Perpustakaan Digital ITB

Keterbatasan waktu pada Sistem Waktu-Nyata menuntut sistem perhitungan yang mampu beradaptasi dengan cepat terhadap perubahan lingkungan tempat sistem bekerja. Dari studi literatur, secara umum solusi yang ada dilakukan di tingkat sistem operasi dalam bentuk beragam teknik penjadwalan task. Dengan solusi ini perhitungan terkecil (granulasi perhitungan) adalah task yang terdiri dari sejumlah baris instruksi yang menghasilkan suatu fungsi yang tidak dapat dipisahkan. Jika terjadi perubahan kondisi sehingga waktu yang tersedia lebih singkat dari waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan task, maka task tersebut tidak akan dikerjakan. Kondisi ini mengakibatkan penurunan kinerja atau bahkan kegagalan sistem secara keseluruhan. Ada pula solusi lain yang dilakukan di tingkat prosesor dengan mempercepat proses eksekusi instruksi. Arsitektur unit aritmetika sebagai inti sistem perhitungan yang digunakan masih menggunakan teknik perhitungan dengan lebar presisi tetap. Granulasi perhitungan pada solusi ini adalah instruksi aritmetika. Jika waktu yang tersedia lebih singkat dari waktu eksekusi suatu instruksi, maka instruksi tersebut tidak dapat dikerjakan. Seperti kelemahan solusi di tingkat sistem operasi, kegagalan ini juga berpotensi mengakibatkan penurunan kinerja atau bahkan kegagalan sistem secara keseluruhan. Disertasi ini berusaha memberikan solusi dengan meningkatkan kinerja sistem perhitungan dengan cara memperkecil granulasi proses ke tingkat sub-instruksi. Suatu instruksi, dalam hal ini instruksi aritmetika tetap akan dieksekusi meskipun waktu yang tersedia lebih singkat dari waktu eksekusi normal instruksi tersebut. Tuntutan sistem perhitungan waktu-nyata berupa akurasi yang memenuhi suatu syarat minimal dan waktu eksekusi yang terkendali atau dapat diatur (adjustable) dijawab dengan menghasilkan hasil-antara perhitungan dengan akurasi yang terukur dan tinggi sejak awal proses eksekusi instruksi aritmetika. Akurasi perhitungan akan bertambah sebanding dengan ketersediaan waktu eksekusi. Perbaikan kinerja Sistem Waktu-Nyata secara mendasar ini dilakukan dengan cara menggabungkan teknik perhitungan MSB-First, interval arithmetic dan variable precision pada rancangan arsitektur unit aritmetika dasar (penjumlah/pengurang, pengali dan pembagi). Metode perhitungan ini diberi nama MSB-First Interval-Bounded Variable-Precision (MFIBVP). Teknik perhitungan MSB-First (Most Significant Bit-First) merupakan teknik perhitungan numerik yang melakukan proses perhitungan dari bit dengan nilai paling tinggi terlebih dahulu, berlawanan dengan teknik perhitungan umum yang dimulai dari nilai terendah dulu (Least Significant Bit-First, LSB-First). Dengan teknik MSB-First jawaban yang dihasilkan oleh suatu instruksi aritmetika pada saat-saat awal eksekusi akan memiliki akurasi yang cukup tinggi. Hal ini sangat berguna karena sesuai dengan strategi dasar Sistem Waktu-Nyata. Teknik interval arithmetic memproses dan menghasilkan data dalam bentuk dua buah nilai yang merupakan batas bawah dan atas dari nilai numerik sesungguhnya. Dengan teknik ini, akurasi hasil perhitungan dapat dipastikan berdasarkan lebarnya perbedaan antara nilai batas bawah dan atas. Semakin sempit perbedaannya, semakin akurat hasil perhitungan yang dilakukan. Penekanan pentingnya hasil operasi dalam bentuk dua buah nilai batas pada penelitian ini menghasilkan teknik perhitungan interval-bounded. Teknik ini memberikan kepastian tingkat akurasi jawaban yang dihasilkan oleh proses perhitungan. Teknik Variable Precision memungkinkan perhitungan dilakukan atas lebar presisi (precision width) data yang berbeda. Pada penelitian ini teknik Variable Precision ditujukan untuk memberikan kemampuan unit aritmetika mengeluarkan jawaban atas pengolahan sebagian lebar presisi operand akibat keterbatasan waktu eksekusi. Teknik ini bersama dengan teknik MSB-First memungkinkan trade-off yang baik antara waktu proses yang tersedia dengan akurasi jawaban. Berdasarkan pengukuran kinerja yang dilakukan pada penelitian ini, arsitektur unit aritmetika waktu-nyata metode MFIBVP terbukti mampu memberikan kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan metode perhitungan yang telah ada. Perbaikan kinerja ini diakibatkan karena dimungkinkannya pengaksesan hasil-antara perhitungan di sepanjang waktu eksekusi, kepastian pengukuran akurasi terhadap hasil perhitungan, dan akurasi perhitungan yang tinggi sejak saat awal eksekusi instruksi. Kontribusi utama disertasi ini adalah pada penemuan konsep perhitungan yang tepat untuk diterapkan di wilayah Sistem Waktu-Nyata, yaitu teknik perhitungan yang memfasilitasi trade-off yang lebih baik antara waktu dan akurasi perhitungan di tingkat instruksi aritmetika. Konsep perhitungan tersebut telah dibuktikan dengan dibangunnya arsitektur unit aritmetika dasar yang dapat memasukkan kriteria waktu-nyata ke dalam instruksi aritmetika berupa waktu eksekusi dan akurasi perhitungan. Secara keilmuan, penelitian ini memberikan kontribusi sebagai pembuka wilayah penelitian baru dalam bidang komputasi optimal waktu menuju sistem komputasi cerdas.