MAKALAH ARSITEKTUR & ORGANISASI KOMPUTER “SUPERSCALAR” DOSEN PENGAMPU : ROKI HARDIANTO, M.KOM Disusun oleh : 1. DHIO INDRA FADILLA 2. NOFRI ARDY 3. SETIA CRISTIANI SIPAHUTAR (1757201078) (1757201037) (1757201020) PRODI SISTEM INFORMASI FAKULITAS ILMU KOMPUTER UNIVERSITAS LANCANG KUNING 2018 KATA PENGANTAR Puji beserta syukur kehadirat Allah SWT, atas segala limpahan taufiq serta hidayah–Nyayang telah memberi penulis kesempatan untuk menyelesaikan Tugas Makalah Arsitektur & Organisanisai Komputer ini. Adapun tujuan penulisan Makalah ini adalah untuk melengkapi tugas perkuliahan Arsitektur dan Organisasi Komputer. Melalui makalah ini, penulis akan membahan tentang “Superscalar”Dan terima kasih kepada Bapak Roki Hardianto, M.Kom yang selalu memberikan motivasi dan masukan sehingga makalah ini dapat diselesaikan. Penulis menyadari bahwa baik dari segi penulisan maupun isi, Makalah ini masih memiliki kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik yang membangun dan saran dari pembaca agar terbentuknya kesempurnaan makalah ini. Atas partisipasinya penulis mengucapkan terima kasih. Pekanbaru, Februari 2018 Penulis Page | i DAFTAR ISI KATA PENGANTAR..............................................................................................i DAFTAR ISI............................................................................................................ ii BAB I : PENDAHULUAN...................................................................................... 1 A. LATAR BELAKANG................................................................................... 1 B. RUMUSAN MASALAH............................................................................... 2 C. TUJUAN........................................................................................................ 2 BAB II : PEMBAHASAN....................................................................................... 3 A. Pengertian Superscalar................................................................................... 3 B. Cara kerja superscalar.................................................................................... 4 C. Teknik Dalam Superskalar.............................................................................5 D. Implementasi/ penerapan Superscalar............................................................6 E. Alasan desain Superscalar..............................................................................7 F. Kelebihan dan Kekurangan Superscalar........................................................ 7 G. Pipeline dan Superpipelined.......................................................................... 8 H. Contoh CPU yang menerapkan arsitektur superscalar...................................8 BAB III : PENUTUP. A. KESIMPULAN.............................................................................................. 12 B. SARAN.......................................................................................................... 12 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................... 13 Page | ii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang. Pada dasarnya semua tujuan-CPU umum dikembangkan sejak 1998 adalah superscalar. Diawali dengan “P6” (Pentium Pro dan Pentium II) pelaksanaan, Intel x86 arsitektur mikro yang telah menerapkan CISC pada set instruksi RISC superscalar mikro. Kompleks petunjuk yang diterjemahkan secara internal ke-RISC seperti “micro-ops” set instruksi RISC, prosesor yang memungkinkan untuk mengambil keuntungan dari performa yang lebih tinggiprosesor yang melandasi tetap kompatibel dengan prosesor Intel sebelumnya. Para pakar berpendapat bahwa, Superscalar adalah uniprocessor yang dapat mengeksekusi dua atau lebih operasi scalar dalam bentuk paralel. Superscalar merupakan salah satu rancangan untuk meningkatkan kecepatan CPU. Dalam kasus superscalar ideal, jika semua instruksi ditumpuk ke derajat yang maksimum yang mungkin dilakukan, maka eksekusi dilanjutnkan pada kecepatan penyelesaian satu instruksi dalam tiap siklus detak prosesor. Instruksi individual, mungkin masih memerlukan beberapa siklus detak agar selesai dilakukan. Tetapi untuk tujuan perhitungan, prosesor superskalar umumnya mampu melakukannya dalam tiap siklus. Prosesor superskalar umumnya menggunakan beberapa unit fungsional, menciptakan jalur paralel di mana berbagai instruksi yang berbeda dapat dieksekusi secara paralel. Dengan pengaturan tersebut, maka dimungkinkan untuk memulai eksekusi beberapa instruksi secara paralel tiap siklus detak. Tentu saja, eksekusi paralel harus mempertahankan kebenaran logikan program, sehingga hasil yang diperoleh harus sama dengan hasil dari eksekusi secara serial. Page | 1 B. Rumusan Masalah. 1. Apa Itu Superscalar? 2. Bagaimana cara kerja superscalar? 3. Bagaimana Teknik dalam superscalar? 4. Bagaimana implementasi dalam superscalar? 5. Kenapa superscalar digunakan dalam teknologi komputer? 6. Apa kelebihan dan kekurangan superscalar? C. Tujuan. 1. Mengetahui pembaca apa itu superscalar. 2. Mengetahui pembaca cara kerja superscalar dalam teknologi komputer. 3. Mengetahui penulis dan pembaca teknik/ cara dalam superscalar. 4. Mengetahui pembaca bagaimana penerapan superscalar dalam teknologi komputer. 5. Mengetahui pembaca tentang manfaat superscalar dalam teknologi komputer. 6. Mengetahui pembaca kelebihan dan kekurangan dari superscalar. Page | 2 BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Superscalar. Ada beberapa pendapat yang menguraikan tentang pengertian dari superscalar, antara lain: 1. Superscalar adalah sebuah inti prosesor yang mengeksekusi dua kali/lebih operasi scalar dalam bentuk paralel. Superscalar ini merupakan salah satu rancangan untuk meningkatkan kecepatan CPU. 2. Superscalar adalah sebuah prosesor yang memungkinkan eksekusi yang bersamaan dari instruksi yang banyak pada tahap pipeline yang sama sebaik tahap pipeline yang lain. 3. Superscalar adalah uniprocessor yang dapat mengeksekusi dua atau lebih operasi scalar dalam bentuk paralel. Superscalar merupakan salah satu rancangan untuk meningkatkan kecepatan CPU. Sejarah Seymour Cray’s CDC 6600 dari 1965 sering disebut sebagai pertama superscalar desain. Intel i960CA (1988) dan seri AMD 29000-29050 (1990) mikro yang komersial pertama chip tunggal superscalar mikro. CPU RISC seperti ini membawa konsep superscalar untuk mikro komputer RISC karena hasil desain yang sederhana inti, agar mudah instruksi dispatch dan keterlibatan beberapa unit fungsional (seperti ALUs) pada satu CPU dalam rancangan peraturan yang terpaksa waktu. Ini adalah alasan yang RISC desain yang lebih cepat dari CISC desain melalui ke dalam tahun 1980-an dan 1990an. Kecuali untuk digunakan dalam beberapa CPU-daya baterai perangkat, pada dasarnya semua tujuan-CPU umum dikembangkan sejak 1998 adalah superscalar. Diawali dengan “P6” (Pentium Pro dan Pentium II) pelaksanaan, Intel x86 arsitektur mikro yang telah menerapkan CISC pada set instruksi Page | 3 RISC superscalar mikro. Kompleks petunjuk yang diterjemahkan secara internal ke-RISC seperti “micro-ops” set instruksi RISC, prosesor yang memungkinkan untuk mengambil keuntungan dari performa yang lebih tinggiprosesor yang melandasi tetap kompatibel dengan prosesor Intel sebelumnya. Processor board of a CRAY T3e parallel computer with four superscalar Alpha processors. B. Cara kerja superscalar. 1. Superscalar dapat mengeksekusi instruksi 1 (I1) dan instruksi 2 (I2) secara pararel dengan syarat: a) Keduanya instruksi yang sederhana, b) I1 tidak melakukan proses jump, c) Tujuan (destination) dari I1 bukan sumber (source) dari I2, d) Tujaun (destinition) dari I1 bukan tujuan (destination) dari I2. 2. Jika kondisi diatas tidak dapat dipenuhi a) I1 melakukan proses U-pipe, b) I2 dijalankan di cycle berikutnya. Page | 4 Proses Superscalar: 1. Memproses lebih dari satu instruksi per clock cycle, 2. Sangat dimungkinkan untuk memisahkan siklus fetch and execute, 3. Memiliki Buffers pada fase antara proses fetch and decode, 4. Memiliki unit eksekusi yang Parallel. C. Teknik Dalam Superskalar. 1. Teknik yang dapat dilakukan dengan metode superscalar ini adalah dalam hal memperkirakan pencabangan instruksi (brach prediction) serta perkiraan eksekusi perintah (speculative execution). 2. Peristiwa ini sangat menguntungkan untuk program yang membutuhkan pencabangan dari kelompok intruksi yang dijalankannya. Branch Prediction. Program yang terdiri dari kelompok perintah bercabang sering digunakan dalam pemrograman. a. Pada CPU yang mendukung perintah pencabangan, CPU membutuhkan cukup banyak clock cycle, mengingat CPU menempatkan semuanya pada pipeline dan menemukan perintah berikutnya yang akan dieksekusinya. Page | 5 b. Sirkuit untuk branch prediction melakukan pekerjaan ini bekerja sama dengan pipeline, yang dilakukan sebelum proses di ALU dilaksanakan, dan memperkirakan hasil dari pencabangan tersebut. Speculative Execution a. CPU akan menggunakan melakukan perhitungan pada pipeline yang berbeda berdasarkan kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer. b. Jika kemungkinan yang dilakukan oleh komputer tepat, maka hasilnya sudah bisa diambil langsung dan tinggal melanjutkan perintah berikutnya. c. Jika kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer tidak tepat, maka akan dilaksanakan kemungkinan lain sesuai dengan logika instruksi tersebut. D. Implementasi/ penerapan Superscalar. 1. Proses fetch dari beberapa instruksi secara bersamaan. 2. Logika untuk menentukan ketergantungan sebenarnya yang meliputi nilai register. 3. Mekanisme untuk mengkomunikasikan nilai tersebut. 4. Mekanisme untuk menginisialisasi instruksi paralel. 5. Tersedianya sumber untuk eksekusi paralel dari beberapa instruksi. 6. Mekanisme processing instruksi dengan urutan yg sesuai. Pada penjelasan diatas bias diterangkan bahwa untuk superscalar dapat digunakan untuk berbagai keperluan dan dapat diimplementasikan pada perangkat prosessor seperti: Pentium 4 Pada Pentium, implementasi superscalar dapat dijabarkan sebagai berikut : 1. 80486 – CISC. 2. Pentium. 3. ada beberapa komponen superscalar. 4. 2 unit eksekusi integer yang terpisah. Page | 6 5. Pentium Pro – Full superscalar. 6. Memperhalus models subsequent & Meningkatkan design superscalar. E. Alasan desain Superscalar. Sebagian besar operasi menggunakan besaran/nilai skalar Operasi ini memungkinkan peningkatan kinerja sistem hingga level tertentu/ Superscalar Implementation. Kebanyakan operasi pada besaran skalar (satu instruksi dalam satu siklus waktu), Sehingga superscalar meningkatkan operasi ini untuk mendapatkan peningkatan secara keseluruhan. Proses fetch dari beberapa instruksi secara bersamaan. Logika untuk menentukan ketergantungan sebenarnya yang meliputi nilai register Mekanisme untuk mengkomunikasikan nilai tersebut. Mekanisme untuk menginisialisasi instruksi paralel. Tersedianya sumber untuk eksekusi paralel dari beberapa instruksi. Mekanisme processing instruksi dengan urutan yg sesuai. F. Kelebihan dan Kekurangan Superscalar. Kelebihan, Sebuah prosesor superscalar adalah jenis campuran ke dua. Setiap instruksi proses data satu item, namun ada beberapa fungsional berlebihan dalam setiap unit CPU sehingga beberapa petunjuk dapat memproses data terpisah item serentak. Keterbatasan/ kekurangan, Tersedia dari peningkatan kinerja superscalar teknik dibatasi oleh dua bidang utama: 1. Tingkat dari hakiki paralel dalam instruksi streaming, yakni terbatasnya jumlah instruksi level parallelism, dan 2. Kompleksitas waktu dan biaya yang terkait memberangkatkan dan ketergantungan memeriksa logika. G. Pipeline dan Superpipelined. Pipeline: 1. Adalah meningkatkan kinerja komputer dengan cara saling overlap tahapan dari instruksi yang berbeda. Page | 7 2. Pada pipeline untuk melakukan proses (stages) overlapping dibutuhkan paling tidak setengah clock. Sedangkan superscalar mengijinkan proses untuk bekerja secara bersamaan pada saat clock yang sama. Superpipelined: 1. Banyak tahap pipeline memerlukan waktu kurang dari setengah siklus clock, 2. Kecepatan clock internal yag double bisa mengerjakan dua tugas per siklus clock eksternal, 3. Superscalar memungkinkan mengambil eksekusi secara paralel. H. Contoh CPU yang menerapkan arsitektur superscalar. 486, Pentium, Pentium Pro, keluarga Intel Pentium, Intel Pentium Pro, Intel Pentium II, Intel Pentium III, Intel Itanium, Intel Xeon, Intel Pentium 4, Intel Pentium M, Intel Core dari Intel Corporation; keluarga AMD K5, AMD K6, AMD Athlon, AMD Athlon 64, dan AMD Opteron Arsitektur Superscalar pada Intel Pentium 1. 80486 – CISC. Adalah serangkaian prosesor mikro CISC skalar 32-bit Intel yang merupakan bagian dari keluarga prosesor x86 Intel. I486 merupakan penerus prosesor Intel 80386. Prosesor ini memiliki instruksi dan data cache yang tergabung dalam suatu chip, suatu floating-point unit (FPU) tambahan pada chip (khusus model DX), dan bus interface unit yang ditingkatkan kemampuannya. Sebagai tambahan, pada kondisi optimal, inti prosesor dapat menjaga kecepatan eksekusi dari satu instruksi per clock cycle. Perbaikan ini secara kasar melipatgandakan kinerja dari Intel 80386 dalam clock rate yang sama. 2. Pentium. Ada beberapa komponen superscalar. a) 2 unit eksekusi integer yang terpisah. b) Pentium Pro – Full superscalar. c) Memperhalus models subsequent & Meningkatkan design superscalar. Page | 8 Diagram Pentium 4 Operasi Pada Pentium 4 a) Pengambilan instructions pada memory dari urutan static program. b) Menterjemahkan instruction menjadi satu atau lebih instruksi RISC dengan panjang yg tetap (micro-operations). c) Meng-eksekusi micro-ops pada pipeline superscalar. Micro-ops boleh dieksekusi tanpa berurutan. d) Memasukan hasil dari micro-ops ke register set dalam urutan orisinil program. e) Penggabungan CISC (bagian terluar) dengan RISC (bagian terdalam). f) Pada pipeline RISC terdapat 20 tahapan. Beberapa micro-ops memerlukan banyak tahapan eksekusi: 1. Pipeline terpanjang. Pada x86 hingga Pentium ada 5 tahapan pipeline. Pentium 4 Pipeline Page | 9 Pentium 4 Pipeline Operation (1) Pentium 4 Pipeline Operation (2) Pentium 4 Pipeline Operation (3) Pentium 4 Pipeline Operation (4) Pentium 4 Pipeline Operation (5) Page | 10 Pentium 4 Pipeline Operation (6) Contoh Instruksi Add R1, R2, R3 Misalkan, instruksi yang akan menambahkan isi register R1 dan R2 dan menempatkan jumlahnya dalam register R3. Isi dari register R1 dan R2 mula-mula akan ditransfer ke Unit aritmetika dan logika. Setelah operasi penambahan dilakukan, hasil penjumlahan tersebut akan ditransfer ke register R3. Prosesor dapat membaca instruksi selanjutnya dari memori, sementara operasi penambahan dilakukan. Kemudian jika instruksi tersebut juga menggunakan ALU, operand-nya dapat ditransfer ke input ALU pada waktu yang sama dengan hasil instruksi Add ditransfer ke register R3. Pada kasus ideal, jika semua instruksi ditumpuk ke derajat yang maksimum yang mungkin dilakukan, maka eksekusi dilanjutnkan pada kecepatan penyelesaian satu instruksi dalam tiap siklus detak prosesor. Instruksi individual, mungkin masih memerlukan beberapa siklus detak agar selesai dilakukan. Tetapi untuk tujuan perhitungan, prosesor superskalar umumnya mampu melakukannya dalam tiap siklus. Prosesor superskalar umumnya menggunakan beberapa unit fungsional, menciptakan jalur paralel di mana berbagai instruksi yang berbeda dapat dieksekusi secara paralel. Dengan pengaturan tersebut, maka dimungkinkan untuk memulai eksekusi beberapa instruksi secara paralel tiap siklus detak. Tentu saja, eksekusi paralel harus mempertahankan kebenaran logikan program, sehingga hasil yang diperoleh harus sama dengan hasil dari eksekusi secara serial. Page | 11 BAB III PENUTUP A. KESIMPULAN. Superscalar adalah sebuah inti prosesor yang mengeksekusi dua kali/lebih operasi scalar dalam bentuk paralel. Sebagian besar operasi menggunakan besaran/nilai skalar Operasi ini memungkinkan peningkatan kinerja sistem hingga level tertentu/ Superscalar Implementation. Kebanyakan operasi pada besaran skalar (satu instruksi dalam satu siklus waktu), Sehingga superscalar meningkatkan operasi ini untuk mendapatkan peningkatan secara keseluruhan. Pipeline,Adalah meningkatkan kinerja komputer dengan cara saling overlap tahapan dari instruksi yang berbeda.Pada pipeline untuk melakukan proses (stages) overlapping dibutuhkan paling tidak setengah clock. Sedangkan superscalar mengijinkan proses untuk bekerja secara bersamaan pada saat clock yang sama. Superpipelined, Banyak tahap pipeline memerlukan waktu kurang dari setengah siklus clock,Kecepatan clock internal yang double bisa mengerjakan dua tugas per siklus clock eksternal,Superscalar memungkinkan mengambil eksekusi secara paralel. B. SARAN. Kami selaku tim penyusun menyarankan kepada pembaca untuk dapat membaca dan memahami makalah ini, karena makalah ini mengandung banyak pengetahuan tentang Ilmu komputer khususnya superscalar/ superskalar, khususnya kepada pembaca yang memiliki kemampuan dalam menjalankan komputer atau menguasai komputer/ PC. Page | 12 DAFTAR PUSTAKA //deje.wordpress.com/2007/05/30/arkom-superscalar/ //www.total.or.id/info.php?kk=Superscalar //id.wikipedia.org/wiki/Superskalar
Page | 13