciptanya kinerja komputer yang baik diantaranya adalah jumlah siklus instruksi,
kinerja prosesor, proses pipeline dan frekuensi clock komputer.
Kinerja prosesor sebagai salah satu penentu kinerja komputer dapat diuyatakan dalam
kemampuannya mengeksekusi instruksi. Semakin tinggi tingkat eksekusi instruksi
maka kinerja prosesor semakin tinggi. Rumus umum untuk tingkat eksekusi instruksi
dipengaruhi oleh dua hal yaitu frekuensi clock prosesor (f) dan jumlah instruksi per
siklus (Instruction per cycle, IPC)
Tingkat Eksekusi Instruksi (TEI) = f x IPC
Keterangan:
- f : frekuensi clock prosesor
- IPC : Instruction Per Cycle
Peningkatan pada kedua faktor, f dan IPC, dapat meningkatkan kinerja sebuah
prosesor. IPC sendiri dapat ditingkatkan dengan menggunakan mekanisme pipeline
yang memungkinkan untuk membagi proses eksekusi instruksi ke dalam beberapa sub proses yang masing-masing dapat dikerjakan secara independen.
Konsep lain untuk meningkatkan kinerja prosesor adalah dengan membagi eksekusi
serangkaian instruksi ke dalam sub rangkaian instruksi (thread). Konsep ini dikenal
sebagai konsep multithreading. Konsep ini menawarkan proses paralel pada level
eksekusi instruksi.
Page 21
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 21/24
20.6 Cluster
Semakin meningkatnya jumlah data yang harus diproses oleh komputer
mengakibatkan tuntutan kecepatan proses yang semakin tinggi. Sekarang saatnya big
data. IBM telah mengembangkan komputer super cepat sebagai server yang handal.
Perkembangan berikutnya terjadi pergeseran dari super komputer menuju komputer
pribadi yang relatif memiliki kapasitas keci].
Sistem cluster memiliki banyak keuntungan diantaranya adalah kemudahan
pengembangan. Pada saat . diperlukan adanya penambahan sumber daya komputer,
tidak perlu pembenahan dari awal. Cukup menambahkan sejumlah komputer yang
diperlukan. Disamping itu memiliki ketahanan dan ketersediaan yang kuat. Pada saat
terjadi kesalahan pada satu bagian komputer, tidak akan mempengaruhi keseluruhan
cluster. Terdapat mekanisme penanganan pada saat salah satu atau beberapa komputerdalam cluster mengalami kesalahan.
Kofigurasi sebuah cluster dapat diimplementasikan dengan menggunakan sebuah jalur
penghubung kecepatan tinggi sehingga tidak ada hambatan untuk komunikasi antar
komputer dalam cluster. Secara umum terdapat dua tipe kofiigurasi yaitu server tanpa
adanya memori bersama dan sistem Cluster dengan sebuah sistem memori bersama
yang digunakan oleh seluruh komputer dalam cluster.
Kekuatan cluster, disamping perangkat keras, adalah perangkat lunak penghubung
sebagai middleware yang mengatur operasional seluruh cluster komputer. Terdapat
beberapa isu penting yang perlu ditangani oleh sistem operasi yang menghubungkan
antar komputer dalam cluster. Beberapa hal yang perlu ditangani oleh sistem operasi
untuk sistem cluster sebagai berikut
a. Manajemen kegagalan: perangkat lunak sistem harus mampu menangani jika terjadi
kegagalan pada sebagian komputer atau sub sistem yang terhubung dengan cluster.
Secara umum terdapat dua pendekatan yaitu memastikan bahwa sistem benar-benar
handal dan sistem toleransi kesalahan.
b. Perimbangan beban: cluster terdiri dari sejumlah komputer yang bekerja secara
bersama-sama. Sistem akan semakin efesien jika beban pekeljaan merata diantara
seluruh komputer yang terdapat pada cluster. Menjadi isu penting bagi sistem operasi
untuk memastikan bahwa pengelolaan beban proses dapat disebarkan ke seluruh
komputer dalam cluster.
c. Proses paralel: konsep untuk mengerjakan beberapa proses secara bersamaan.
Dalam sistem cluster pun berlaku sistem paralel dengan asumsi bahwa sejumlah
komputer dalam cluster bekerja sama sebagai sebuah sistem yang utuh dimata
pengguna.
Page 22
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 22/24
20.7 CC-NUMA
Pada sistem multiprosesor terdapat sejumlah komputer yang mengakses sebuah sistemmemori yang sama. Salah satu contohnya adalah sistem Symmetric Multi Processor
(SMP). Pada sistem ini prosesor-prosesor memiliki peluang yang sama untuk akses
memori baik untuk operasi baca maupun tulis. Seluruh bagian memori dianggap sama.
Sistem seperti ini diistilahkan sebagai sistem yang memiliki akses memori secara
seragam atau Uniform Memory Access (UMA). Terdapat sistem lain yang membagi
akses memori ke dalam bebarapa bagian. Terdapat bagian memori yang dapat diakses
secara cepat dan lebih lambat. Prosesor dapat mengakses memori dengan kecepatan
yang berbeda. Sistem seperti ini dinamakan sebagai sistem akses memori yang tidak
seragam atau Nonuniform Memory Access (NUMA).
Baik UMA maupun NUMA adalah sistem akses memori pada sebuah sistem
multiprosesor yang masing-masing prosesor memiliki cache lokal untuk menampung
sementara data salinan dari memori utama. Masih terdapat masalah pada sistem seperti
ini yaitu koherensi dari data pada masing-masing cache dengan memori utama dan
cache prosesor lain. Sistem terakhir adalah sistem NUMA dengan sistem cache yang
koheren yang diistilahkan sebagai Cache-Coherence Nonuniform Memory Access
(CC-NUMA)
Arsitektur sistem CC-NUMA terdiri dari sejumlah cluster komputer yang masing-
masing cluster memiliki memori bersama dan terdiri dari sejumlah komputer. Sebuah
cluster yang terdiri dari sejumlah N buah komputer dengan sebuah memori bersama
dan bus sistem diistilahkan sebagai node. Dalam koniigurasi CC-NUMA, sister: terdiri
dari sejumlah node yang saling berhubungan. Satu node dengan node yang lainnya
dihubungkan dengan sebuah jaringat penghubung kecepatan tinggi.
Page 23
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 23/24
20.8 Prosesor Vector dan GPU
Pada sistem komputasi aritemtik terdapat operasi-operasi yang melibatkan sebuah
array atau vektor yang komplek namun seragam. Komputasi dengan variabel masukan
seperti ini memerlukan sistem prosesor khusus yang dapat eksekusi data secara
bersamaan. Pada sistem komputer yang dirancang untuk tujuan umum, proses ini
dapat dilakukan dengan melakukan iterasi yang lama. Diperlukan waktu yang lama
untuk melakukan operasi ini.
Contoh data yang banyak digunakan pada bidang aritmetik yaitu operasi vektor. Misal
terdapat vektor A dan B yang akan dijumlahkan menjadi vektor C.
2 3.2 5.2
3.3 4.2 7.4
4 3 7
17 + 7 = 24
25.2 8.4 33.6
7.6 9 16.6
12.5 2.8 15.3
A + B C
Gambar 20.10 Penjumlahan Vektor
Penjumlahan Vektor pada contoh A+B=C dengan menggunakan prosesor umum akan
memerlukan 7 kali iterasi penjumlahan. Walaupun dapat dipcrcepat dengan proses
pipeline, cara seperti ini kurang efesien dibandingkan dengan penggunaan sekemaarray prosesor.
Pada sistem prosesor vektor dapat digunakan sejumlah ALU yg dipasang secara serial
dengan konsep pipeline atau sejumlah ALU yang dipasang secara paralel untuk
mengerjakan data seragam dalam jumlah yang banyak. Sistem prosesor seperti ini
adalah bentuk khusus prosesor untuk menyelesaikan komputasi vector
Page 24
7/23/2019 komputer kinerja tinggi makalah
http://slidepdf.com/reader/full/komputer-kinerja-tinggi-makalah 24/24