Arsitektur Sistem Komputer - Sistem Multiprocessor

Sistem multiprocessor juga dikenal sebagai parallel systems/multicore systems, atau secara garis besar sistem komputer yang memiliki dua atau lebih processor (CPU) yang digabungkan (tightly couple systems). Awalnya sistem multiprocessor ini dipergunakan untuk lingkungan PC server, kemudian berahli ke lingkungan PC dektop, laptop, serta mobile device. Pada sistem multiprocessor memiliki komunikasi yang berdekatan, sehingga melakukan sharing bus, clock, memory, dan peripheral devices.

Keuntungan dari sistem multiprocessor.

1. Increasing Throughtput. Dengan menambah jumlah processor diharapkan dapat mengejakan lebih banyak pekerjaan, sehingga dapat mempersingkat waktu kerja.
2. Economic of scale. Sistem multiprocessor lebih hemat jika disamakan dengan sistem single-processor, karena dapat melakukan sharing peripheral, mass-storage, power supply, dll. Contoh perbandingannya satu PC menggunakan dua CPU, dibanding dengan dua PC yang setiap PC masing-masing memiliki satu CPU.
3. Increasing Reliability. Hal ini dapat dicapai jika sistem multiprocessor dapat didistribusikan dengan baik untuk setiap processor dalam memproses. Sebagai contoh jika memiliki 10 CPU dalam satu PC, terdapat satu CPU yang gagal, maka dari sembilan CPU masing-masing mengambil pekerjaan dari satu CPU yang gagal tersebut. Sehingga dapat dikatakan pada sistem multiprocessor ini hanya berjalan lebih lambat 10%, dan bukan gagal sama sekali. Cara atau mekanisme penangan ini umumnya dikenal dengan fault tolerant.

Pada dasarnya terdapat dua jenis sistem multiprocessor yang digunakan saat ini, pertama yaitu asymmetric multiprocessing (AMP) sistem, dimana setiap processor diberikan tugas tertentu oleh master processor. Tugas utama master processor adalah seperti mengontrol sistem, menjadwalkan dan mengalokasikan pekerjaan ke slave processor, sehingga setiap slave processor tidak perlu berkomunikasi karena telah diatur oleh master processor. Jenis sistem multiprocessor yang kedua yaitu dikenal dengan symmetric multiprocessing (SMP), dimana setiap processor mengerjakan semua tugas dalam sistem operasi secara bersama-sama (peers), dan tidak ada istilah master slave processor. Cara komunikasi SMP untuk setiap processor melalui shared memory, dan jika salah satu processor mengalami kegagalan maka sistem komputasinya akan berkurang. Pada SMP terdapat mekanisme yang kompleks karena setiap processor harus disinkronkan agar memiliki beban yang seimbang (load balance). Contoh dari sistem SMP adalah AIX, dan menggunakan versi komersial UNIX yang didesain oleh IBM. Selain itu operating sistem modern juga telah mendukung SMP baik Windows, Mac OS, dan Linux.

Perbedaan antara AMP dan SMP dapat disebabkan oleh hardware maupun software. Pada hardware dapat membedakan multiple processor dan pada software dapat membuat program yang memungkinkan hanya satu master dan lainnya sebagai slave. Misalkan pada sistem operasi Sun Microsystem, SunOS Versi 4 menyediakan AMP, sedangkan SunOS Versi 5 menyediakan SMP pada hardware yang sama.

Gambar Jenis sistem multiprocessor.

Tren baru dalam mendesain CPU adalah memasukkan multiple computing cores kedalam single chip, dan pada multiprocessor hal ini disebut sebagai multicore. Desain ini lebih efisien dibandingkan multiple chip dengan single core, karena komunikasi pada chip lebih cepat dibandingkan berkomunikasi antara chip. Selain itu, satu chip dengan multiple cores menggunakan power yang jahu lebih sedikit dibandingkan multiple chip single core. Penting untuk dicatat bahwa multiplecore system adalah multiprocessor system, tetapi tidak semua multiprocessor adalah multicore.

Gambar Desain dual-core dengan dua penempatan core pada satu chip yang sama.

Referensi

1. Operating Systems: Internals and Design Principles (8th Edition), William Stallings, 2014.
2. Operating System Concepts (9th Edition in Chinese) by Abraham Silberschatz et al.
3. The Linux Programming Interface: A Linux and UNIX System Programming Handbook, Michael Kerrisk.