12. Teknologi Pipeline

12. Teknologi Pipeline By Serdiwansyah N. A.

Pipeline • Pipeline adalahsuatucara yang digunakanuntukmelakukansejumlahkerjasecarabersamaantetapidalamtahap yang berbeda yang dialirkansecarakontinupada unit pemrosesan. • Dengancaraini, maka unit pemrosesselalubekerja. • Teknikpipeline inidapatditerapkanpadaberbagaitingkatandalamsistemkomputer. • Bisapada level yang tinggi, misalnya program aplikasi, sampaipadatingkat yang rendah, sepertipadainstruksi yang dijalankanoleh microprocessor. Teknologi Pipeline

Perbedaan Microprocessor yang menggunakan Pipeline • Padamicroprocessor yang tidakmenggunakan pipeline, satuinstruksidilakukansampaiselesai, baruinstruksiberikutnyadapatdilaksanakan. • Sedangkandalam microprocessor yang menggunakanteknik pipeline, ketikasatuinstruksisedangkandiproses, makainstruksi yang berikutnyajugadapatdiprosesdalamwaktu yang bersamaan. Tetapi, instruksi yang diprosessecarabersamaanini, adadalamtahap proses yang berbeda. • Jadi, adasejumlahtahapan yang akandilewatiolehsebuahinstruksi. Teknologi Pipeline

Perbedaan Microprocessor yang menggunakan Pipeline • Denganpenerapan pipeline inipada microprocessor akandidapatkanpeningkatandalamunjukkerja microprocessor. • Hal initerjadikarenabeberapainstruksidapatdilakukansecara parallel dalamwaktu yang bersamaan. • Secarakasarnyadiharapkanakandidapatkanpeningkatansebesar K kali dibandingkandengan microprocessor yang tidakmenggunakan pipeline, apabilatahapan yang adadalamsatu kali pemrosesaninstruksiadalah K tahap. Teknologi Pipeline

Instruksi Pipeline • Gambar 1. Teknologi Pipeline

Tahapan Pipeline • Mengambilinstruksidanmembuffferkannya. • Ketikatahapnkeduabebastahapanpertamamengirimkaninstruksi yang dibufferkantersebut. • Padasaattahapankeduasedangmengeksekusiinstruksi, tahapanpertamamemanfaatkansiklusmemori yang tidakdipakaiuntukmengambildanmembuffferkaninstruksiberikutnya. • Tigakesulitan yang seringdihadapiketikamenggunakanteknikpipeline : • Terjadinyapenggunaan resource yang bersamaan • Ketergantunganterhadap data • Pengaturan Jump kesuatulokasimemori Teknologi Pipeline

Kategori Pipeline • Pipeline Unit Arithmetic • Bergunauntukoperasi vector. Pengembanganpipelinearitmetikdapatdilihatdariperkalianbinerunsigned.Operasishiftdanpenambahanmenjaditahapanpemrosesandalampengalipipelined. Pengalianbilanganbinerdengan 2n adalahsamadenganmenggesernyakekirisebesarn bit danmenyisipkannolpadasebelahkanannya. • Pipeline Unit Instruction • Bergunauntukkomputer yang mempunyai set instruksi yang sederhana. Tujuan pipeline instruksiadalahuntukmemaksimalkankecepatanmengalirnyainstruksi. Teknologi Pipeline

Pipeline di Processor • Untukmenerapkanprinsipmulti-stageataumulaisaatinikitanamakan pipelining di prosesor, diperlukanorganisasiprosesorkhusus. Padadasarnya, prosesordipartisimenjadisejumlah unit-unit kecildenganfungsispesifik. • Setiapunit berperanmenyelesaikansebagiandarieksekusiinstruksi : Instruction fetch, decode, operand address calculation, operand fetch, execute and store result. • Prosesordengan pipelining diaturkedalamtahap yang dapat semi-independenbekerjapadapekerjaan yang terpisah. Setiaptahapdisusundandihubungkankedalam 'rantai' sehingga output setiaptahapadalahmakanuntuktahap lain sampaipekerjaanselesai. • Organisasiprosesorinimemungkinkanwaktukeseluruhan proses untukdikurangisecarasignifikan. Teknologi Pipeline

Kelebihan Pipeline • Waktusiklusprosesorberkurang, sehinggameningkatkantingkatinstruksi-isudalambanyakkasus. • Beberapasirkuitkombinasionalseperti adders ataupengalidapatdibuatlebihcepatdenganmenambahkanlebihbanyaksirkuit. • Jikapipelining digunakansebagaipengganti, dapatmenyimpansirkuitvssirkuitkombinasionallebihkompleks. Teknologi Pipeline

Kekurangan Pipeline • Sebuahprosesor non-pipelined hanyamelaksanakaninstruksitunggalpadasuatuwaktu. Hal iniuntukmencegahpenundaancabang (yang berlaku, setiapcabangtertunda) danmasalahdengan serial instruksidieksekusisecarabersamaan. • Akibatnyadesainlebihsederhanadanlebihmurahuntukmemproduksi. • Latency instruksi di prosesor non-pipelined sedikitlebihrendahdaripada yang setara pipelined. • Hal inidisebabkanolehfaktabahwaekstraFlip Flopsharusditambahkankejalur data prosesor pipelined. Teknologi Pipeline

Komplikasi Pipeline • Dalamkasusekstrim, kinerjaprosesor pipelined pendekatan yang secarateoritisdapatdari un-pipelined prosesor, ataubahkansedikitlebihburukjikasemuakecualisatutahappipa yang menganggurdan overhead kecilhadirantaratahap. • Prediksicabangupayauntukmengatasimasalahinidenganmenebakapakahcabangakandiambilatautidakdanspekulasimengeksekusikodejalan yang memprediksiakandiambil. • Ketikaprediksi yang benar, prediksicabangmenghindarihukuman yang terkaitdenganpercabangan. • Namun, prediksicabangsendiridapatberakhirmemperburukmasalahjikacabang yang diperkirakanburuk, sebagaijalan yang salahkode yang telahmulaimemeraheksekusiharusdaripipasebelummelanjutkaneksekusi di lokasi yang benar. Teknologi Pipeline

Sinkronisasi Pipeline • Padasemuabarisperakitanindustri, efesiensialsuatu pipeline dapatberkurangjauhakibatsuatu bottleneck. • Bottleneck terjadisewaktupemrosesanpadasuatu stage, menghabiskanwaktulebih lama dari stage yang lain. Karenaituidealnyamenginginkanpadasemua stage menghabiskanwaktu yang sama. • Untukmenyamakanwaktu yang diperlukanpadasetiap stage maka stage-stage tersebutharusdisinkronisasi. Dapatdilakukandenganmenyisipkankunci-kuncisederhanaantara stage-stage tersebut. Teknologi Pipeline

Efisiensi Pipeline • Suatufungsi pipeline hampirselalulebihbaikdaripadafungsi non-pipeline. • Namumpadakenyataannya, harga pipeline tersebutsangatmempengaruhikapandanapakahfungsi-fungsi yang dipipeline-kanlebihbaikatautidak. • Beberapapenyebabharga pipeline: • Tambahankunci (latch) perangkatkeras yang dibutuhkan. • Kendali yang diperlukanuntukpenjadwalan input tersebut. • Waktu yang dihabiskanoleh data dalam latch untukmenyesuaikandiridengansuatupenangguhan clock yang seragam. • Jumlah rata-rata input yang tersedia. Teknologi Pipeline

12. Teknologi Pipeline