fasilkom.mercubuana.ac.idfasilkom.mercubuana.ac.id/wp-content/...dan-Organisasi-Komputer-TI.pdf ·...
Transcript of fasilkom.mercubuana.ac.idfasilkom.mercubuana.ac.id/wp-content/...dan-Organisasi-Komputer-TI.pdf ·...
MODUL PERKULIAHAN
PENDAHULUAN
Pengenalan Arsitektur Dan Organisasi Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
01 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang konsep dasar Arsitektur dan Organisasi Komputer
Mahasiswa dapat memahami konsep dasar organisasi dan arsitektur komputer serta perbedaanya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Pendahuluan
Komputer adalah merupakan suatu peralatan pemrosesan data yang cukup
kompleks, bukan saja sekedar peralatan yang terdiri dari hardware dan software saja tetapi
merupakan suatu bagian yang terintegrasi yang melibatkan segi arsitektural maupun
organisasinya.
Didalam memandang suatu sistem komputer maka ada 2 hal yang harus
diperhatikan :
Arsitektural
Berkaitan dengan sebuah sistem yang tampak bagi seorang user atau pemrogram
Contoh sebuah sistem arsitektur :
Jumlah bit
Mekanisme I/O
Teknik teknik addressing dari memory
Organisasi
Berkaitan dengan unit unit operasional dan interkoneksi ( hubungan ) yang
merealisasikan spesifikasi arsitekturalnya.
Contoh dari organisasi :
Hardware pendukung
Signal signal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya.
Interfacing.
Bagaimana sistem dari arsitektur dan organisasinya dapat dimengerti dengan baik
maka seorang perancang komputerharus mengerti dengan jelas sifat dan hierarkhi dari
sebuah sistem komputer.
Sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem dapat dilihat dengan jelas berdasarkan tingkat
tingkat yang ada didalam sistem dimana pada setiap tingkatannya yang harus dimengerti
dengan benar adalah struktur dan fungsi dari tingkatan tersebut.
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
FUNGSI :
Adalah merupakan operasi dari masing masing komponen sebagai bagian dari sistem
keseluruhan.
Gambar 1.1. Fungsi Utama secara umum sebuah Komputer
Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer adalah
Data Processing
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan pemrosesan data menjadi
informasi sesuai dengan program yang ada.
Bentuk data disini adalah data digital.
Data Storage
Berkaitan dengan hal hal yang berhungan dengan penyimpanan data / informasi
yang ada.
Bentuk data disini adalah dapat berupa data digital atau data analog dengan fornat
digital.
Data Transfer
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan perpindahan data dari dalam sistem
komputer keluar atau sebaliknya.
Bentuk data disini adalah data analog yang sesuai dengan medianya dan harus
terdapat suatu mekanisme perubah dari data analog ke digital atau sebaliknya.
INPUT PEMROSES
AN
OUTPUT
STORAGE
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Control
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan sinkronisasi kerja dari ketiga hal
tersebut diatas, baik sinkronisasi secara hardware maupun software.
Gambar 1.2. Fungsi dasar sebuah sistem Komputer
1. Proses Data Transfer
Gambar 1.3. Proses Data Transfer
Control
Data
Transffer
Data
Storag
e
Data
Processing
Data
Storag
Data
Proces
Control
Data
Transfe
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Perpindahan antara komputer dengan dunia luar yang bersifat sementara.
Sistem Komputer hanya bersifat sebagai pelalu data
Melibatkan peripheral transfer data
2. Proses Input - Output
Gambar 1.4. Proses Input-Output
Pemasukan data dari dunia luar ke sistem komputer atau sebaliknya
Proses I/O
Terjadi perubahan bentuk data
Terjadi proses buffering
Proses pengolahan data
Gambar 1.5. Proses Pengolahan data
Data
Storage
Control
Data
Transfer
Data
Process
Data
Storag
Contro
l
Data
Transfe
Data
Proces
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Pada proses pengolahan data mempunyai urutan kerja sebagai berikut:
Proses pengolahan data menjadi informasi sesuai dengan program yang ada.
Control akan mengatur sinkronisasi kerja peralatan pengolah data
Program akan mengatur urutan kerja dari data menjadi informasi.
Proses penyaluran informasi
Gambar 1.6 Proses Pengolahan Data
Merupakan penggabungan dari ketiga bentuk proses diatas.
Melibatkan peralatan komunikasi jika informasi hasil proses akan dikirimkan pada jarak
yang jauh.
Terjadi perubahan bentuk data dari digital menjadi analog dan sebaliknya pada saat
proses interfacing
Data
Storage
Control
Data
Transfer
Data
Process
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
STRUKTUR
adalah merupakan cara dari komponen komponen tersebut dapat saling terkait satu
dengan yang lainnya sehingga membentuk suatu fungsi tertentu.
Suatu sistem kompoter secara struktur terdiri dari 4 komponen utama :
Central Processing Unit
Memori utama
Input – Output
System Interconnrction
Komponen utama dari CPU terdiri dari :
Control Unit
Arithmetic and Logic Unit
Register
CPU Interconnection
Control Unit sistem komputer yang berfungsi sebagai pengatur kerja utama didalam sistem
CPU terdiri dari :
Seguencing Logic
Control Unit Register dan Decoder
Control Memory
Gambar 1.7. Struktruktur Sebuah Komputer secara sederhana
COMPUTER
1 2
4
3
COMPUTER
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Bagian pada komputer menurut gambar 1.7 adalah sebagai berikut:
1 : CPU
2 : Main Memory
3 : System Interconnection
4 : Input Output
Gambar 1. 8. Struktur Komponen Utama CPU
3
COMPUTER
5 6
8
7
C P U
Dimana:
1: Memory
2 : Input Output
3 : System Bus
4 : CPU
5 : Control Unit
6 : ALU
7 : Internal CPU
Interconnect
8 : Register
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 1.9. Struktur Komponen Pada Control Unit
Pada pertemuan selanjutnya akan dibahasa mengenai bagian struktur dari sebuah
komputer mulai dari CPU, memori Internal dan eksternal, Bus dan cara pengorganisasian
masing-masing kompunen struktur dari komputer yang sudah ada.
Latihan :
1. sebutkan dan jelaskan fungsi dasar dari sebuah komputer?
2. Menurut Jhon Von Newman terdapat 3 komponen terpenting dalam sebuah
komputer, sebutkan bagian masing-masing dan jelaskan?
1 : ALU
2 : Register
3 : Internal CPU Bus
4 : Control Unit
5 : Sequencing Logic
6 : Control Unit
Register - Decoder
7 : Control Memory
3
CPU
5
7
6
Control Unit
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Struktur Interkonesi
(Bus System)
Interkonesi Unit-Unit Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
02 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Fungsi Bus sytem dan Perkembangannya
Mahasiswa dapat mengetahui Memahami fungsi sistem bs pada Komputer dan perkembangan teknologinya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Evolusi Komputer
A. Generasi Pertama
Komponen utama : Vacum Tube
ENIAC
Electronic Numerical Integrator And Computer
Berat 30 ton dan Volume 15 000 ft2
Berisi lebih dari 18.000 tabung vakum
Membutuhkan daya listrik 140 kilo watt
Mampu melakukan 5000 operasi penambahan perdetik
Mesin von Neuman
Menggunakan prinsip Stored Program Concept
Mengacu pada IAS (Institute Advanced Studies )
Stuktur IAS terdiri dari :
Main Memory
Arithmetic and Logic Unit
Control Unit
I/O Peripheral
Mesin von Neuman inilah yang akhirnya menjadi dasar dari komputer saat ini.
Pada mesin ini sudah diperkenalkan konsep pemrograman bagi pengaturan keseluruhan
sistem.
Bahasa yang digunakan adalah bahasa mesin.
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Struktur mesin IAS
Gambar 2.1 Diagram Blok Mesin IAS
Main Memory
Arithmetic
And Logic
Program
Control
Peripheral
I / O
ACC Temp.
A L U
DR
IBR PC
IR AR
Control
Circuit
I / O
M A I N
M E M O R Y
CPU
Data
Processing
Program Control Unit
Control
Signal
0 39
OP. CODE OPERAND OP. CODE OPERAND
S
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 2.2 struktur Mesin IAS
Pada gambar 2.2 tersebut diatas menjelaskan bahwa baik Control Unit maupun ALU
berisi register yang didefinikan sebagai berikut :
Memory Buffer Register ( MBR )
Memory Adress Register ( MAR )
Instruction Register ( IR )
Instruction Buffer Register ( IBR )
Program Counter ( PC )
Akumulator dan Temporary Register.
Mesin IAS telah membentuk format dasar dari suatu pelaksanaan instruksi yaitu :
Fetch
Decode
Execute ( Operand Fetch dan Execute )
IAS mempunyai 21 instruksi yang dapat dikelompokkan menjadi :
Data Transfer
Unconditional Branch
Conditional Branch
Erithmetic
Address Modify.
Memory pada IAS terdiri dari 2 instruksi yaitu Left Instruction (LI) dan Right Instruction
(RI) hal ini merupakan dasar dari konsep “look forward” pada generasi saat ini.
Kelemahan dari LI dan RI jika digunakan pada komputer era saat ini adalah adanya
bagian instruksi yang tidak terbaca pada saat suatu subroutine di jalankan.
B. Generasi Ke Dua
Komponen utama : Transistor
Kecepatan proses lebih tinggi
Kapasitas penyimpanan data / instruksi yang lebih besar
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Ukuran lebih kecil
Daya operasional dan dimensi fisik yang makin kecil.
Menggunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi.
Diperkenalkannya Multiplexor yang berfungsi sebagai I/O Processor.
Terjadinya pemisahan antara internal instruction dan external instruction.
Komunikasi antara CPU dan I/O Controller menggunakan teknik interupsi.
Contoh : IBM seri 7000 (seperti IBM 7090, IBM 7094 I, IBM 7094 II )
Gambar 2.3 Struktur Komputer Generasi Ke-2
C. Generasi Ke Tiga
Komponen utama : Integrated Circuit dari kelas SSIC dan MSIC
Integrated Circuit yang digunakan adalah :
Small Scale Integrated Circuit ( SSIC )
Medium Scale Integrated Circuit ( MSIC )
ACC Temp.
A L U
DR
IBR
PCIR AR
Control
Circuit
CPU
Control
Signal
Index Adders
Index Register
Operator
Console
Main Memory
M u l t i p l e x e r
I/O
Processor
I / O
Processor
Magnetic
Tape
Card
Reader
Printer
Drum / Disc
Contrl
DRUM Dics
S Fixed Point
S Exponent Mantissa
Op Code Address
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Memory yang digunakan : semikonduktor
Teknology mikroelektronika sudah mulai dibentuk gate dan memory Cell (flip flop).
Dari gate dan memory Cell maka terbentuklah 4 fungsi dasar dari sistem komputer :
Data Storage memory cell.
Data Processing gate.
Data Transfer memory cell dan gate.
Control gate.
I/O Processor menalami perubahan :
Selector Channel untuk I/O yang mempunyai kecepatan tinggi.
Multiplexer Channel untuk I/O yang mempunyai kecepatan
sedang (lambat)
Diperkenalkannya sistem akses langsung ke memory yaitu DMA ( Direct Memory
Access )
Contoh : IBM System 360, DEC PDP - 8
Gambar 2.3 Struktur Komputer Generasi Ke-3
Tape Storage Disk Storage Disk Storage
Tape
Control UnitDisk Control Unit
Console Card Reader Line Printer
Control Unit Control Unit Control Unit
IOP
(Selector Channel)
IOP
(Multiplexer Channel)
MEMORY
Control Unit
Main
MEMORY
C P U
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
D. Generasi Ke Empat
Komponen utama : Integrated Circuit
Integrated Circuit yang digunakan adalah LSIC ( Large Scale Integrated Circuit )
Mulai diperkenalkan teknologi mikroprosesor
Dikenalnya Operating System
Memory semikonduktor telah mencapai kerapatan yang tinggi RAM dan ROM
Diperkenalkannya konsep jaringan.
E. Generasi Ke Lima
Komponen utama : Integrated Circuit
Integrated Circuit yang digunakan adalah VLSIC (Very Large Scale Integrated
Circuit)
Perkembangan perangkat lunak kearah grafis dan animasi.
Mulai diperkenalkannya aplikasi desktop
Adanya perkembangan dari teknologi microprocessor, contoh INTEL :
8008
8080 / 8086
80286
80386
80486
Pentium (80586)
Tabel 2.1 Evolusi Komputer
Generasi Tahun Prakiraan Teknologi Operasi per detik
I 1946 - 1957 Vacum Tube 40.000
II 1958 - 1964 Transistor 200.000
III 1965 - 1971 SSIC dan MSIC 1.000.000
IV 1972 - 1977 LSIC 10.000.000
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Dari tabel 2.1 tersebut terlihat peningkatan kerapatan komponen pada sistem
processor akan meningkatkan besarnya operasi yang dapat dilakukan persatuan waktu.
Hal ini dapat terjadi karena adanya penambahan fungsi fungsi pendukung kerja pada sistem
processor tersebut.
F. Perancangan kinerja
1. Aplikasi Desktop :
Aplikasi desktop yang memerlukan daya yang besar pada sistem yang berbasis
miocroprocessor saat ini meliputi :
Pengolahan Citra
Voice Recognition
Video Konference
Multimedia
2. Teknik Perancangan microprocessor kontemporer
Untuk peningkatan kecepatan processor maka beberapa tahapan telah dibuat
diantaranya :
Branch Prediction
Data Flow Analysis
Speculative Executive
V 1978 - … VLSIC 100.000
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
3. Keseimbangan Kinerja
Pengaturan organisasi dan arsitektur untuk mengkompensasi perbedaan
kemampuan yang terdapat diantara bermacam macam komponen.
Beberapa cara ditempuh untuk mencapai keseimbangan kerja :
Melebarkan DRAM dan menggunakan lintasan data bus yang lebih besar
Mengubah interface DRAM dengan melibatkan cache atau teknik pem – buffer – an.
Mengurangi frekwensi akses memori dengan menggunakan struktur cache yang
lebih kompleks dan effisien antara processor dan memory utama.
Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memori dengan
menggunakan hierarkhi bus untuk mem – buffer – kan data.
Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memory utama
dengan menggunakan bus – bus berkecepatan tinggi.
B. Komponen komponen sistem komputer
1. Rancangan arsitektural von Neuman didasarkan pada tiga konsep utama :
Data dan instruksi disimpan di memori utama
Memori ini dapat dialamati dengan lokasi
Eksekusi terjadi dengan cara sequential.
2. Komponen komponen pada level atas terdiri dari :
CPU
Memory
Input / Output
Interkoneksi antara komponen CPU, Memori dan Input / Output.
Dari konsep tersebut diatas maka muncullah 2 pendekatan dasar pada sistem
arsitektur :
• Pendekatan hardware
Peralatan untuk tujuan khusus
Kecepatan operasi yang tinggi
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Untuk pengembangan dibutuhkan tambahan peralatan baru
Harga relatif mahal
• Pendekatan Software
Peralatan yang multiguna (General Purpose)
Kecepatan proses yang relatif tidak terlalu tinggi
Fungsi dari keseluruhan sistem tergantung dari instruksi atau program yang ada.
Untuk pengembangan, difokuskan pada penambahan perangkat lunak.
Harga relatif lebih murah.
Komponen komponen yang berhubungan dengan aliran data dari sebuah sistem komputer,
secara global adalah :
CPU (Central Processing Unit )
MAR ( Memory Addres Register )
MBR ( Memory Buffer Register )
IOAR ( Input Output Address Register )
IOBR ( Input Output Buffer Register
Memory lokasi dari memory yang bersangkutan dan teknik addressing – nya.
Input Output Buffer.
Pengolahan instruksi terbagi menjadi 3 fase utama, yaitu :
Fetch instruksi
Decode instruksi
Execute instruksi
Aksi pada awal siklus instruksi dibagi dalam 4 tahapan penting :
CPU Memory
CPU I/O
Data Processing
Control
Siklus dari sebuah instruksi.
2012 11 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 2.4 Siklus sebuah Instruksi
Adapun singkatan dari gambar tersebut diatas :
IAC : Instruction Address Calculation
IF : Instruction Fetch
IOD : Instruction Operation Decoding
OAC : Operand Address Calculation
OF : Operang Fetch
DO : Data Operation
OS : Operand Store
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
Multiple
Result IAC OAC IOD DO
IF OF OS
OAC
Multip
le
Next String/Vect
or
MultipCPU
Intern
al
MODUL PERKULIAHAN
Struktur Interkonesi
(Bus System)
Interkonesi Unit-Unit Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
03 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Fungsi Bus sytem dan Perkembangannya
Mahasiswa dapat mengetahui Memahami fungsi sistem bs pada Komputer dan perkembangan teknologinya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Bus System
Sebuah komputer terdiri dari sekumpulan komponen komponen dasar seperti : CPU,
memori dan I/O, yang saling berinteraksi satu dengan yang lainnya.
Kumpulan lintasan lintasan yang saling menghubungkan berbagai modul modul tersebut
dikenal dengan nama struktur interkoneksi.
Struktur interkoneksi harus mendukung jenis transfer perpindahan berikut ini :
CPU Memori
CPU I/O
I/O Memori ( DMA Prses )
CPU Instruksi
Data
Signal
Interupsi
Data
Control
Signal
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 3.1. Proses Input dan Ouput pada CPU
Memory
Data
Alamat
Read
Write
Data
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 3.2. Proses Input dan Ouput pada Memori
Gambar 3.3. Proses Input dan Ouput pada I/O
SISTEM BUS
I / O
Internal
Data
Alamat
Read
Write
Internal
Data
Eksternal
Data
Eksternal
Data
Interrupt
Signal
Buffer
Data
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
BUS adalah sarana pengangkut / saluran yang terdapat didalam suatu
microprocessor (CPU) yang menghubungkan antara Microprocessor tersebut dengan dunia
luar.
Melalui sarana BUS inilah microprocessor tersebut mampu menerima data atau
mengirimkan data hasil pengolahannya keluar sistem microprocessor dan mampu untuk
menghubungi peralatan peralatan pendukungnya
Pada setiap microprocessor ( CPU ) selalu terdapat 3 sistem BUS dasar yaitu :
Data BUS
Address BUS
Control BUS
Data BUS :
Sebagai sarana pengangkut data antara CPU dan komponen pendukungnya.
Jumlah Data Bus menyatakan lebar jejak data pada CPU atau jumlah data bit instruksi
yang mampu diambil persatuan waktu.
Data Bus biasanya digunakan sebagai taksonomi dari microprocessor yang
bersangkutan.
Address BUS :
Sebagai sarana pembawa alamat dari microprocessor ke komponen pendukungnya.
Setiap komponen pendukung didalam sistem komputer harus mempunyai alamat yang
UNIQUE.
Jumlah dari Address Bus menyatakan jumlah komponen pendukung yang mampu
dialamati oleh microprocessor yang bersangkutan.
Control BUS :
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Sebagai sarana pembawa signal kontrol antara microprocessor dan peralatan
pendukung didalam kesinambungan komunikasi antara bagian pada sistem komputer
tersebut.
Control BUS biasanya meliputi :
Signal Control
Signal pewaktuan
Control yang umum digunakan pada sistem komputer :
Memory Write ( )
Memory Read ( )
I/O Write ( )
I/O Read ( )
Transfer ACK ( )
Bus Request ( )
Bus Grant ( )
Interrupt Request ( )
Interrupt ACK ( )
Reset ( )
Clock
Pada sistem komunikasi antara processor dengan peralatan I/O terjadi perkuran sinyal
sebelum transfer data dilakukan, fenomena ini disebut sebagai teknik Handshaking.
Contoh proses Handshaking adalah antara sinyal Interrupt Request dan Interrupt ACK.
ARSITEKTUR BUS
Arsitektur pada sistem BUS adalah untuk mengatur bagaimana konektivitas data
antara peralatan I/O dengan sistem processor dan memori agar didapat koordinasi kerja dan
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
kecepatan kerja yang lebih baik yang pada akhirnya akan dapat meningkatkan effisiensi
sistem. Gambar 3.4 Memperlihatkan Arsitektur dasar dari sebuah sistem Bus
Gambar 3.4. Arsitektur Dasar dari sebuah Sistem Bus
Apabila banyak terdapat perangkat I /O atau sistem memory yang dihubungkan ke BUS
Data maka akan dapat menurunkan kinerja dari sistem keseluruhan, hal ini dikarenakan :
Timbulnya propogasi delay
Timbulnya permasalahan Bottleneck
Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dibuatlah beberapa arsitektur Bus dasar
dengan tujuan untuk meningkatkan effisiensi sistem.
Pada arsitektur Bus Traditional, Bus dibedakan :
System Bus untuk data data yang berhubungan sistem memory
Expansion Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O
System Local Bus untuk data yang berhubungan dengan sistem pemrosesan data.
CPU MEMORY MEMORY I / O I / O
DATA BUS
ADDRESS BUS
CONTROL BUS
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
SCSI SerialModemNetworkExpansion BUS
Interface
MainMemory
Processor
Local I/OController
Cache
Local BUS
System BUS
Expansion BUS
Gambar 3.5. Arsitektur Bus Tradisional
Pada arsitektur High Speed Bus, Bus dibedakan :
Expansion Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O yang
lambat.
High Speed Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O yang
cepat.
System Bus untuk data data yang berhubungan dengan sistem memory.
System Local Bus untuk data data yang berhubungan dengan pemrosesan data.
Gambar 3.6. Arsitektur High Speed Bus
SerialModemFAXExpansion BUS
Interface
MainMemory
ProcessorCache /Bridge
High Speed BUS
Expansion BUS
SCSI Graphics Video LAN
Local BUS System BUS
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Elemen – elemen pada sistem perancangan Bus :
Jenis Bus
Decicated
Multiplexed
Metoda arbitrasi
Tersentralisasi
Terdistribusi
Timing
Synchronous
Asynchronous
Lebar Bus
Address
Data
Type data transfer
Write
Read
Read modify write
Read after write
Block
PCI
• Peripheral Component Interconnection
• Dikeluarkan oleh Intel sebagai public domain
• 32 atau 64 bit
• 50 Jalur
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Jalur Bus PCI (Optional)
• Interrupt lines
* Not shared
• Cache support
• 64-bit Bus Extension
* Additional 32 lines
* Time multiplexed
* 2 lines to enable devices to agree to use 64-bit transfer
• JTAG/Boundary Scan
* For testing procedures
Gambar 3.7 Sinkronisasi pada Bus PCI
2012 11 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Internal Memory
Memory Utama Pada Sistem Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
034 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Jenis-jenis Memory Internal dan Konsep Kerja memory
Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami Konsep Kerja Memory dan Jenis-Jenisnya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Internal Memory
Memory pada sistem komputer dapat dibedakan menjadi :
Internal memory
Eksternal memory
Memory digunakan untuk menyimpan data atau program yang akan diproses oleh
processor. Berdasarkan sifat dari data tersebut yang berhubungan dengan pemrosesan
maka dapat di katagorikan :
Data yang sedang diproses
Data yang akan diproses
Data yang belum diproses
Karakteristik penting dari sistem memory yang digunakan pada sistem komputer adalah :
Lokasi
Processor
Internal (Main)
External (Secondary)
Kapasitas
Ukuran Word ( Word size )
Jumlah Word
Satuan Transfer
Word
Block
Metoda akses
Sequential
Direct
Random
Assosiative
Kinerja
Access Time
Cycle Time
Transfer Rate
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Type fisik
Semikonduktor
Magnetic
Optical
Karakteristik fisik
Volatile / Non Volatile
Erasable / Non Erasable
Tiga konsep Unit of Transfer yang saling berhubungan bagi internal memori :
Word
Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk
merepresentasikan bilangan dan panjang instruksi.
Addressable Units
Pada sejumlah sistem, addressable unit adalah word. Namum terdapat sistem yang
mengijinkan pengalamatan pada tingkat byte.
Unit Of Transfer
Satuan ini merupakan jumlah bit yang dibaca atau yang dituliskan kedalam memory
pada suatu saat. Satuan transfer tidak perlu sama dengan word atau addressable
unit. Bagi external memory seringkali data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih
besar dari word dan hal ini dikenal sebagai block.
1. Hierarkhi Memory
Spektrum dari teknologi didalam sistem memory :
Semakin kecil waktu akses, semakin besar harga perbit
Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga perbit
Semakin besar kapasitas, semakin lama waktu akses
Dari gambar 4.1 dan gambar 4.2, jika kita bergerak turun dari atas ke bawah maka akan
didapat :
Penurunan harga perbit
Peningkatan kapasitas
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Peningkatan waktu akses ( waktu akses yang semakin lama )
Penurunan frekwensi akses memory oleh CPU
Gambar 4.1 Tradisional hirarki memori
Gambar 4.2 kontenporer hirarki memori
Register
Main Memory
Magnetic Disc
Magnetic Tape
Register
Main Memory
Magnetic Disc
Magnetic Tape
Cache
Disc Cache
Optical Disc
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
2. Tipe tipe memory Semikonduktor :
RAM (Random Access Memory )
Static RAM
Dinamic RAM
ROM ( Read Only Memory )
Mask ROM programmed by factory
PROM ( Programmable ROM ) programmed by user
➢ Erasable PROM ( EPROM ) UV Light ; Chip Level
➢ Electrically Erasable PROM Electrical ; Byte Level
➢ Flash ROM Electrical ; Block Level
A. Random Access Memory
Merupakan memory Baca Tulis dimana isi dari RAM dapat diupdate setiap saat dan
bersifat volatile serta digunakan data / instruksi selama pemrosesan berlangsung.
• Dinamic RAM :
➢ Terbuat dari bahan kapasitif
➢ Memerlukan daya operasional yang relatif kecil
➢ Kerapatan perkeping IC yang besar
➢ Memerlukan rangkaian Refresh
➢ Harga lebih murah
➢ Effisien untuk sistem sistem besar
➢ Kecepatan proses yang relatif lambat dibanding RAM Statis
Gambar 4.3 Struktru Elektronika Ram Dinamis
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Static RAM :
Terbuat dari sistem transistor bipolar
Memerlukan daya operasional yang relatif besar
Tidak memerlukan rangkaian Refresh, karena sifat dari transistor.
Kerapatan perkeping IC yang sedikit ( kecil )
Harga lebih mahal
Kecepatan proses yang tinggi
Effisien untuk sistem sistem kecil dan sistem yang memerlukan kecepatan
pemrosesan yang tinggi.
Gambar 4.3 Struktru Elektronika Ram Statis
Organisasi sebuah Memori DDRAM
• 16Mbit chip dapat disusun dari 1M x 16 bit word
• 1 bit/chip memiliki 16 lots dengan bit ke 1 dari setiap word berada pada chip 1
• 16Mbit chip dapat disusun dari array: 2048 x 2048 x 4bit
- Mengurangi jumlah addres pins
- Multiplex row address dg column address
- 11 pins untuk address (211=2048)
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
- Menambah 1 pin kapasitas menjadi 4x
Organisasi Modul sebuah memori berkapasitas 16 Mbit terlihat pada Gambar 4.4
Gambar 4.4. Organisasi Modul sebuah memori berkapasitas 16 Mbit
B. Read Only Memory :
ROM adalah memory yang berisi program yang bersifat tetap / tidak berubah sepanjang
sistem yang digunakan memungkinkan.
Aplikasi penting dari ROM meliputi :
Microprogramming
Library subroutine bagi fungsi – fungsi yang sering diperlukan
Program program sistem
Tabel tabel fungsi
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Sebelum operasi dari sistem komputer diaktifkan maka isi dari ROM akan di-load terlebih
dahulu ke dalam RAM POST ( Power On Self Test )
Permasalahan yang ada pada sistem ROM :
• Langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi
• Tidak boleh terjadi kesalahan sekecil apapun. Apabila ternyata dijumpai kesalahan pada
satu bitnya maka ROM tersebut tidak dapat digunakan.
Untuk mengatasi hal tersebut diatas maka dibuatlah ROM yang dapat diprogram dan
dihapus seperti halnya RAM.
Tiga macam Read mostly memory :
EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )
EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory )
Flash ROM / Flash Memory
Organisasi Memory :
Elemen dasar dari sebuah memory semikonduktor adalah sel memory.
Seluruh sel memory memiliki sifat sifat tertentu :
Sel memory memiliki dua keadaan stabil atau tidak stabil yang dapat digunakan
untuk merepresentasikan bilangan biner 0 dan 1.
Sel memory mempunyai kemampuan untuk ditulisi untuk menyetel keadaan
Sel memory mempunyai kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan.
Error Correction pada RAM :
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Error pada memory semikonduktor dapat dikategorikan sebagai kegagalan yang berat dan
kegagalan yang ringan.
Kegagalan yang berat merupakan kerusakan fisik permanen sehingga sel memory yang
mengalaminya tidak dapat lagi digunakan untuk menampung data.
Kegagalan yang ringan adalah kejadian yang random dan tidak merusak yang mengubah iisi
sebuah sel memory atau lebih, tanpa merusak memory. Kegagalan ringan ini salah satunya
dapat disebabkan oleh masalah catu daya yang tidak stabil.
Suatu error correction dapat dibuat untuk menjaga agar validasi dari data yang dibaca
maupun ditulis adalah absah.
Sistem error correction pada RAM biasanya menggunakan Hamming Code dengan tujuan
jika terjadi kesalahan data pada satu bitnya maka dapat dikoreksi oleh sistem.
Jika M bit disimpan pada RAM maka untu koreksi dengan Hamming Code diperlukan
K bit tambahan, sehingga ukuran aktual dari word memori yang disimpan adalah M+K bit.
Dengan sistem tersebut diatas maka akan didapatkan kondisi :
Jika tidak ada kesalahan maka data bit yang diminta akan dikirimkan.
Jika ada kesalahan dan dimungkinkan untuk dikoreksi dilakukan perbaikan.
Jika ada kesalahan dan tidak dimungkinkan untuk diperbaiki error signal
Untuk sistem proteksi memory saat ini digunakan gabungan Parity dan Hamming Code.
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 4.5. Struktur Error correction pada RAM
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
Memory
f
f
Compare
Corrector
Data M
K
M
K
Data Out M
Error Signal
MODUL PERKULIAHAN
External Memory
Memori Tambahan Pada Sistem Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
05 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Jenis-jenis Memori Eksternal dan Konsep Kerja Jenis-Jenis Memori ekternal tersebut
Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami tentang Jenis-jenis Memori Eksternal dan Konsep Kerja Jenis-Jenis Memori ekternal tersebut
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
External Memory
Jenis Memori External
• Magnetic Disk
- RAID
- Removable
• Optical
- CD-ROM
- CD-Writable (WORM)
- CD-R/W
- DVD
• Magnetic Tape
Magnetic Disc :
Disc merupakan piringan bundar yang terbuat dari logam atau sejenisnya yang
dilipisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi seperti magnetis oxsite. Data direkam
diatasnya dan kemudian dapat dibaca dari disc dengan menggunakan conducting coil yang
dinamakan head.
Selama operasi pembacaan dan penulisan, head bersifat stationer sedangkan
piringan bergerak gerak dibawahnya.
Mekanisme pembacaan didasarkan adanya arus listrik yang terdapat didalam conducting
coil akibat dari medan listrik yang dihasilkan oleh permukaan magnetic disc. Mekanisme
penulisan didasarkan pada arus listrik yang mengalir pada conducting coil yang kemudian
dikirimkan ke permukaan magnetis dengan pola pola tertentu.
Jenis Kemasan yang digunakan:
1. Floppy
• 8”, 5.25”, 3.5”
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Kapasitas kecil
- sampai 1.44Mbyte (ada yg 2.88M)
• Lambat
• Umum dipakai
• Murah
Gambar 5.1 Floppy disk dan disk drive
2. Winchester Disc, sifat disknya tidak dapat dipindahkan (tetap), magnestic disc model
seperti ini yang masih dipertahankan sampai sekarang untuk teknologi Harddisk.
• Dikembangkan oleh IBM di Winchester (USA)
• Dikemas dalam satu unit
• Berisi satu cakram atau lebih
• Head sangat kecil
• Handal
• Umum digunakan
• Murah
• Sbg external storage yg sangat cepat
• Kapasitas semakin besar
- Dalam orde GB
5.25 & 3.5 inch
floppy diskettes
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
3. Removeble Disc, sifat disknya dapat digantikan dalam chasing cangkangnya, sekarang
ini teknologi remevoble disk hanya dipergunakan pada teknologi Compact disc saja.
Untuk hardisk tidak lagi digunakan teknologi ini.
• ZIP
- Murah
- Banyak digunakan
- 100MB
• JAZ
- Mahal
- 1G
• L-120 (a: drive)
- Juga dapat untuk membaca 3.5” floppy
Pencarian Sector
• Harus dapat mengenali awal suatu track dan sector
• Format disk
- Menambahkan informasi tambahan
- Memberi tanda awal track dan sector
ST506 format (old!)
Gambar 5.1. Struktur Format disk
Gap1 Id Gap2 Data Gap3
Gap1 Id Gap2 Data Gap3
Track Sync
Byte
Head Sector CRC Data CRC Sync
Byte
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Organisasi Data dan Pemformatan :
Organisasi data pada piringan berbentuk sejumlah cincin cincin yang konsentris, yang
disebut track.
Track yang berdekatan dipisahkan oleh Inter Track Gap.
Track track tersebut dibagi menjadi unit unit tertentu yang disebut Sector.
Antara sector satu dengan sector yang lainnya dipisahkan ole Inter Record Gap.
Gambar 5.2 Data Disc Layout
Karakteristik Sistem Disc
Pada sistem sistem disc masing dapat dibedakan berdasarkan beberapa karakteristik.
Karakteristik penting dari sebuah sistem disc adalah :
Gerakan Head
• Fixed head
- Ada satu head (r/w) per track
- Head diletakkan pada tangkai yg tetap
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Movable head
- Hanya ada satu head per side
- Diletakkan pada tangkai yg dpt bergerak
Portabilitas dari sebuah Disc
• Removable disk
- Dapat dilepas dari drive dan diganti dg disk lain
- Memberikan kapasitas simpanan yg tak terbatas
- Mudah melakukan transfer data antar sistem
• Nonremovable disk
4. Terpasang permanen dalam drive
5. Kapasitas penyimpanan terbatas berdasarkan yang ada pada packet
Sides
Single Sides, mempunyai satu sisi piringan saja yang dapat di isi
Double Sides, mempunyai dua sis piringan saja yang dapat di isi.
Platters
Single Platter, hanya memiliki satu buah piringan saja untuk tempat
penyimpan yang tersedia
Multiple Platter
• Satu head per side
• Semua head digabung dan di-align
• Track-track yg setiap platter membentuk cylinder
• Data dipecah berdasarkan cylinder
- Mengurangi gerakan head
- Meningkatkan kecepatan (transfer rate)
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar. 5.3 Multiple Platter
Mekanisme Head
Fixed Gap
Contact
Aerodynamic Gap ( Winchester )
Access Time
• Seek time (gerakan head ke track yg dituju)
• (Rotational) latency
- Putar platter sampai posisi data dibawah head
• Access time = Seek + Latency
• Transfer rate
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
R A I D
RAID : Redudancy Array of Independent Disc.
Pola yang telah distandarisasi bagi rancangan data base dengan disc berjumlah banyak.
Merupakan penyempurnaan dari kecepatan penyimpanan pada disc.
Tiga karakteristik umum pada tingkatan RAID yaitu :
RAID adalah merupakan sekumpulan disc drive yang dianggap oleh sistem
operasi sebagai sebuah drive logic tunggal.
Data didistribusikan ke drive fisik array.
Kapasitas redudant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas yang
menjamin recoverability data terjadi kegagalan disc.
RAID menjembatani antara kecepatan disc yang lambat dengan kecepatan sistem
komputer yang cepat
Gambar 5.4 Data Mapping For RAID 0
Optical Storage CD-ROM
• Originally for audio
• 650Mbytes giving over 70 minutes audio
• Polycarbonate coated with highly reflective coat, usually aluminium
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Data stored as pits
• Read by reflecting laser
• Constant packing density
• Constant linear velocity
Cara kerja CD
Gambar. 5.5. Cara Kerja CD
CD-ROM Drive Speeds
• Audio is single speed
- Constant linier velocity
- 1.2 ms-1
- Track (spiral) is 5.27km long
- Gives 4391 seconds = 73.2 minutes
• Other speeds are quoted as multiples
• e.g. 24x
• Quoted figure is maximum drive can achieve
Random Access on CD-ROM
• Difficult
• Move head to rough position
• Set correct speed
• Read address
• Adjust to required location
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
ARITMATIKA KOMPUTER
Konsep Perhitungan Pada Sistem Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
06 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Arithmatika Komputer
Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami Cara perhitungan pada sistem Komputer
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Arithmatika Komputer
Pendahuluan
• Aritmetika komputer dibentuk dua jenis bilangan yang sangat berbeda integer dan
floating point.
• Pada kedua jenis bilangan tersebut, pemilihan representasi merupakan masalah
rancangan yang sangat kritis.
Artihmatika dan unit logika (ALU)
• ALU bagian komputer yang berfungsi membentuk operasi-operasi aritmetika dan
logik terhadap data.
• Semua elemen lain sistem komputer-control unit, register, memori, I/O- berfungsi
membawa data ke ALU untuk selanjutnya diproses dan kemudian mengambil kembali
hasilnya.
• ALU dan seluruh komponen elektronik pada penggunaan perangkat logik digital
sederhana yang dapat menyimpan digit-digit biner dan membentuk operasi logik
Boolean sederhana.
Gambar 6.1 Input dan output dari ALU
Representasi Interger
Data pada komputer menggunakan sistem bilangan biner yang mempresentasikan data
apapun kedalam 0 dan 1yang dikenal dengan nama BIT (binary digit)
ALU
Control
Unit
Register
Flags
Register
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
REPRESENTASI NILAI TANDA
• Penggunaan unsigned integer tidak cukup bilangan integer negatif
dan juga bilangan positif integer.
• Karena itu beberapa konvesi lainnya yang dapat kita gunakan.
• Konvesi-konvesi perlakuan terhadap bit yang paling berarti (paling
kiri) di dalam word bit tanda.
• Apabila bit paling kiri sama dengan 0 suatu bilangan adalah positif
sedangkan bila bit yang paling kiri sama dengan 1 bilangan bernilai
negatif.
• Bentuk yang paling sederhana representasi yang memakai bit tanda
representasi nilai tanda. Pada sebuah word n bit, n – 1 bit yang paling
kanan menampung nilai integer. Misalnya:
+ 18 = 00010010
- 18 = 10010010 (sign-magnitude/nilai-tanda)
• Terdapat beberapa kekurangan pada representasi nilai-tanda penambahan dan
pengurangan memerlukan pertimbangan baik tanda bilangan ataupun nilai relatifnya
agar dapat berjalan pada operasi yang diperlukan.
• Kekurangannya lainnya terdapat dua representasi bilangan 0:
+ 010 = 00000000
- 010 = 10000000 (sign-magnitude)
REPRESENTASI KOMPLEMEN DUA
• Representasi komplemen dua ( two’s complement representation) mengatasi dua
buah kekurangan yang terdapat pada representasi nilai- tanda.
• Penambahan dan pengurangan nilai-tanda (sign-magnitude) tidak mencukupi
dan terdapat dua buah representasi bilangan nol.
• Representasi komplemen dua menggunakan bit yang paling berarti sebagai bit tanda
memudahkannya untuk mengetahui apakah sebuah integer bernilai positif atau
negatif.
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Representasi ini berbeda dengan representasi nilai-tanda dengan cara
menginterpretasikan bit-bit lainnya.
• Representasi komplemen dua akan lebih mudah dimengerti dengan
mendefinisikannya dalam bentuk jumlah bobot bit seperti telah kita lakukan diatas
pada representasi unsigned-magnitude dan sign-magnitude.
• Bilangan nol akan diidentifikasikan sebagai positif, memiliki tanda bit 0 dan nilai
keseluruhan 0.
• Kita dapat melihat bahwa range integer positif yang dapat direpresentasikan mulai 0
(seluruh magnitude bit-nya sama dengan 0) hingga 2n-1-1 (seluruh magnitude bit-
nya 1). bilangan yang lebih besar akan memerlukan bit yang lebih banyak.
• Sekarang bilangan negatif A, bit tanda an-1, sama dengan 1. n-1 bit sisanya
dapat mengambil salah satu dari 2n-1 nilai.
• Karena itu, range integer negatif yang dapat direpresentasikan mulai –1 hingga -
2n-1.
• Hasilnya assignment yang mudah bagi nilai untuk membiarkan bit-bit an-1 an-
2…a:a0 akan sama dengan bilangan positif 2n-1 –A.
KONVERSI ANTARA PANJANG BIT YANG BERLAINAN
• Kadang-kadang kita perlu mengambil sebuah integer n bit dan
menyimpannya di dalam m bit, dengan m > n.
• Pada notasi sign-magnitude mudah dilaksanakan: cukup memindahkan
bit tanda ke posisi terkiri yang baru dan mengisinya dengan nol. Misalnya:
+18 = 00010010 (sign-magnitude, 8 bit)
+18 = 0000000000010010 (sign-magtitude, 16 bit)
-18 = 10010010 (sign-magnitude, 8 bit)
-18 = 1000000000010010 (sign-magtitude, 16 bit)
• Prosedur di atas tidak berlaku bagi integer negatif komplemen dua. Dengan
memakai contoh yang sama:
+18 = 00010010 (komplemen dua, 8 bit)
+18 = 0000000000010010 (komplemen dua, 16 bit)
-18 = 10010010 (komplemen dua, 8 bit)
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
-65.518 = 1000000000010010 (komplemen dua, 16 bit)
• Aturan integer komplemen dua adalah untuk memindahkan bit tanda ke
posisi terkiri yang baru dan mengisinya dengan salinan-salinan bit
tanda.
• Bilangan positif diisi dengan 0 dan bilangan negatif isi dengan 1
• -18 = 10010010 (komplemen dua, 8 bit)
• -18 = 1111111100010010 (komplemen dua, 16 bit)
REPRESENTASI FIXED-POINT
• Representasi yang telah dibahas disini kadang-kadang disebut fixed point.
• Hal ini disebabkan radix pointnya (binary point) tetap dan diasumsikan akan
berada di sebelah kanan dari digit yang paling kanan.
• Pemrogram menggunakan representasi yang sama untuk bilangan pecahan biner
dengan melakukan penskalaan bilangan-bilangan yang bersangkutan titik biner
secara implisit berada pada lokasi lainnya.
ARITMETIKA INTEGER
Pada proses arithmatika ALU hanya dapat melakukan proses penjumlahan dan
pengurangan. Untuk melaukuakn proses perkalian dan pembagian integer dilakukan dengan
dua buah proses
1. Negasi
Negasi adalah tehnik untuk mencari nilai negatif dengan cara membalikan nilai yang
sudah ada ditambahkan nilai 1, contoh:
Nilai – 10 dapat dicari dengan cara :
a. Dilakukan dengan pengurangan pergeseran jumlah satu bit kedepan: yaitu jika nilai
desimal bernilai 10 maka didapatkan nilai binernya adalah 1010 yang banyak
bilangan bitnya sebanyak 4 bit sehingga nilai kedepan yang dikurangi adalah 10000
sebanyak 5 bit
0110
1010
10000
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
b. Dengan cara inverting yaitu membalikan nilai bilangan yang tidak negatif. Caranya
antara lain:10 desimal memiliki nilai biner yaitu 1010, yang berjumlah 4 bit maka kita
dapat mencari nilai -10 adalah:
1010, dibalik menjadi nilai 0101 ditambah denga nilai 1 maka didapatkan nilai
0110
2. Penjumlahan
Arithmatika penjumlahan biner yang dilakukan pada unit Arithmatika dan Logika (ALU)
sebenarnya adalah menggunakan gerbang logika kombinasional yang disebut adder,
gambar rangkaian half adder terlihat pada gambar 6.2
Gambar 6.2 Rangkaian half adder
Tetapi secara matematis yang dilakukan oleh manusiA adalah sebgai berikut
3. Pengurangan
Arithmatika pengurangan biner yang dilakukan pada unit Arithmatika dan Logika (ALU)
sebenarnya adalah menggunakan gerbang logika kombinaksional yang disebut
Subtractor, gambar rangkaian half subtractor terlihat pada gambar 6.3
Gambar 6.3 Rangkaian Half subtractor
Tetapi secara matematis yang dilakukan oleh manusi adalah sebgai berikut
Sum
Carry
A
B
Selisih
Pinjam
A
B
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
4. Perkalian
Arthmatika perkalian pada komputer sebenarnya tidak ada yang ada adalah melakukan
penjumlahan sebanyak yang dikalikan dengan bantuan logika “AND’ pada setiap yang
dikalikan serta melakukan shift register pada masing bit pengali
Pada proses perkalian pembilang dan penyebut dilakukaan proses logika “AND” setelah itu
di bentuk bergeser dengan counter register dari awal tulisan seperti perkalian pada bilangan
desimal yang dimengerti oleh pemahaman manusia.
5. Pembagian
Nb: Turun 2 bit jika tidak dapat dikurangi oleh pembaginya, maka jumlah bit hasilnya
diberikan nol pada sisa pertamanya.
1011 Multiplicand (11)
1101 Multiplier (13)
1011
0000
1011 Partial Product
x
+
1111
1011
1101
10010011
1011
1110 1011
1011
100
Dividend
Remainder
Partial
Remainders
Divisor
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
ARITMETIKA FLOATING-POINT
Masalah-masalah dapat timbul sebagai hasil operasi-operasi tersebut
diantaranya :
• Exponent Overflow: Sebuah eksponen positif melampaui nilai eksponen maksimum.
Dalam sebagian sistem, hal ini dapat ditandai dengan + atau -.
• Exponent Underflow: Sebuah eksponen negatif melampaui nilai eksponen
maksimum. Hal ini berarti bahwa bilangan terlalu kecil untuk dapat
direpresentasikan, dan bilangan ini dapat dilaporkan sebagai 0.
• Significand Underflow: Dalam proses penggunaan significand, digit dapat mengalir
ke ujung kanan significand. Seperti yang akan kita bahas, diperlukan pembuatan.
• Significand Overflow: Dalam proses penambahan dua significand yang bertanda
sama dapat menghasilkan carry out bit yang paling berarti. Hal ini dapat diperbaiki
dengan melakukan realignment seperti akan kita bahas.
Range pada Floting Point
• For a 32 bit number
* 8 bit exponent
* +/- 2256 1.5 x 1077
• Accuracy
* The effect of changing lsb of mantissa
* 23 bit mantissa 2-23 1.2 x 10-7
* About 6 decimal places
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Expressible Numbers
Latihan:
1. berapakah Nilai arithmatika di bawah ini
a. 1001101 x 10011
b. 101111011101 : 11001
c. – 56(10) = . ...... (2)
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
SET INSTRUKSI
Proses Alur Kerja Program pada Sistem Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
07 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas tentang Proses Alur Kerja Program pada Sistem Komputer
Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami Cara perhitungan pada sistem Komputer
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Set Instruksi
What is an instruction set?
• The complete collection of instructions that are understood by a CPU
• Machine Code
• Binary
• Usually represented by assembly codes
B. Komponents of an Instruction
• Operation code (Op code)
– Do this
• Source Operand reference
– To this
• Result Operand reference
– Put the answer here
• Next Instruction Reference
– When you have done that, do this...
C. Where have all the Operands gone?
• Main memory (or virtual memory/cache)
• CPU register
• I/Odevice
Gambar 7.1 Instruction Cycle State Diagram
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
D. Komponen-Komponen Central Processing Unit (CPU)
ALU1 ALU2
ALU3
ADDER
B
U
S
R1
R2
R3
Issues :
Control
Unit
PC
MBR
MAR
IR
ALU1 ALU2
ALU3
ADDER
B
U
S
R1
R2
R3
Issues :
Gating signal
Control
Unit
PC
MBR
MAR
IR
Clock speed,
Gambar 7.2 Komponen-komponen dari Struktur CPU
Fungsi dari masing-masing komponen adalah sebagai berikut:
1. Control Unit (CU) berfungsi sebagai penegendali dari semua komponen yang terdapt
oleh CPU, seperti penjadwalan kerja dan sinkronisai antar Komponen.
2. Instruction Register (IR) berfungsi sebagai penerjemah set instruksi apakah didalamnya
merupakan sebuah instruksi atau hanya sebuah data. IR berfungsi juga untuk
memberitahu prosedur proses kepada control unit untuk menyiapkan komponen-
komponen yang dibutuh dalam pelaksanaan proses yang akan dilakukan.
3. Program Counter (PC) berrfungsi sebagai urutan pengambilan Instruski set yang
terdapat dalam Main Memory
4. Memory Address Register (MAR) berfungsi sebagai komponen yang diperintahkan oleh
IR dan control Unit untuk mencari alamat dalam sebuah Main Memory
5. Memory Buffer Register (MBR) berfungsi sebagai kompponen yang diperintahkan oleh
IR dan CU untuk membaca dan menulis data pada Main Memory.
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
6. ALU (Arithmatic Logic Unit) adalah komponen atau bagian yang berfungsi melakukan
proses logika maupun Aritmatika dalam hal ini penjumlahan dan pengurangan dari data
yang sudah di ambil oleh MBR dari Main Memory.
7. Register adalah komponen sebagai tempat penyimpanan memory sementara di dalam
CPU, dimana masing-masing register memiliki pekerjaan penyimpanan data masing-
masing. Salah satunya adalah Akumultaor yang merupakan Register yang paling di
gunakan.
E. Instruction Representation
• In machine code each instruction has a unique bit pattern
• For human consumption (programmers) a symbolic representation is used
– e.g. ADD, SUB, LOAD
• Operands can also be represented in this way
– ADD A,B
– LOAD ACC,B
Gambar 7.3 Simple Instruction Format
F. Format Instruksi
Format instruksi dan format data perbedaannya hanya dapat dibedakan oleh register
IR (instruction Register). Apabila data yang diambil dari memori tersebut adalah instruksi
maka IR dapat melakukan operand fetch.
Contoh coding instruksi set pada CPU
0001 = Load AC from Memory
0010 = Store AC to Memory
0101 = Add to AC from Memory
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Contoh dari eksekusi program
Panjang baris = 16 bit , dibagi 4 bit untuk op-code (24 jenis op-code) dan 12-bit address
(212 lokasi memori).
1. Asumsikan PC (program counter) 300. isi dari lokasi 300 di ambil oleh IR
2. Empat bit pertama didalam IR mengindikasikan isi alamat yang ditunjuk IR, isi pada
alamt tersebut di taruh di AC
3. PC menambah 1 bit instruksi
4. Isi awal AC di tambahkan dengan alamat yang di tunjuk
5. PC menambahkan 1 bit instruksi
6. Isi pada AC di taruh pada alamat yang di tunjuk
Proses alur eksekusi dapat dilihat pada alur eksekusi Hypotical Mechine yang terlihat pada
Gambar 7.4
Gambar 7.4 Eksekusi dalam Hypothetical machine
Contoh instruksi format menggunakan proses Mikroskopic Program
Pada kasus eksekusi format instruksi dari memori ke memori.
ADD A,B
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Langkah instruksi, Microscopic view
Menganalisa eksekusi ADD A,B
. Instruksi Fecth : MAR [PC]
Read (fetch instruksi, wait)
IR [MBR]
. Operand Fetch : MAR [Addr-op-1-IR]
Read (operand-1, wait)
ALU1 [MBR]
MAR [Addr-op-2-IR]
Read (operand-2, wait)
ALU2 [MBR]
.Arithmetic ADD
MAR [Addr-op-1-IR]
MBR [ALU3]
Write
Op-Code address of op-1 (12 bit) address of op-2 (12 bit)
“ADD” “A” “B”
0 7 8 19 20
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
G. Tipe-Tipe Instruksi
• Data processing
• Data storage (main memory)
• Data movement (I/O)
• Program flow control
H. Number of Addresses
• 3 addresses
– Operand 1, Operand 2, Result
– a = b + c;
– May be a forth - next instruction (usually implicit)
– Not common
– Needs very long words to hold everything
• 2 addresses
– One address doubles as operand and result
– a = a + b
– Reduces length of instruction
– Requires some extra work
• Temporary storage to hold some results
• 1 address
– Implicit second address
– Usually a register (accumulator)
– Common on early machines
• 0 (zero) addresses
– All addresses implicit
– Uses a stack
– e.g. push a
– push b
– add
– pop c
– c = a + b
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
I. Tehnik pengalamatan
Tehnik-tehnik pengalamatan yang ada adalah: Immediate, direct, indirect, register,
register indirect, displacement, stack
Operand A
Instruction Instruction
(a) Immediate
(b) Direct
Operand
Memory
LDA #100
LDA A
A
Instruction Instruction
(d) Register
MOV R1
Operand
Ri
Registers Memory
(address)
Memory
R1
Rn
Ri
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Beberapa Contoh Mode pengalamatan
1. Immediate : ADD #100; add 100 to Accum.
2. Direct: ADD A; add content of addr. A to accumulator
3. Indirect :ADD @A; content of location A is address of operand add content of loc.
with that address to accum.
4. Register Direct: ADD R1; add content of R1 to accumulator
5. Reg. Indirect :ADD (R1); add content of mem.Location whose addr.is in R1 to acc.
6. Alamat dengan displacement adalah “rare”, contoh yang diperlihatkan adalah sebagai
berikut :
RiInstruction Instruction
(f) Displacement
LDA 100(R1)
Ri
Registers Memory
(e) Register Indirect
LDA (R1)
A
Operan
d
Memory Registers
Operan
d
Op-code
R1
Rn
R1
Rn
Ri (address)
Ri (base addr.)
Top of Stack
Implicit
Stack
addressing
(g) Stack
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
ADD 1050(R1) dimana isi alamat yang ditunjuk oleh R1 ditambahkan dengan alamat
1050
7. Didadalam dua alamat instruksi contohnya adalah sebagai berikut :
ADD 1050(R1), R2 dimana alat dasar berada pad R1 dan di jumlahkan dengan alamat
1050
Latihan:
1. Buat Microspic View Program untuk script instruksi assembler berikut ini:
a. DIV A,B
b. Store A
c. MOV R1, R2
2012 11 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Modul I/O (Input Output)
Unit masukan dan Keluaran pada Sistem Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
08 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas peralatan antar Muka yang disebut sebagai Modul I/O
Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami Cara Kerja Modul I/O pada Sistem Komputer
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Unit (Modul) I/O
Sistem komputer memiliki tiga komponen utama, yaitu : CPU, memori (primer dan
sekunder), dan peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer, monitor, keyboard,
mouse, dan modem. Beberapa bab sebelumnya telah membahas CPU dan memori,
sekarang akan kita jelaskan tentang peralatan atau modul I/O pada bab ini.
Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch
sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidak hanya sekedar
modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi
komunikasi antara peripheral dan bus komputer.
Ada beberapa alasan kenapa piranti – piranti tidak langsung dihubungkan dengan
bus sistem komputer, yaitu :
• Bervariasinya metode operasi piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila
sistem komputer herus menangani berbagai macam sisem operasi piranti peripheral
tersebut.
• Kecepatan transfer data piranti peripheral umumnya lebih lambat dari pada laju
transfer data pada CPU maupun memori.
• Format data dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan
CPU, sehingga perlu modul untuk menselaraskannya.
Dari beberapa alasan diatas, modul I/O memiliki dua buah fungsi utama, yaitu :
1. Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.
2. Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan
menggunakan link data tertentu.
8.1 Sistem Masukan & Keluaran Komputer
Bagaimana modul I/O dapat menjalankan tugasnya, yaitu menjembatani CPU dan
memori dengan dunia luar merupakan hal yang terpenting untuk kita ketahui. Inti
mempelajari sistem I/O suatu komputer adalah mengetahui fungsi dan struktur modul I/O.
Perhatikan gambar 8.1 yang menyajikan model generik modul I/O.
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 8.1 Model generik dari suatu modul I/O
8.1.1. Fungsi Modul I/O
Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab
atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam
pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan
register – register CPU.
Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan
memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi –
fungsi pengontrolan.
Fungsi dalam menjalankan tugas bagi modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa katagori,
yaitu:
• Kontrol dan pewaktuan.
• Komunikasi CPU.
• Komunikasi perangkat eksternal.
• Pem-buffer-an data.
• Deteksi kesalahan.
Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timing) merupakan hal yang penting untuk
mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer. Dalam sekali waktu
CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan
kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
register – register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut
bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara
keseluruhan. Contoh kontrol pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul
I/O dapat meliputi langkah –langkah berikut ini :
1. Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.
2. Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.
3. Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akan
mengirimkan perintah ke modul I/O.
4. Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.
5. Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dan
kecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket – paket data dapat diterima CPU
dengan baik.
Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus, maka interaksi CPU dan
modul I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih. Adapun
fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses – proses berikut :
• Command Decoding, yaitu modul I/O menerima perintah – perintah dari CPU yang
dikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk
dapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID, Format disk.
• Data, pertukaran data antara CPU dan modul I/O melalui bus data.
• Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/O maupun perangkat
peripheral, umumnya berupa status kondisi Busy atau Ready. Juga status bermacam
– macam kondisi kesalahan (error).
• Address Recognition, bahwa peralatan atau komponen penyusun komputer dapat
dihubungi atau dipanggil maka harus memiliki alamat yang unik, begitu pula pada
perangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheral
yang dikontrolnya.
Pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputi
komunikasi data, kontrol maupun status. Ini terlihat pada Gambar 8.2
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 8.2. Skema suatu perangkat peripheral
Fungsi selanjutnya adalah buffering. Tujuan utama buffering adalah mendapatkan
penyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari perangkat peripheral
dengan kecepatan pengolahan pada CPU. Umumnya laju transfer data dari perangkat
peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU maupun media penyimpan.
Fungsi terakhir adalah deteksi kesalahan. Apabila pada perangkat peripheral
terdapat masalah sehingga proses tidak dapat dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan
kesalahan tersebut. Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti: kertas
tergulung, pinta habis, kertas habis, dan lain – lain. Teknik yang umum untuk deteksi
kesalahan adalah penggunaan bit paritas.
6.1.2. Struktur Modul I/O
Terdapat berbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer itu sendiri,
contoh yang sederhana dan fleksibel adalah Intel 8255A yang sering disebut PPI
(Programmable Peripheral Interface). Bagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O,
terdapat kemiripan struktur, seperti terlihat pada gambar 8.3
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 8.3. Blok diagram struktur modul I/O
Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem komputer terdapat tiga saluran,
yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol. Bagian terpenting adalah blok logika
I/O yangberhubungan dengan semua peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi
pengaturan dan switching pada blok ini.
8.2. Teknik Masukan/Keluaran
Terdapat tiga buah teknik dalam operasi I/O, yaitu: I/O terprogram, interrupt – driven
I/O, dan DMA (Direct Memory Access). Ketiganya memiliki keunggulan maupun kelemahan,
yang penggunaannya disesuaikan sesuai unjuk kerja masing – masing teknik.
8.2.1. I/O Terprogram
Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU
mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung, seperti
pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat.
Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai
dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses
operasinya. Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
terhadap proses – proses yang diinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan
tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan.
Untuk melaksanakan perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah
alamat bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus
dan sebuah perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu:
1. Perintah control.
Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan
tugas yang diperintahkan padanya.
2. Perintah test.
Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan
peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan
siap digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta
mendeteksi kesalahannya.
3. Perintah read.
Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam
buffer internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi
sinkronisasi data maupun kecepatan transfernya.
4. Perintah write.
Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data dari
bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut. Dalam teknik I/O
terprogram, terdapat dua macam inplementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi
I/O, yaitu: memory-mapped I/O dan isolated I/O.
Dalam memory-mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat
I/O. CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori
dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun
perangkat I/O. Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan
saluran tunggal untuk penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam
pemrograman, namun memakan banyak ruang memori alamat.
Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan
ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan
saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan
isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
8. 2.2 Interrupt – Driven I/O
Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu.
Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O
dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya.
Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan
melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.
Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik
pengambilan perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat
selangkah kemajuan dari teknik sebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa
perintah sekaligus sehingga tidak ada waktu tunggu bagi CPU.
Cara kerja teknik interupsi di sisi modul I/O adalah modul I/O menerima perintah,
misal read. Kemudian modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan
meletakkan paket data ke register data modul I/O, selanjutnya modul mengeluarkan sinyal
interupsi ke CPU melalui saluran kontrol. Kemudian modul menunggu datanya diminta CPU.
Saat permintaan terjadi, modul meletakkan data pada bus data dan modul siap menerima
perintah selanjutnya.
Pengolahan interupsi saat perangkat I/O telah menyelesaikan sebuah operasi I/O adalah
sebagai
berikut :
1. Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.
2. CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankannya kemudian merespon
interupsi.
3. CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan sinyal
acknowledgment ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.
4. CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Hal yang dilakukan
adalah menyimpan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan operasi yang tadi
dijalankan sebelum adanya interupsi. Informasi yang diperlukan berupa:
a. Status prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program status word).
b. Lokasi intruksi berikutnya yang akan dieksekusi.
Informasi tersebut kemudian disimpan dalam stack pengontrol sistem.
5. Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum interupsi
ke stack pengontrol bersama informasi PSW. Selanjutnya mempersiapkan PC untuk
penanganan interupsi.
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
6. Selanjutnya CPU memproses interupsi sempai selesai.
7. Apabila pengolahan interupsi selasai, CPU akan memanggil kembali informasi yang
telah disimpan pada stack pengontrol untuk meneruskan operasi sebelum interupsi.
Terdapat bermacam teknik yang digunakan CPU dalam menangani program interupsi
ini, diantaranya :
• Multiple Interrupt Lines.
• Software poll.
• Daisy Chain.
• Arbitrasi bus.
Teknik yang paling sederhana adalah menggunakan saluran interupsi berjumlah
banyak (Multiple Interrupt Lines) antara CPU dan modul – modul I/O. Namun tidak praktis
untuk menggunakan sejumlah saluran bus atau pin CPU ke seluruh saluran interupsi modul
– modul I/O.
Alternatif lainnya adalah menggunakan software poll. Prosesnya, apabila CPU
mengetahui adanya sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routine layanan interupsi
yang tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O untuk menentukan modul yang melakukan
interupsi. Kerugian software poll adalah memerlukan waktu yang lama karena harus
mengidentifikasi seluruh modul untuk mengetahui modul I/O yang melakukan interupsi.
Teknik yang lebih efisien adalah daisy chain, yang menggunakan hardware poll.
Seluruh modul I/O tersambung dalam saluran interupsi CPU secara melingkar (chain).
Apabila ada permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal acknowledge yang
berjalan pada saluran interupsi sampai menjumpai modul I/O yang mengirimkan interupsi.
Teknik berikutnya adalah arbitrasi bus. Dalam metode ini, pertama – tama modul I/O
memperoleh kontrol bus sebelum modul ini menggunakan saluran permintaan interupsi.
Dengan demikian hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan interupsi.
8.3. Pengontrol Interrupt Intel 8259A
Intel mengeluarkan chips 8259A yang dikonfigurasikan sebagai interrupt arbiter pada
mikroprosesor Intel 8086. Intel 8259A melakukan manajemen interupsi modul - modul I/O
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
yang tersambung padanya. Chips ini dapat diprogram untuk menentukan prioritas modul I/O
yang lebih dulu ditangani CPU apabila ada permintaan interupsi yang bersamaan. Gambar
8.4
menggambarkan pemakaian pengontrol interupsi 8259A. Berikut mode – mode interupsi
yang mungkin terjadi :
• Fully Nested: permintaan interupsi dengan prioritas mulai 0 (IR0) hingga 7(IR7).
• Rotating: bila sebuah modul telah dilayani interupsinya akan menempati prioritas
terendah.
• Special Mask: prioritas diprogram untuk modul I/O tertentu secara spesial.
Gambar 8.4. Pemakaian pengontrol interupsi 8559A pada 8086
8.3.1. Programmable Peripheral Interface Intel 8255A
2012 11 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Contoh modul I/O yang menggunakan I/O terprogram dan interrupt driven I/O adalah
Intel 8255A Programmable Peripheral Interface (PPI). Intel 8255A dirancang untuk
keperluan mikroprosesor 8086. Gambar 8.5 menunjukkan blok diagram Intel 8255A dan pin
layout-nya.
Gambar 8.5. Modul I/O 8255A
Bagian kanan dari blok diagram Intel 8255A adalah 24 saluran antarmuka luar, terdiri
atas 8 bit port A, 8 bit port B, 4 bit port CA dan 4 bit port CB. Saluran tersebut dapat
diprogram dari mikroprosesor 8086 dengan menggunakan register kontrol untuk
menentukan bermacam – macam mode operasi dan konfigurasinya. Bagian kiri blok
diagram merupakan interface internal dengan mikroprosesor 8086. Saluran ini terdiri atas 8
bus data dua arah (D0 – D7), bus alamat, dan bus kontrol yang terdiri atas saluran CHIP
SELECT, READ, WRITE, dan RESET.
Pengaturan mode operasi pada register kontrol dilakukan oleh mikroprosesor. Pada
Mode 0, ketiga port berfungsi sebagai tiga port I/O 8 bit. Pada mode lain dapat port A dan
port B sebagai port I/O 8 bit, sedangkan port C sebagai pengontrol saluran port A dan B. PPI
Intel 8255A dapat diprogram untuk mengontrol berbagai peripheral sederhana.
Gambar 8.6 memperlihatkan contoh penggunaan 8255A untuk modul I/O Keyboard dan
display.
2012 12 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 8.6 Interface kayboard dan display dengan Intel 8255A
8.3.2. Direct Memory Access (DMA)
Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O
memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara
langsung. Hal ini berimplikasi pada :
• Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.
• Kerja CPU terganggu karena adanya interupsi secara langsung.
Bertolak dari kelemahan di atas, apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar
dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access (DMA).
2012 13 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPU
hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan
akhir proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak
terganggu dengan interupsi. Blok diagram modul DMA terlihat pada gambar 8.7 berikut :
Gambar 8.7. Blok diagram DMA
2012 14 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 8.8. Konfigurasi modul DMA
Dalam melaksanakan transfer data secara mandiri, DMA memerlukan pengambil
alihan kontrol bus dari CPU. Untuk itu DMA akan menggunakan bus bila CPU tidak
menggunakannya atau DMA memaksa CPU untuk menghentikan sementara penggunaan
bus. Teknik terakhir lebih umum digunakan, sering disebut cycle-stealing, karena modul
DMA mengambil alih siklus bus. Penghentian sementara penggunaan bus bukanlah bentuk
interupsi, melainkan hanyalah penghentian proses sesaat yang berimplikasi hanya pada
kelambatan eksekusi CPU saja. Terdapat tiga buah konfigurasi modul DMA seperti yang
terlihat pada gambar 8.8.
2012 15 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
8.4. Perangkat Eksternal
Mesin komputer akan memiliki nilai apabila bisa berinteraksi dengan dunia luar.
Lebih dari itu, komputer tidak akan berfungsi apabila tidak dapat berinteraksi dengan dunia
luar. Ambil contoh saja, bagaimana kita bisa menginstruksikan CPU untuk melakukan suatu
operasi apabila tidak ada keyboard. Bagaimana kita melihat hasil kerja sistem komputer bila
tidak ada monitor. Keyboard dan monitor tergolang dalam perangkat eksternal komputer.
Perangkat eksternal atau lebih umum disebut peripheral tersambung dalam sistem
CPU melalui perangat pengendalinya, yaitu modul I/O seperti telah dijelaskan sebelumnya.
Lihat kembali gambar 6.2. Secara umum perangkat eksternal diklasifikasikan menjadi 3
katagori:
• Human Readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan manusia sebagai
pengguna komputer. Contohnya: monitor, keyboard, mouse, printer, joystick, disk
drive.
• Machine readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan peralatan. Biasanya
berupa modul sensor dan tranduser untuk monitoring dan kontrol suatu peralatan
atau sistem.
• Communication, yatu perangkat yang berhubungan dengan komunikasi jarak jauh.
Misalnya: NIC dan modem.
Pengklasifikasian juga bisa berdasarkan arah datanya, yaitu perangkat output, perangkat
input dan kombinasi output-input. Contoh perangkat output: monitor, proyektor dan printer.
Perangkat input misalnya: keyboard, mouse, joystick, scanner, mark reader, bar code
reader.
2012 16 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Pipelining
Konsep Memeaksimalkan kinerja Prosesor
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
09 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas Konsep Kerja dari pipelining Mahasiswa dapat mengetahui dan memahami metode pipelining untuk memaksimalkan kinerja prosesor
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Pipelining
A. Kenapa komputer menggunakan teknik Pipelining:
• Drive for computing speed never ends.
• Improvements from architecture or organization point of view are limited
• Clock speed enhancement is done, but more improvement should be sought from
instruction execution perspective, instead of hardware design
• Flyn’s Taxonomy : SISD (Single Instruction Single stream of Data), SIMD (Single
Instruction Multiple stream of data) or MIMD - Parallel
• Parallel Processor : may be a solution
• Use two processors (or more, instead of one) in a computer system
• How do it runs the code ? (program)
• Suppose, we have a problem :
C = (A2 + B2)
B. Solusi Paralel
Dengan menggunakan single processor dari sebuah kasus arithmatika yaitu C = (A2
+ B2) didapatkan statment code dengan bahasa rakitan adalah sebagai berikut:
Dari hasil perbandingan analiasa
tersebut di dapatkan bahwa dengan penambahan prosesor menjadi dua tidak menjamin
effektifitas dari kasus yang akan diproses. Malah untuk penambahan prosesor
mengakibatkan cost yang yang keluar menjadi lebih besar. Untuk mengatasi hal tersebut di
gunakan metode pipelining, yang memfaatkan hanya satu (single) prosesor menjadi lebih
effektif.
Pipeling sendiri meniu proses assembly-chain (ban berjalan) di industri :
Misalnya Industri Mobil
Original / single Code (single processor)
MUL A,A
MUL B,B
ADD C,A
ADD C,B
Paralel Code
P1
P2
Mul A,A
Add C,AMul B,B
----------
Add C,B
Mempunyai nilai effisiensi 25 %
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 9.1 Bagan Ban berjalan industri karoseri mobil
• Setiap unit, menjalankan fungsi tertentu yang unik
• Setiap “clock” (satuan waktu tertentu), setiap unit secara serentak menyelesaikan
pekerjaannya
• Pekerjaan “bergeser” dari unit i ke unit (i + 1), sampai akhirnya pekerjaan selesai
• Pada waktu seluruh unit terisi penuh, pada setiap “clock” akan keluar (selesai) satu
unit mobil
• Bandingkan dengan proses non-assembly, dimana pekerjaan diselesaikan semua
dahulu (seluruh pekerjaannya mobil ke j selesai), baru mobil ke (j+1) mulai
dikerjakan
• Secara instinktif, dapat dideduksi bahwa :
• Tanpa assembly, maka setiap mobil akan selesai dalam waktu ( n x waktu setiap
unit)
• Dengan assembly : pada saat semua unit penuh, maka setiap “clock” (waktu
pengolahan disetiap unit), akan keluar satu mobil
• Tnon-assembly = ( n x Tunit-assembly), dimana n adalah jumlah unit dalam
assembly
• Jadi, dalam kondisi assembly penuh, percepatan proses produksi mobil dengan
assembly (ban berjalan) adalah n kali lebih cepat dibanding tanpa assembly
Contoh yang lain adalah Laundry
Anti, Bima, Cepy dan Dedi mempunyai beberapa pakaian kotor yang jumlahnya sama,
mereke ingin loundry ke salah satu pusat loundry mandiri. Dimana loundry tersebut
hanya mempunyai mesin cuci, pengering dan setrika hanya satu buah dimasing-masing
Press Plat Body Pasang pintu,
jendela, kap mesin
Cat dasar, anti karat,
cat final
Pasang Mesin, Jok,
kaca,karet , lampu
Pasang kabel,
roda, ac, dll
Test engine
static,
Unit 1 Unit 2 Unit 3
Unit 4 Unit 5 Unit 6
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
pekerjaan membutuhkan waktu sebagai berikut funtuk mencuci membutuhkan waktu
sekitar 30 menit, untuk mengeringkan 40 menit sedangkan untuk menyetrika
membutuhkan waktu 20 menit. Proses kesuluruhan terlihat pada gambar 9.2 dan 9.3.
Gambar 9.2. Perbandingan pekerjaan dengan uang yang di keluarkan
Gambar 9.3. waktu yang diperlukan untuk proses keseluruhan loundry
Secara sekuensial didapatkan waktu selesai untuk semua pekerjaan dalam hal ini 4
pekerjaan laundry membutuhkan waktu sekitar 6 jam. Dengan metode pipelining apakah
akan mendapatkan nilai yang lebih baik?
A B C D
A
B
C
D
3
0
4
0
2
0
3
0
4
0
2
0
3
0
4
0
2
0
3
0
4
0
2
0
6
PM
7 8 9 1
0
1
1
Midnigh
t
T
a
s
k
O
r
Time
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Kita dapat melihat proses loundry dengan metode pipeling terlihat pada gambar 9.4 .
dari gambar tesebut terlihat bahwa proses loudry dengan pipeling membutuhkan waktu
hanya 3,5 jam untuk 4 orang yaitu anti, bima, chepy dan dedy.
Gambar 9.4 Proses loundry dengan metode pipeling
Analogi lain : pipa berisi bola berjalan
• Sebuah pipeline system dianalogikan sebagai sebuah pipa yang berisi bola yang
mengelinding
• Setelah pipa dipenuhi bola, setiap kali masuk satu bola disisi input, pasti akan keluar
bola lain disisi output
• Kondisi “pipa-penuh” tersebut tercapai setelah ada n bola yang masuk (n adalah
seksi/unit dari pipeline)
Gambar 9.5
C. Pipelining di Prosesor
• Untuk menerapkan prinsip multi-stage atau mulai saat ini kita namakan pipelining di
prosesor, diperlukan organisasi prosesor khusus
A
B
C
D
6
PM
7 8 9 1
0
1
1
Midnigh
t
T
a
s
k
O
Tim
e 3
0
4
0
40 4
0
4
0
2
0
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
• Pada dasarnya, prosesor dipartisi menjadi sejumlah unit-unit kecil dengan fungsi
spesifik
• Setiap unit berperan menyelesaikan sebagian dari eksekusi instruksi :
• Instruction fetch, decode, operand address calculation, operand fetch, execute and
store result
Gambar 9.6
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Contoh : Pipelining program assembler
Contoh : Data Conflict
• Terjadinya pause (Pi), karena adanya data conflict dalam program tersebut
• Pipeline tidak “mulus”, cenderung lebih melebar
• Waktu pelaksanaan program menjadi lebih lama
• Jenis-jenis conflict :
Data, address dan branch
• Dengan terjadinya conflict tadi, speed-up yang diperoleh menjadi lebih kecil (lambat)
dibandingkan dengan tanpa conclict (pipa selalu penuh)
• Menjaga pipa selalu penuh tidak mudah
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Contoh Address conflict
Contoh Branch Conflict
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Latihan
A. Buat tabel pipelining berdasarkan program assembly (dengan asumsi proses kiri ke
kanan)
1. ADD R1.R2
2. MUL R2,R3
3. MOV R1,R4
4. DIV R4,R7
B. Buat tabel pipelining berdasarkan program assembly (dengan asumsi proses kiri ke
kanan)
1. MOV #A, R1
2. MOV #B, R2
3. MOV R1, R3
4. MOV R2, R4
5. MUL R1, R3
6. MUL R2, R4
7. ADD R3, R4
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 9 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Cache Memory
Memaksimalkan Kinerja Komputer
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
10 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas Tentang fungsi dari Cahce memory Pada sistem Komputer
Mahasiswa dapat mengetahui cara Kerja dari cahca memory serta fungsinya dalam memaksimalkan kinerja komputer
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Cache Memory
• Kapasitas relatif lebih kecil dari main memory, tetapi memiliki kecepatan yang relativ
lebih tinggi dibanding main memory
• Cache memory merupakan suatu memori buffer (salinan data) bagi memori utama.
• Meskipun cache menggunakan informasi yang tersimpan dalam memori utama, tetapi ia
tidak berhadapan secara langsung dengan memori utama.
• Word yang disimpan didalam cache memory adalah word yang diambil dari main
memory, yang dikerjakan sesuai perintah CPU.
Kelebihan:
Waktu akses cache memori relatif lebih cepat 5-10 kali dari memori utama.
Kekurangan:
Ukuran cache relatif lebih kecil
Gambar 10.1Arsitektur eksternal cahce memory (L2 Cache)
Gambar 10.2 Arsitektur Internal cahce memory (L1 Cache)
MEMORI
UTAMA
CPU
CACHE
CPU
MAIN
MEMORY
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 10.3 Organisasi cache memori
A. Elemen Rancangan
Walaupun terdapat banyak implementasi cache, namun dari sisi organisasi maupun
arsitekturnya tidak banyak macamnya.
Tabel 10.1 Unsur-Unsur Rancangan Pada Cache Memori
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
B. Kapasitas Cache
Menentukan ukuran memori cache sangatlah penting untuk mendongkrak kinerja
komputer.Dari segi harga cache sangatlah mahal tidak seperti memori utama. Semakin
besar kapasitas cache tidak berarti semakin cepat prosesnya, dengan ukuran besar akan
terlalu banyak gate pengalamatannya sehingga akan memperlambat proses.
Kita bisa melihat beberapa merek prosesor di pasaran beberapa waktu lalu. AMD
mengeluarkan prosesor K5 dan K6 dengan cache yang besar (1MB) tetapi kinerjanya tidak
bagus. Kemudian Intel pernah mengeluarkan prosesor tanpa cache untuk alasan harga
yang murah, yaitu seri Intel Celeron pada tahun 1998-an hasil kinerjanya sangat buruk
terutama untuk operasi data besar, floating point, 3D. Intel Celeron versi berikutnya sudah
ditambah cache sekitar 128KB.
Lalu berapa idealnya kapasitas cache? Sejumlah penelitian telah menganjurkan
bahwa ukuran cache antara 1KB dan 512KB akan lebih optimum
C. Ukuran Blok
Elemen rancangan yang harus diperhatikan lagi adalah ukuran blok. Telah dijelaskan
adanya sifat lokalitas referensi maka nilai ukuran blok sangatlah penting. Apabila blok
berukuran besar ditransfer ke cache akan menyebabkan hit ratio mengalami penurunan
karena banyaknya data yang dikirim disekitar referensi. Tetapi apabila terlalu kecil,
dimungkinkan memori yang akan dibutuhkan CPU tidak tercakup. Apabila blok berukuran
besar ditransfer ke cache, maka akan terjadi :
1. Blok – blok yang berukuran lebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache.
Karena isi cache sebelumnya akan ditindih.
2. Dengan meningkatnya ukuran blok maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh
dari word yang diminta, sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya digunakan cepat.
Hubungan antara ukuran blok dan hit ratio sangat rumit untuk dirumuskan,tergantung
pada karakteristik lokalitas programnya dan tidak terdapat nilai optimum yang pasti telah
ditemukan. Ukuran antara 4 hingga 8 satuan yang dapat dialamati (word atau byte) cukup
beralasan untuk mendekati nilai optimum
D. Fungsi Pemetaan (Mapping)
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Telah kita ketahui bahwa cache mempunyai kapasitas yang kecil dibandingkan memori
utama. Sehingga diperlukan aturan blok – blok mana yang diletakkan dala cache. Terdapat
tiga metode, yaitu pemetaan langsung (direct mapping), pemetaan asosiatif, dan pemetaan
asosiatif set.
- Pemetaan Langsung (direct mapping)
Pemetaan langsung adalah teknik yang paling sederhana, yaitu teknik ini memetakan
blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja. Gambar 10.4 menjelaskan
mekanisme pemetaan langsung.
Gambar 10.4 Organisasi cache pemetaan langsung
i = j modulus m dan m = 2r
dimana :
i = nomer saluran cache
j = nomer blok memori utama
m = jumlah saluran yang terdapat dalam cache
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Fungsi pemetaan diimplementasikan dengan menggunakan alamat, yang terdiri dari tigafield
(tag, line, word), lihat gambar 10.4.
w = word, adalah bit paling kurang berarti yang mengidentifikasikan word atau byte unik
dalam blok memori utama.
s = byte sisa word yang menspesifikasi salah satu dari 2S blok memori utama. Cache logik
menginterpretasikan bit – bit S sebagai suatu tag s – r bit (bagian paling berarti dalam
alamat) dan field saluran r bit.
Efek pemetaan tersebut adalah blok – blok memori utama diberikan ke saluran cache seperti berikut
ini:
Jadi dalam metode ini pemetaan adalah bagian alamat blok memori utama sebagai
nomer saluran cache. Ketika suatu blok data sedang diakses atau dibaca terhadap saluran
yang diberikan, maka perlu memberikan tag bagi data untuk membedakannya dengan blok
– blok lain yang dapat sesuai dengan saluran tersebut.
Pada gambar 10.5 disajikan contoh pemetaan langsung dengan m = 16K, maka
pemetaannya : Perlu diketahui bahwa tidak ada dua buah blok yang dipetakan ke nomer
saluran uang sama memiliki tag sama. Sehingga 000000, 010000, …., FF0000 masing –
masing memiliki tag 00, 01,…., FF.
Teknik pemetaan ini sederhana dan mudah diimplementasikan, namun
kelemahannyaadalah terdapat lokasi cache yang tetap bagi sembarang blok – blok yang
diketahui. Dengan demikian, apabila suatu program berulang – ulang melakukan word
referensi dari dua blok yang berbeda memetakan saluran yang sama maka blok – blok itu
secara terus – menerus akan di-swap ke dalam cache sehingga hit rasionya akan rendah.
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 10.5 salah satu contoh pemetaan langsung
(direct addresing)
- Pemetaan Assosiatif
Pemetaan asosiatif mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara setiap blok
memori utama dapat dimuat ke sembarang saluran cache. Alamat memori utama
diinterpretasikan dalam field tag dan field word oleh kontrol logika cache. Tag secara unik
mengidentifikasi sebuah blok memori utama.
Mekanisme untuk mengetahui suatu blok dalam cache dengan memeriksa setiap tag
saluran cache oleh kontrol logika cache. Dengan pemetaan ini didapat fleksibilitas dalam
penggantian blok baru yang ditempatkan dalam cache. Algoritma penggantian dirancang
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
untuk memaksimalkan hit ratio, yang pada pemetaan langsung terdapat kelemahan dalam
bagian ini. Kekurangan pemetaan asosiatif adalah kompleksitas rangkaian sehingga mahal
secara ekonomi.
Gambar. 10.6. Organisasi cahce dengan pemetaan asosiatif
- Pemetaan Assosiatif Set
Pemetaan asosiatif set menggabungkan kelebihan yang ada pada pemetaan langsung
dan pemetaan asosiatif. Memori cache dibagi dalam bentuk set – set.
Pemetaan asosiatif set prinsipnya adalah penggabungan kedua pemetaan sebelumnya.
Alamat memori utama diinterpretasikan dalam tiga field, yaitu: field tag, field set, dan field
word. Hal ini mirip dalam pemetaan langsung. Setiap blok memori utama dapat dimuat
dalam sembarang saluran cache. Gambar 10.7 menjelaskan organisasi pemetaan asosiatif
set.
Dalam pemetaan asosiatif set, cache dibagi dalam v buah set, yang masing –masing
terdiri dari k saluran. Hubungan yang terjadi adalah :
m = v x k
i = j modulus v dan v = 2d dimana :
i = nomer set cache
j = nomer blok memori utama
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
m = jumlah saluran pada cache
Gambar. 10.7. Organisasi cahce dengan pemetaan asosiatif
2012 10 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 10.8. salah satu contoh pemetaan asosiatif set
Gambar 10.8 menjelaskan contoh yang menggunakan pemetaan asosiatif set
dengan dua saluran pada masing-masing set, yang dikenal sebagai asosiatif set dua arah.
Nomor set mengidentifikasi set unik dua saluran di dalam cache. Nomor set ini juga
memberikan jumlah blok di dalam memori utama, modulus 2. Jumlah blok menentukan
pemetaan blok terhadap saluran. Sehingga blok-blok 000000, 00A000,…,FF1000 pada
memori utama dipetakan terhadap set 0 cache. Sembarang blok tersebut dapat dimuatkan
ke salah satu dari kedua saluran di dalam
set. Perlu dicatat bahwa tidak terdapat dua blok yang memetakannya terhadap set cache
yang sama memiliki nomor tag yang sama. Untuk operasi read, nomor set dipakai untuk
menentukan set dua saluran yang akan diuji. Kedua saluran di dalam set diuji untuk
mendapatkan yang cocok dengan nomor tag alamat yang akan diakses.
Penggunaan dua saluran per set ( v = m/2, k = 2), merupakan organisasi asosiatif set
yang paling umum. Teknik ini sangat meningkatkan hit ratio dibandingkan dengan
pemetaan langsung. Asosiatif set empat arah (v = m/4, k = 4) memberikan peningkatan
2012 11 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
tambahan yang layak dengan penambahan harga yang relatif rendah. Peningkatan lebih
lanjut jumlah saluran per set hanya memiliki efek yang sedikit.
E. Algoritma Penggantian
Yang dimaksud Algoritma Penggantian adalah suatu mekanisme pergantian blok – blok
dalam memori cache yang lama dengan data baru. Dalam pemetaan langsung tidak
diperlukan algoritma ini, namun dalam pemetaan asosiatif dan asosiatif set, algoritma ini
mempunyai peranan penting untuk meningkatkan kinerja cache memori.
Banyak algoritma penggantian yang telah dikembangkan, namun dalam buku ini akan
dijelaskan algoritma yang umum digunakan saja. Algoritma yang paling efektif adalah Least
Recently Used (LRU), yaitu mengganti blok data yang terlama berada dalam cache dan
tidak memiliki referensi. Algoritma lainnya adalah First In First Out (FIFO), yaitu mengganti
blok data yang awal masuk. Kemudian Least Frequently Used (LFU) adalah mengganti blok
data yang mempunyai referensi paling sedikit. Teknik lain adalah algoritma Random, yaitu
penggantian tidak berdasakan pemakaian datanya, melainkan berdasarkan slot dari
beberapa slot kandidat secara acak.
F. Write Policy
Apabila suatu data telah diletakkan pada cache maka sebelum ada penggantian harus
dicek apakah data tersebut telah mengalami perubahan. Apabila telah berubah maka data
pada memori utama harus di-update. Masalah penulisan ini sangat kompleks, apalagi
memori utama dapat diakses langsung oleh modul I/O, yang memungkinkan data pada
memori utama berubah, lalu bagaimana dengan data yang telah dikirim pada cache?
Tentunya perbedaan ini menjadikan data tidak valid.
Teknik yang dikenalkan diantaranya, write through, yaitu operasi penulisan melibatkan
data pada memori utama dan sekaligus pada cache memori sehingga data selalu valid.
Kekurangan teknik ini adalah menjadikan lalu lintas data ke memori utama dan cache
sangat tinggi sehingga mengurangi kinerja sistem, bahkan bisa terjadi hang.
Teknik lainnya adalah write back, yaitu teknik meminimasi penulisan dengan cara
2012 12 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
penulisan pada cache saja. Pada saat akan terjadi penggantian blok data cache maka baru
diadakan penulisan pada memori utama. Masalah yang timbul adalah manakala data di
memori utama belum di-update telah diakses modul I/O sehingga data di memori utama
tidak valid.
Penggunaan multi cache terutama untuk multi prosesor adan menjumpai masalah
yang lebih kompleks. Masalah validasi data tidak hanya antara cache dan memori utama
saja, namun antar cache juga harus diperhatikan. Pendekatan penyelesaian masalah yang
dapat dilakukan adalah dengan :
• Bus Watching with Write Through, yaitu setiap cache controller akan memonitoring
bus alamat untuk mendeteksi adanya operasi tulis. Apabila ada operasi tulis di
alamat yang datanya digunakan bersama maka cache controller akan menginvalidasi
data cache-nya.
• Hardware Transparency, yaitu adanya perangkat keras tambahan yang menjamin
semua updating data memori utama melalui cache direfleksikan pada seluruh cache
yang ada.
• Non Cacheable Memory, yaitu hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan
secara bersama. Apabila ada mengaksesan data yang tidak di share merupakan
kegagalan cache.
G. Jumlah Cache
Terdapat dua macam letak cache. Berada dalam keping prosesor yang disebut on chip
cache atau cache internal. Kemudian berada di luar chip prosesor yang disebut off chip
cache atau cache eksternal.
Cache internal diletakkan dalam prosesor sehingga tidak memerlukan bus eksternal,
akibatnya waktu aksesnya akan cepat sekali, apalagi panjang lintasan internal bus prosesor
sangat pendek untuk mengakses cache internal. Cache internal selanjutnya disebut cache
tingkat 1 (L1).
Cache eksternal berada diluar keping chip prosesor yang diakses melalui bus eksternal.
Pertanyaannya, apakah masih diperlukan cache eksternal apabila telah ada cache internal?
Dari pengalaman, masih diperlukan untuk mengantisipasi permintaan akses alamat yang
belum tercakup dalam cache internal. Cache eksternal selanjutnya disebut cache tingkat 2
(L2).
2012 13 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Selanjutnya terdapat perkembangan untuk memisah cache data dan cache instruksi
yang disebut unified cache. Keuntungan unified cache adalah :
• Unified cache memiliki hit rate yang tinggi karena telah dibedakan antara informasi
data dan informasi instruksi.
• Hanya sebuah cache saja yang perlu dirancang dan diimplementasikan.
Namun terdapat kecenderungan untuk menggunakan split cache, terutama pada mesin
– mesin superscalar seperti Pentium dan PowerPC yang menekankan pada paralel proses
dan perkiraan – perkiraan eksekusi yang akan terjadi. Kelebihan utama split cache adalah
mengurangi persaingan antara prosesor instruksi dan unit eksekusi untuk mendapatkan
cache, yang mana hal ini sangat utama bagi perancangan prosesor – prosesor pipelining.
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 9 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
MULTIPROSESOR
Teknologi Multi Prosesor untuk meningkatkan Kinerja Prosesor
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
11 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas Tentang Teknologi Multiprosesor
Mahasiswa dapat mengetahui cara Kerja Multiprosesor dan jenis-jenisnya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Multiprosesor
A. Sistem Multiprosesor
• Merupakan sebuah sistem dimana sekumpulan prosessor dalam suatu komputer tunggal
berhubungan dan bekerja sama satu sama lain
• Prosessor tersebut dapat berkomunikasi melalui baris data langsung melalui memori
yang terbagi-bagi atau dengan perantaraan kombinasi memori itu.
B. Sistem Multiprosesor memiliki beberapa keuntungan antara lain:
- Kehandalan yang tinggi dikarenakan memiliki banyak unit proses yang digunakan
- Meningkatnya ketersediaan unit memori dan piranti I/O dan
- Meningkatnya kemampuan hitung berdasarkan jumlah ALU yang semakin banyak yang
merupakan imbas menggunkan banyak prosesor
C. General BUS
▪ Merupakan skema hubungan yang paling sederhana untuk suatu sistem multi prosessor.
▪ Merupakan jalur komunikasi tunggal antara komponen-komponen fungsional.
D. Crossbar Switch
• Suatu jalur yang terpisah menghubungkan setiap processor ke setiap unit memori.
• Karena setiap memori diakses oleh jalur-jalur yang berbeda, maka tidak akan terjadu
blocking yang disebabkan oleh adanya transmisi-transmisi yang bersamaan
waktunya.
MEMORI MULTIPORT :
Organisasi multiport didapat dengan mengeluarkan logika kendali, logika saklar arbitrasi
teoritas dari saklar crossbar dan meletakkan mereka didalam interfase masing-masing
unit memori.
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Kemudian semua komponen fungsional lainnya mengakses unit memori melalui suatu
unit port tertentu dimana fungsi port tersebut merupakan sebagai jembatan yang
menentukan ke memori yang dituju.
Multi Cache Dalam Sistem Multi Prosessor :
Sistem multi prosessor mempunyai cache yang merupakan bagian dari suatu sistem.
Sayangnya kehadiran cache banyak cache menimbulkan masalah bagi konsistensi data
( perpautan cache ).
Masalah ini hanya ada jika cache dihubungkan dengan prosessor indivudual.
Dalam hal ini bisa terdapat beberapa salinan data yang sama di cache yang berlainan
pada saat yang sama.
Salah satu cara menghindari masalah pertautan cache adalah dengan menghubungkan
cache dengan memori terbagi dari pada dengan prosessor.
Klasifikasi multiprocessing:
• Loosely Coupled Multiprocessing
• Functionality Specialized Processor
• Tighly Coupled Multiprocessing
• Parallel Processing
Klasifikasi Struktur Parallel :
Single Instruction Single Data stream (SISD)
Single Instruction Multiple Data stream (SIMD)
Multiple Instruction Single Data stream (MISD)
Multiple Instruction Multiple Data stream (MIMD)
Tighly Coupled Multiprocessing = Multiprocessor :
Memiliki dua atau lebih processor general purpose, dimana masing-masing prcessor
memiliki kemampuan yang sama
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Semua processor memiliki akses bersama ke memori bersama. Beberapa memori lokal
(private) dapat juga digunakan.
Semua processor memiliki akses bersama ke perangkat I/O, baik melalui saluran yang
sama atau melalui saluran yang berbeda yang menyediakan lintasan ke perangkat yang
sama.
Sistem dikontrol oleh suatu sistem operasi terintegrasi yang menyediakan interaksi
antara processor dengan program-program pada level job, task, file dan data.
Gambar 11.1 Multiprocessor tightly couple
Organisasi multiprocessor:
- Time Shared Bus atau Bus Common
- Multiport Memory
- Central Control Unit
A. Time-Shared Bus :
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Struktur dan antarmuka Time-sahred bus mirip dengan sistem processor tunggal,
memakai interkoneksi bus. Sistem bus terdiri dari bus alamat, bus data dan bus kontrol.
Untuk memungkinkan transfer DMA dari processor-processor I/O, disediakan fitur-fitur :
• Addressing:
Pengalamatan harus dapat membedakan modul-modul pada bus untuk
menentukan sumber dan tujuan data.
• Arbitration:
Setiap modul I/O dapat berfungsi sebagai “master” sementara. Disediakan
mekanisme untuk menanggulangi sistem request kontrol bus yang bersamaan,
dengan teknik prioritas.
• Time Sharing:
Bila suatu modul sedang melakukan pengontrolan terhadap bus, maka modul-
modul lainnya dikunci.
Kelebihan Time-shared Bus:
• Sederhana :
Merupakan organisasi multiprocessor yang paling sederhana. Interface fisik, logika
pengalamatan, arbitrasi dan time sharing seluruh processor sama seperti pada
processor tunggal
• Fleksibilitas :
Mudah dikembangkan, dalam pengertian jumlah CPU.
• Realibilitas :
Bus merupakan medium pasif dan kegagalan suatu perangkat yang terhubung tidak
akan menyebabkan kegagalan sistem secara keseluruhan.
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 11.2. Organisasi dasar time shared bus
Gambar 11.3. Organisasi dasar time shared bus dengan Cache
Multiport Memory :
Memungkinkan akses modul-modul memori utama secara langsung dan independent
oleh CPU dan modul I/O. Metode yang digunakanUntuk mengatasi konflik adalah dengan
menunjuk prioritas yang permanen bagi semua port memori. Modul port identik dengan
modul memori port tunggal.
Dengan demikian untuk mengakomodasi memori multi port hanya diperlukan sedikit
modifikasi CPU atau modul I/O atau tidak sama sekali.
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 11.4. Organisasi memory Multiport
Sistem Memori multiprocessor:
Sistem Memori Pribadi, merujuk pada sebuah konfigurasi dimana processor-processor
memiliki memori lokal dan antar processor dapat saling berkomunikasi satu sama lain
melalui suatu sistem transfer message. Dalam system transfer message prosesor
memiliki unit masukan dan keluaran (I/O) dan juga menggunakan memori masing-
masing sehingga sebagai unit pengotrol pekerjaan adalah bagian message transfer.
Fungsi message transfer mengirimkan sinyal pekerjaan (thread) ke prosesor yang
sedang idle, sehingga seolah-olah message transfer seperti sebuah load balancer.
Untuk teknologi multiprosesor ini membutuhkan biaya yang sangat besar
Sistem Memori Terbagi, semua processor memakai suatu memori utama atau sering
disebut juga sebagai memori bersama. Pada teknologi multiprosesor ini masing-masing
prosesor mengakses ke satu memori saja. Sehingga diperlukan scheduling
(penjadwalan) dalam penggunaan memori satu buah.
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar 11.5. Organisasi hardware message transfer
Gambar 11.6 Sistem Memori bersama
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Latihan
1. Apa perbedaan antara system memori pribadi dengan system memori bersama pada
teknologi multiprosesor
2. menurut anda prosesor Core 2 Duo yang sekarang ini menggunakan system memori
pribadi dengan system memori bersama? Jelaskan jawabanmu
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 9 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
RISC dan CISC
Teknologi Scalar untuk meningkatkan Kinerja Prosesor
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
12 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas Tentang Teknologi Scalar Mahasiswa dapat mengetahui cara Kerja teknologi scalar dan jenis-jenisnya
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
RISC dan CISC
RISC
Reduced Instruction Set Computer
Komputer dengan Set instruksi terbatas
CISC
Complex Instruction Set Computer
Komputer dengan Set instruksi Kompleks
RISC (Reduced Instruction Set Computer)
Ciri-ciri utama:
• Peningkatan kapasitas pada general purpose register
• Penggunaan Teknologi kompiler untuk meningkatkan kenerja register yang digunakan
• Set instruksi yang sederhana dan terbatas
• Peningkatan pada saluran instruksi
• Dikembangkan oleh dunia penelitian akademisi
Ciri-ciri lainnya
• Satu instruksi per cycle
• Operasi register ke register (lebih sederhana)
• Simpel mode pengalamtan
• Simpel dalam format instruksi
• Didesign sebagai perangkat keras (bukan microcode)
• Format instruksnya sudah ditetapkan (sekitar 32 bit)
• Lebih ke waktu pengkompilean
SIC (SIMPLIFIED INSTRUCTIONAL COMPUTER)
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Komputer yang didasarkan pada SIC ini merupakan komputer yang termasuk dalam
perancangan arsitektur yang sangat sederhana dan komputer ini dipersembahkan oleh
BECK (1985).
Struktur Mesin SIC terdiri dari :
1. CPU
2. Unit memori
3. Minimal satu unit prinati I/O
Untuk CPU yang digunakan terdiri dari 13 register khusus, seperti yang ada pada tabel di
bawah ini.
NO REGISTER UKURAN (bit) NAMA
1 A 24 Accumulator
2 X 15 Register Index
3 L 15 Register Linkage
4 PC 15 Program Counter
5 IR 24 Instruction Register
6 MBR 24 Memori Buffer Register
7 MAR 15 Memori Address Register
8 SW 11 Status Word
9 C 2 Counter
10 INT 1 Interrupt Flag
11 F 1 Fetch Cycle Flag
12 E 1 Execute Cycle Flag
13 S 1 Start / Stop Flag
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Setiap register mempunyai pekerjaan yang hampir sama yaitu sebagai tempat penyimpanan
sementara, tetapi memiliki pekerjaan khusus yang berbeda
Format instruksi pada mesin SIC :
23 161514 0
OP IX AD
Keterangan :
OP = OPCODE 8 bit yang menerangkan operasi-mikro yang akan dijalankan
IX = flag indeks yang menunujukkan mode pengalamatan yang harus digunakan
AD = alamat untuk memori operand 15 bit
• Pengalamatan langsung (direct addressing) yaitu operand disimpan di dalam M[AD]
• Pengalamatan berindeks (index addressing) yaitu operand disimpan di dalam M[AD
= (X)] dengan bit IX bernilai 1
Penggunaan register-register pada SIC
1. Register A = register yang digunakan untuk proses perhitungan
2. Register X = register yang digunakan untuk mode pengalamatan berindex
3. Register PC = register yang menyimpan alamat instruksi berikutnya
4. Register L = register yang menyimpan alamat asal sebelum melakukan subroutines
5. Register IR = register yang menyimpan instruksi yang sedang dikerjakan
6. Register MBR = register yang digunakan untuk proses masukan atau keluaran data
dari memori
7. Register MAR = register yang menyimpan alamat memori untuk proses pembacaan
atau penulisan
8. SW = register yang berisi informasi status relatif terhadap instruksi sebelumnya
9. C = register yang membangkitkan signal waktu t0, t1, t2, t3
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
10. INT = register yang menentukan apakah signal interrupt telah diterima
11. F = register yang digunakan dalam proses”siklus fetch’
12. E = register khusus yang digunakan dalam proses “siklus eksekusi’
13. S = register yang akan mengaktifkan register C
Kumpulan Instruksi SIC
Ada 21 instruksi SIC yang digunakan, dimana pada instruksi ini m menunjukkan address
memori dari operand dan (m) menunjukkan nilai yang disimpan pada address memori
tersebut. Opcode instruksinya ditulis dalam notasi heksadesimal.
• JSUB dan RSUB merupakan dua instruksi yang berhubungan dengan subrutin.
JSUB menyimpan PC saat ini ke L dan kemudian melompat ke subrutin dengan
menyimpan operand ke PC. RSUB kembali dari subrutin dengan melompat ke lokasi
yang dinyatakan oleh L.
• Instruksi TD digunakan untuk menguji piranti I/O sebelum berusaha untuk membaca
dari atau menulis ke piranti tersebut.Hasil pengujian tersebut disimpan di dalam kode
kondisi (condition code), field CC, pada SW. Panjang field ini 2 bit dan digunakan
untuk mewakili salah satu dari tiga nilai <, =, >
Jika instruksi TD dijalankan, nilai field CC aka di-set menurut kode berikut :
< menunjukkan bahwa piranti telah siap
= menunjukan bahwa piranti sedang sibuk dan tidak dapat digunakan pada saat itu
> menunjukkan bahwa piranti tidak beroperasi
• Instruksi COMP digunakan juga untuk men-set field CC. Nilai yang disimpan field CC
setelah sebuah instruksi COMP setelah sebuah instruksi COMP menggambarkan
hubungan antara A dan operand instruksi
• Instruksi IRT digunakan oleh interrupt handler agar menyebabkan lompatan kembali
ke tempat dimana CPU berada sebelum intrupsi terjadi.
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Jika interupsi terjadi, CPU akan menyimpan PC saat ini ke dalam memori pada
address 0.
Untuk kembali dari sebuah interupsi , isi dari alamat memori ini harus di-load kembali
ke dalam PC.
• Instruksi-instruksi lainnya adalah operasi aritmatika dan logika, transfer dari
pengendalian(jump), loading register, storing register atau membaca dan menulis ke
piranti I/O.
Kenapa komputer mengarah pada CISC?
• Harga software lebih mahal dibandingkan harga hardware
• Peningkatan kompleksitas pada bahasa pemrograman tingkat tinggi
• Mengacu kepada:
- kapasitas set instruksi yang semakin besar
- Penambahan pada jenis pengalamatam
- Implementasi Hardware dari statmen bahasa pemrograman tingkat tinggi
Tujuan dar Untuk meringkaskan proses compiling (yakni proses pertukaran dari high level
ke low level) dan ini menghasilkan peningkatan kinerja komputer secara keseluruhan.
Kreteria CISC
• Jumlah saluran yang banyak (kapasitasnya 100 s/d 250 saluran).
• Terdapat beberapa saluran khas yg kurang kerap digunakan.
• Berbagai mode pengalamatan (berjumlah 5 s/d 20 mode).
• Berbagai jenis format saluran (memerlukan penkodean yang berlainan).
• Pada umumya saluran memanipulasikan jenia operan dalam memori.
Kreteria operasi
• Kinerja operasi
• Penggunan banyak operand
• Urutan pengeksekusian
• Pembelajaran telah dapat ditulis dengan bahsa tingkat tinggi
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Operasi
• Tugasnya
- perpindahan data
• Pernyataan bersyarat (IF, LOOP)
• Urutan pengendalian
• Prosedur call-return banyak membutuhkan waktu eksekusi
• Beberapa bahasa pemrograman tingkat tinggi (HLL) banyak mengacu kearah
operasi kode mesin
Operand
Mengutamakan local scalar variables
Berkosentrasi pada peningkatan local variables
Pascal C Rata-rata
Integer constant 16 23 20
Scalar variable 58 53 55
Array/structure 26 24 25
Perbandingan kinerja antar beberapa mikroprocessor
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
RISC and CISC: point yang paling utama
• CISC Built for Language (Assembly)
• CISC Built for Memory Conservation
• CISC Focuses on Standards and Compatibility
• RISC Designed for Speed
• RISC Simultaneous Access to Code and Operands
• RISC Reliance on Compilers
Multiple Register Sets
• Performance feature independent of RISC aspect of processor
• Reduce frequency of register saves/restores on procedure calls
• Overlap register sets for parameter passing
• MRS impact performance for both RISC and CISC
Effect of MRS on CISC
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Effect of MRS on RISC
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 9 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
MODUL PERKULIAHAN
Sistem Operasi
Konsep Sistem Operasi Pada sistem Arsitektur
Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh
Ilmu Komputer Teknik Informatika
13 15004 Tim Dosen
Abstract Kompetensi
Membahas Tentang Konsep sistem Operasi Secara Umum
Mahasiswa dapat mengetahui Konsep Sistem Operasi
2012 2 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Sistem Operasi
SISTEM OPERASI
DEFENISI DAN FUNGSI SISTEM OPERASI
A. DEFINISI
• Suatu sistem operasi adalah suatu program yang mengendalikan
pelaksanaan program aplikasi dan bertindak sebagai suatu alat penghubung
antara pemakai dan suatu komputer dan perangkat keras komputer.
• Suatu komputer adalah satu set sumber daya untuk tempat penyimpanan dat,
transfer data, pengolahan data dan untuk kendali dari fungsi tersebut.
B. FUNGSI
• Kemudahan:
Suatu sistem operasi membuat komputer lebih mudah untuk digunakan (user
friendly)
• Effisiensi
Suatu sistem operasi membuat sistem komputer akan lebih effisien dalam
penggunaanya
• Stabil dalm pengevaluasian
suatu sistem operasi mencari solusi jalan (interactive) yang terbaik dari
sebuah sistem yang baru akan dibuat, serta interface yang baru yang
digunakan
2012 3 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Lapisan tingkatan pada Sistem Komputer
C. KEGIATAN
• Pengelolaan : storage, processor, I/O
• Penyediaan.
• Hubungan : interface antara user dengan storage, processor dan I/O device.
D.Tipe dari sistem Operasi
• Interactive
• Batch
• Single program (Uni-programming)
• Multi-programming (Multi-tasking)
Early Systems
• Akhir tahun 1940 sampai awal tahun 1950
• Tidak terdapat sistem operasi
• Program yang digunakan berinteraksi langsung dengan hardware
• Dua masalah utama:
- Harus melaksanakan penjadwalan
- Menset waktu
2012 4 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Simple Batch Systems
• Program tidak dapat dilihat
• Pengguna meminta data pekerjaan kepada operator
• Operator adalah pusat percabangan tiap-tiap job
• Ketika satu buah proses telah selesai dilaksanakan, kontrol kembali
memonitor dan melaksanakan proses selanjutnya
• Memonitor melaksanakan penjadwalan
Single Program
Multi-Programming with Two Programs
2012 5 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Multi-Programming with Three Programs
Partitioning
• Splitting memory into sections to allocate to processes (including Operating
System)
• Fixed-sized partitions
- May not be equal size
- Process is fitted into smallest hole that will take it (best fit)
- Some wasted memory
- Leads to variable sized partitions
Fixed partitioning
2012 6 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Effect of Dynamic Partitioning
Salah satu aspek terpenting dari OS adalah kemampuannya dalam multiprogram.
Sebuah program tunggal, tidak bias membuat CPUatau I/O devices menjadi sibuk
sepanjang waktu. User tunggal biasanya memiliki banyak program yang berjalan.
Multiprogramming dapat meningkatkan utilisasi CPU dengan mengelola job-job
(kode dan data) sehingga CPU selalu memiliki job kode atau data untuk dieksekusi,
OS menyimpan beberapa job dalam memori secara bersamaan karena, main
memory terlalu kecil untuk mengakomodasi semua job, maka job-job disimpan dulu
pada disk dalam sebuah job pool. Pool ini berisi semua proses yang menunggu
pada disk untuk dialokasikan ke main memory.
2012 7 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Gambar Layout memori pada multiprogramming
Ilustrasi keuntungan Multiprogramming
Misalkan sebuah computer yang memiliki 250 Mbytes memory yang tersisa (tidak
digunakan oleh OS), sebuah disk, sebuah terminal, dan sebuah printer. Ada 3
program JOB1, JOB2, dan JOB3 datang, untuk dieksekusi pada waktu yang sama.
Tabel 2.1 adalah atribut untuk setiap job tersebut.
Utilisasi Histogram penggunaan resource antara uniprogramming dengan
multiprogramming,
2012 8 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Sebuah komputer agar dapat running, maka diperlukan pada saat powered up / rebooted—
diperlukan sebuah initial program untuk run. initial program, disebut dengan bootstrap
program. Bootstrap program biasanya disimpan dalam sebuah perangkat keras computer
yaitu :
• read-only memory (ROM)
• electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM)
yang dikenal dengan istilah firmware.
Bootstrap program akan mengenali semua aspek-aspek sistem, dari CPU register sampai
device controller dan isi memori. Bootstrap program juga harus mengetahui bagaimana cara
untuk load OS dan memulai eksekusi sistem.
Untuk mencapai tujuan ini, maka bootstrap program harus menempatkan OS kernel dan me-
loadnya ke dalam memori. Ketika kernel di-load dan di-eksekusi, maka kernel sudah dapat
untuk mulai menyediakan layanan ke sistem dan user.
Beberapa layanan disediakan diluar kernel, oleh program sistem yang di-load kedalam
memor pada saat boot time dan menjadi system processes atau system daemons, yang
berjalan selama kernel berjalan.
2012 9 Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning
Tim Dosen http://www.mercubuana.ac.id
Daftar Pustaka
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 9 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002