29
1. Komputer SISD Single Instruction stream-Single Data stream
Pada komputer jenis ini semua instruksi dikerjakan secara berurutan satu demi satu, tetapi juga dimungkinkan adanya overlapping dalam eksekusi setiap
bagian instruksi pipelining. Pada umumnya komputer SISD berupa komputer yang terdiri atas satu buah pemroses single processor. Namun komputer
SISD juga mungkin memiliki lebih dari satu unit fungsional modul memori, unit pemroses, dan lain-lain, selama seluruh unit fungsional tersebut berada
dalam kendali sebuah unit pengendali.
2. Komputer SIMD Single Instruction stream-Multiple Data stream
Pada komputer SIMD terdapat lebih dari satu elemen pemrosesan yang dikendalikan oleh sebuah unit pengendali yang sama. Seluruh elemen
pemrosesan menerima dan menjalankan instruksi yang sama yang dikirimkan unit pengendali, namun melakukan operasi terhadap himpunan data yang
berbeda yang berasal dari aliran data yang berbeda pula.
3. Komputer MISD Multiple Instruction stream-Single Data stream
Komputer jenis ini memiliki sejumlah unit pemroses yang masing-masing menerima dan mengoperasikan instruksi yang berbeda terhadap aliran data
yang sama, karena setiap unit pemroses memiliki unit pengendali yang berbeda. Keluaran dari satu pemroses menjadi masukan bagi pemroses
berikutnya. Belum ada perwujudan nyata dari komputer jenis ini kecuali dalam bentuk prototipe untuk penelitian.
4. Komputer MIMD Multiple Instruction stream-Multiple Data stream
Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara beberapa pemroses. Hal ini disebabkan seluruh aliran dari dan ke memori berasal dari
space data yang sama bagi semua pemroses. Komputer MIMD bersifat tightly coupled jika tingkat interaksi antara pemroses tinggi, dan disebut loosely
coupled jika tingkat interaksi antara pemroses rendah. Parameter yang sangat penting untuk mengukur kinerja suatu program paralel
adalah waktu eksekusi dan speed up. Waktu eksekusi dapat diartikan sebagai waktu berlangsungnya running program paralel pada suatu arsitektur komputer
30 paralel. Waktu eksekusi sekuensial didefinisikan sebagai waktu running algoritma
yang sama yang dieksekusi oleh satu prosesor. Speed up dari suatu program paralel adalah waktu eksekusi sekuensial dibagi dengan waktu eksekusi paralel.
Speed up dapat didefinisikan sebagai berikut : 1
keterangan : Sn = speed up,
T1 = waktu eksekusi operasi pada sistem satu prosesor, Tn = waktu eksekusi pada sistem n prosesor.
Nilai efisiensi sistem dengan n prosesor didefinisikan sebagai berikut :
2 keterangan :
En = efisiensi Sn = speed up
T1 = waktu eksekusi operasi pada sistem satu prosesor Tn = waktu eksekusi pada sistem n prosesor
n = jumlah prosesor Menurut hu
kum Amdahl’s salah satu hal yang dapat mengurangi speed up dari program paralel adalah bagian kode yang dieksekusi secara sekuensial.
Apabila terdapat operasi sejumlah n, masing-masing membutuhkan satu unit waktu untuk eksekusi. Diasumsikan juga terdapat fraksi f dari operasi tersebut
yang harus dibentuk secara sekuensial f antara 0 -1. Maka, sejumlah fn operasi harus dilaksanakan secara sekuensial dan sisanya, 1-fn, operasi dapat
diparalelkan. Jika program tersebut dikerjakan pada komputer paralel dengan p prosesor, maka waktu total eksekusi minimum adalah fn
+ 1− f n p Sedangkan waktu total eksekusi program pada komputer sekuensial adalah n. Dengan
membagi waktu sekuensial dengan waktu paralel minimum, didapatkan speedup maksimum yang akan diperoleh komputer paralel dengan p prosesor sebagai
berikut :
31 3
keterangan : f = fraksi sekuensial
1-f = fraksi paralel p = jumlah prosesor
Analisa Dimensi Fraktal
Dimensi benda yang umum dalam kehidupan sehari-hari merupakan dimensi dalam ruang Euclid [1], yaitu 0, 1, 2, dan 3. Dimensi dapat dibayangkan sebagai
sebuah ukuran jumlah titik-titik yang sedang ditinjau. Konsep ini secara matematis mungkin tampak ganjil. Akan tetapi, meski garis paling tipis sekalipun
memiliki tak hingga banyaknya titik, suatu permukaan atau suatu bidang tentu lebih besar dari sebuah garis atau kurva, seperti halnya suatu ruang lebih besar
dari sebuah permukaan. Inilah alasan utama pemberian label dimensi 0 untuk titik, 1 untuk garis, 2 untuk bidang, dan 3 untuk ruang.
Pola disebut fraktal jika mereka terlihat sama pada skala yang berbeda Critten, 1996. Bentuk fraktal secara umum dapat dihubungkan ke karakteristik
indicial yang dikenal sebagai dimensi fraktal. Analisa dimensi Fraktal dilakukan dengan cara melakukan fragmentasi terhadap citra yang telah difilterisasi kedalam
bentuk persegi panjang berukuran s. Selanjutnya dihitung jumlah bujursangkar Ns
yang berisi warna putih hasil filterisasi tanaman. Perhitungan ini diulangi
dengan berbagi nilai s. Langkah berikutnya adalah memplot nilai log Ns
terhadap nilai log 1s dan menentukan bentuk persamaan regresi linier : y=ax+b. Dimensi Fraktal adalah nilai a pada persamaan regresi linier tersebut.
Metode Klasifikasi Non Parametrik Bayes
Klasifikasi Bayes dan pengambilan keputusan didasarkan pada teori probabilitas dan prinsip pemilihan opsi yang paling mungkin. Penggunaan secara
praktis dari teorema Bayes adalah untuk mengubah probabilitas yang dapat diperkirakan dari pelatihan menggunakan beberapa set data, selanjutnya
digunakan sebagai metode klasifikasi.
32 Bidang estimasi densitas non parametrik telah berkembang dalam beberapa
tahun terakhir dengan berbagai alat-alat baru untuk analisis statistik. Tujuannya adalah untuk memperkirakan fungsi kepadatan yang mendasari dari pelatihan
data, dan idenya adalah bahwa lebih banyak data dalam suatu daerah, semakin besar pula fungsi kepadatan.
Metode estimasi kepadatan nonparametrik yang paling banyak digunakan adalah estimasi kernel. Mengingat sampel acak x
1
sampai x
n
independen terdistribusi secara identik dari probabilitas fungsi kepadatan kontinyu f,
didefinisikan dalam persamaan berikut :
n i
d j
j ij
j d
h x
x K
h h
nh x
f
1 1
2 1
... 1
ˆ 4
Keterangan : ˆ x
f = fungsi kepadatan
d = dimensi vektor x
ij
= observasi ke i komponen ke j h
j
= parameter lebar jendela untuk komponen ke j n = jumlah observasi
s = standar deviasi komponen ke j.
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah mikroprosesor yang dirancang khusus untuk aplikasi kontrol, dan dilengkapi dengan ROM Read Only Memory, RAM Random
Access Memorydan fasilitas IO pada satu chip. AT89S51 adalah salah satu anggota keluarga dari keluarga MCS-5152 yang dilengkapi dengan internal 4
Kbyte flash PEROM Programmable and Erasable Read Only Memory, yang memungkinkan memori program untuk dapat diprogram kembali. AT89S51
dirancang oleh Atmel sesuai dengan instruksi standard dan susunan pin 80C51 Atmel Datasheet.
33 Gambar 6. Mikrokontroler AT89S51 AT89S51 Datasheet, 2011
Mikrokontroler dapat diprogram langsung melalui kabel yang dihubungkan dengan paralel port pada suatu Personal Computer. Adapun fitur yang dimiliki
Mikrokontroler AT89S51 adalah sebagai berikut : 1. Sebuah CPU Central Processing Unit 8 bit yang termasuk keluarga MCS51.
2. Osilator internal dan rangkaian pewaktu, RAM internal 128 byte on chip. 3. Empat buah Programmable port IO,masing-masing terdiri atas 8 jalur IO
4. Dua buah Timer Counter 16 bit. 5. Lima buah jalur interupsi 2 interupsi external dan 3 interupsi internal
6. Sebuah port serial dengan kontrol serial full duplex UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter.
7. Kemampuan melaksanakan operasi perkalian, pembagian dan operasi Boolean bit
8. Kecepatan pelaksanaan instruksi per siklus 1 mikro detik pada frekuensi clock 12 MHz
9. 4 Kbytes Flash ROM yang dapat diisi dan dihapus sampai 1000 kali 10. In-System Programmable Flash Memory
Dengan keistimewaan diatas, pembuatan alat menggunakan AT89S51 menjadi lebih sederhana dan tidak memerlukan IC pendukung yang banyak.
Sehingga mikrokontroler AT89S51 ini mempunyai keistimewaan dari segi perangkat keras. Adapun blok diagram dari mikrokontroler 89S51 diperlihatkan
pada Gambar 7. Susunan pin mikrokontroler AT89S51 diperlihatkan pada Gambar 8.
34 Gambar 7. Blok diagram dari mikrokontroler 89S51
AT89S51 Datasheet, 2011
35 Gambar 8. Konfigurasi Pin AT89S51 AT89S51 Datasheet, 2011
AT89S51 memiliki sebuah CPU Central Processing Unit 8 bit, 128 byte RAM internal, 4 buah port IO, yang masing-masing terdiri dari 8 bit, osilator
internal dan ragkaian pewaktu, 2 buah timercounter 16 bit, 6 buah jalur interupsi 2 buah interupsi eksternal dan 4 interupsi internal, sebuah serial port dengan full
duplex UART, EPROM Erasable and Programmable Read Only Memory yang besarnya 4 kbyte untuk memori program, kecepatan maksimum pelaksanaan
instruksi per siklus adalah 0.5 µs pada frekuensi clock 24 MHz. AT89S51 mampu melaksanakan proses perkalian, pembagian, dan boolean.
1. Konfigurasi Pin Konfigurasi pin pada mikrokontroler AT89S51 dijelaskan pada Gambar 8.
2. Register dengan fungsi spesial Mikrokontroler AT89S51 memiliki beberapa fungsi spesial yang secara khusus
dialamatkan pada register tertentu. 3. Operasi Timer Counter
AT89S51 menyediakan fasilitas Timer 16 bit sebanyak 2 buah yaitu Timer0 dan Timer1. Timer digunakan untuk membuat tundaan waktudelay. Timer ini
juga bisa berfungsi sebagai pencacah counter. Timer bekerja dengan cara menghitung pulsa clock internal mikrokontroler
yang dihasilkan dari rangkaian osilator. Jumlah pulsa clock akan dibandingkan dengan sebuah nilai yang terdapat dalam register timer TH dan TL. Jika
36 jumlah pulsa clock sama dengan nilai timer, maka sebuah interupsi akan terjadi
ditandai oleh flag TF. Interupsi ini dapat dipantau oleh program sebagai tanda bahwa timer telah overflow.
Pencacah bekerja dengan cara menghitung pulsa eksternal pada P3.4 T0 dan P3.5 T1. Jumlah pulsa ini akan disimpan dalam register Timer yaitu pada TH
dan TL.
Gambar 9. Logika Kontrol TimerCounter AT89S51 Datasheet, 2011 Timer akan menghitung pulsa clock dari osilator yang sebelumnya telah dibagi
12. Agar berfungsi sebagai timer maka pada register TMOD Timer Mode, bit CT harus bernilai 0 dan bit Gate bernilai 0 atau pin INTx harus bernilai 1 dan
pada TCON Timer Control, bit TRx harus bernilai 1. Pencacah menghitung pulsa dari pin input T0 dan T1. Agar berfungsi sebagai
pencacah maka pada TMOD, bit CT harus bernilai 0 dan bit Gate bernilai 0 atau pin INTx bernilai 1 dan pada TCON, bit TRx bernilai 1.
4. Komunikasi Data Serial Komunikasi serial memiliki keuntungan dari segi efektifitasnya karena hanya
membutuhkan 2 jalur komunikasi, jalur data dan clock. Data dikirimditerima per bit secara bergantian. Pada MCS-51, data ditampung sementara dalam
register SBUF Serial Buffer sebelum dikirimditerima. Pengaturan mode komunikasi data serial dilakukan oleh SCON Serial Control
register. Untuk mengatur baudrate dilakukan oleh register PCON Power Control register. Pada AT89S51, port serial terdapat pada pin P3.0RXD dan
P3.1TXD. Terdapat 4 mode komunikasi data serial yang dapat dilakukan mikrokontroler
AT89S51yang dapat dipilih dengan kombinasi nilai pada bit SM0 dan SM1
37 dalam SCON. Dalam SCON, terdapat flag TI Transmit Interrupt dan RI
Receive Interrupt yang menandakan sedang terjadi pengiriman atau penerimaan data.
Pengiriman data serial dimulai ketika sebuah byte data dikirimkan ke SBUF. TI akan 1 ketika data telah selesai dikirimkan. Penerimaan data serial dimulai
ketika REN dalam SCON bernilai 1. RI akan 1 ketika data telah selesai diterima. Baik pada pengiriman maupun penerimaan, data akan disimpan
dalam register SBUF. 5. Operasi Interupsi
Interupsi adalah kondisi yang memaksa mikrokontroler menghentikan sementara eksekusi program utama untuk mengeksekusi interupsi rutin tertentu
Interrupt Service Routine ISR. Setelah melaksanakan ISR secara lengkap, maka mikrokontroler akan kembali melanjutkan eksekusi program utama yang
tadi ditinggalkan. Pada mikrokontroler AT89S51, terdapat 6 sumber interupsi yaitu System reset,
External 0, Timer 0, External 1, Timer 1, Serial Port. Untuk mengatur kerja interupsi dapat dilakukan pengaturan pada register Interrupt Enable IE dan
Interrupt Priority IP.
Modulasi Lebar Pulsa
Buldan 2006 menyebutkan bahwa PWM Pulse Width Modulator digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC sesuai dengan yang diinginkan
oleh penggunanya. Dalam PWM gelombang kotak, frekuensi tinggi dibangkitkan sebagai output digital. Sebagai contoh, sebuah port bit secara kontinyu melakukan
kegiatan saklar on dan off pada frekuensi yang relatif tinggi. Selanjutnya, bila sinyal diumpankan pada Low Pass Filter LPF, tegangan pada output filter akan
sama dengan Root Mean Square RMS dari sinyal gelombang kotak. Tegangan RMS inilah yang dapat divariasikan dengan mengubah duty cycle dari sinyal.
Duty cycle menyatakan fraksi waktu sinyal pada keadaan logika high dalam satu siklus. Satu siklus diawali oleh transisi low to high dari sinyal dan berakhir
pada transisi berikutnya. Selama satu siklus, jika waktu sinyal pada keadaan high
38 sama dengan low maka dinyatakan sinyal mempunyai duty cycle 50. Duty cycle
20 menyatakan sinyal berada pada logika 1 selama 15 dari waktu total. Pada sistem kontrol dengan PWM perlu ditambahkan speed encoder sebagai
umpan balik dari sistem. kecepatan rotasi dari sebuah motor listrik bergantung pada tingkat pengulangan dan waktu switching dari relay penghubung dengan
asumsi beban motor adalah konstan. Dengan kondisi tersebut, sistem akan menemukan keseimbangan antara kecepatan putaran motor dan beban motor.
Akan tetapi, jika beban motor berubah maka kecepatan motor akan terpengaruh. Hal ini tidak terjadi pada sistem dengan umpan balik Krokar, 2008.
Gambar 10. Ilustrai Duty cycle 30 dalam satu siklus.
Penelitian Terdahulu 1. Pembangunan VRT untuk Pemberantasan Gulma
Tangwokit, R. dan kawan-kawan dari Asian Institute of Technology pada tahun 2006 membangun suatu aplikasi Real-time VRA berbasis kamera
untuk mengontrol gulma di perkebunan gula. Kamera digunakan untuk menangkap citra gulma, selanjutnya diolah berdasarkan nilai R Red, G
Green dan B Blue untuk menentukan prosentase serangan gulma. Selanjutnya nilai yang diperoleh digunakan sebagai acuan bagi aktuator untuk
menjalankan alat penyemprot sesuai dengan prosentase serangan gulma. Teknologi yang digunakan adalah dengan mengaplikasikan sistem pompa
penyemprot PWM Pulse Width Modulation. Penggunaan PWM memungkinkan pengaturan tekanan pompa sesuai dengan kebutuhan.
Hubungan antara prosentase serangan gulma dan aksi yang dilakukan adalah sebagai berikut :
39 Tabel 6. Hubungan antara tingkat kehijauan citra dan aksi yang dilakukan
Tingkat Intensitas Warna Hijau Aksi Penyemprotan
0 : Tidak ada gulma Tidak ada penyemprotan
1 : Jumlah gulma sedikit Penyemprotan ringan
2 : Jumlah gulma sedang Penyemprotan sedang
3 : Jumlah gulma banyak Penyemprotan tinggi
Sistem yang dibangun menggunakan sebuah aktuator untuk mengatur debit cairan pada dua buah penyemprot dengan lebar kerja 75 cm, dan tekanan
275.8 kPa. Sebelum menentukan kecepatan kerja maksimum dilakukan uji coba untuk menghitung waktu yang diperlukan bagi software untuk melakukan
satu kali aksi. Hasil yang diperoleh adalah waktu jeda satu detik dengan jarak antara kamera dan aktuator 0.77 m, sehingga kecepatan kerja maksimum
adalah 0.77 ms. Uji coba pada 100 x 75 grid dengan ukuran citra 62 cm x 84 cm nilai error yang diperoleh adalah 0.31 .
Krishnan dan Viswanathan2010 meneliti alternatif algoritma pemrosesan citra, terutama pada kondisi dimana subyektifitas dan parameter
sangat sensitif. Penelitian yang dilakukan termasuk fungsi fuzzifikasi citra, fuzzy operator dan pilihan fungsi deffuzifikasi.
Xavier dan kawan-kawan 2011 melakukan penelitian untuk membedakan tanaman pokok dan gulma pada baris tanaman jagung. Pada
penelitian tersebut digunakan metode kombinasi linier nilai R Red, G Green, dan B Blue
dengan nilai koefisien R = − 0.884, G = 1.262, B= − 0.311 untuk membedakan piksel tanaman. Nilai koefisien tersebut diperoleh
dengan menggunakan metode optimasi algoritma genetik, dan membuktikan kelebihannya dibanding metode Excess Green Coefficients yang menggunakan
r = − 1, g = 2, b = − 1. Pemrosesan citra dilakukan dengan FIP Fast Image Processing dimana citra dibagi menjadi beberapa bagian horizontal. Dari hasil
ujicoba di lapangan menunjukkan sistem yang dibangun memiliki ketelitian 85.1 dalam mendeteksi gulma dan 68.9 dalam mendeteksi tanaman pokok.
Paice 1996 meneliti kebutuhan kontrol untuk penyemprotan selektif herbisida. Kesimpulan dari penelitian yang dilakukan adalah bahwa kebutuhan
40 akan penyemprotan patch dapat diaplikasikan dengan mengkombinasikan
sistem injeksi laju konsentrasi larutan. Kunci utama dari penelitian yang dilakukan adalah pada ketelitian, kecepatan respon pemberian dosis dari satu
penyemprotan ke penyemprotan selanjutnya. Penggunaan nozle ganda, sistem pulsa dan pemompa tipe rotari menghasilkan respon lebih kecil dari 1 detik.
Yang Chun-Chieh 2003 membangun sistem penyemprotan presisi herbisida pada lahan jagung. Pemrosesan citra dilakukan dengan Jaringan
Syaraf Tiruan, dimana nilai kehijauan suatu piksel dijadikan landasan utama penentuan dosis aplikasi. Simulasi dengan inferensi Fuzzy menunjukkan
bahwa penyemprotan presisi memiliki potensi mengurangi polusi air dari akibat penyemprotan yang dilakukan.
2. Aplikasi Komputasi Paralel dan Sistem Multi Agen
