ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER

Pengantar, Evolusi, dan Performansi Komputer

Mengapa Mempelajari Arsitektur dan Organisasi Komputer? Deskripsi Singkat

Mata kuliah ini mempelajari mengenai hubungan antar komponen utama pembanguan sistem komputer dalam melakukan pengolahan berdasarakan klasifikasi arsitektur komputer serta teknik yang digunakan untuk meningkatkan kinerja pengolahan sistem komputer.

Standar Kompetensi:Setelah mempelajari mata kuliah ini, mahasiswa dapat menjelaskan cara kerja sistem komputer berdasarakan hubungan antar komponen utama sistem komputer.

Kompetensi Dasar Setelah mempelajari mata kuliah ini diharapkan mahaiswa

dapat: Mahasiswa mengetahui ruang lingkup mata kuliah arsitektur dan

organisasi komputer. Mahasiswa mengetahui perkembangan komputer digital, dan memiliki

pengetahuan dasar mengenai arsitektur dan organisasi komputer. Mamahasiswa memahami struktur interkoneksi pada memori, modul I

atau O, dan CPU. Mahasiswa memahami interkoneksi Bus dan PCI. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai internal dan external

memory. Mahasiswa memahami interaksi antara I/O dan processor. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai dukungan sistem operasi

terhadap sistem komputer. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai proses aritmatika sistem

komputer. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai karakteristik dan fungsi

set instruksi. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai format dan modus

pengalamatan. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai fungsi dan struktur CPU. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai Reduced Instruction Set

Computers. Mahasiswa memiliki pengetahuan mengenai teknik pengolahan

prosesor superscalar dalam pengolahan paralel.

MateriArsitektur & Organisasi Komputer

Pertemuan

Materi Pokok Kompetensi Dasar

1 • Pengantar 12 • Evolusi dan Performansi Komputer 23 • A Top-level View Computer 3, 44 • Cache Memory 55 • Internal Memory & External Memory 56 • Internal Memory & External Memory 57 • Input/Output System 68 • Ujian Tengah Semester (UTS) 1 – 69 • Dukungan Sistem Operasi 710 • Arithmatika Komputer 811 • Instruksi Set: Karakteristik dan Fungsi 912 • Format dan Modus Pengalamatan 1013 • Fungsi dan Struktur CPU 1114 • Reduced Instruction Set Computers 1215 • Instruction-level Parallelism and Superscalar Processors 1316 • Ujian Akhir Semester 1 - 13

Organisasi dan Arsitektur

ArsitekturKomputer

OrganisasiKomputer

• Atributes• Visible• Dampak

langsung ekseskusi logika (Direct impact on the logical execution)

• operational units• Inteconnection• Memahami

spesifikasi arsitektur (realize architectural spesification)

Structure and Function

StructureCara komponen-komponen saling terkait.

FunctionOperasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. Pengolahan data (data

processing) Penyimpanan data (data

storage) Pemindaahan data (data

movement) Control

Struktur Utama Sistem Komputer

Struktur utama sistem komputer : CPU (Central Processing Unit) Main Memory I/O System Interconnection

Sejarah Singkat Komputer

Perkembangan generasi Komputer : The 1st Generation The 2nd Generation The 3rd Generation The Next Generation

The 1st Generation

Menggunakan komponen vacum tube Memiliki ukuran yang sangat besar Memerlukan ruangan atau tempat yang luas Memerlukan alat pendingin (AC) dalam jumlah yang cukup banyak Proses masih lambat Kapasitas simpan komputer masih kecil dan sangat terbatas

sekali.

The 1st GenerationENIAC

• ENIAC (Electronical Numerical Integrator And Computer - 1945) Komputer yang pertama kali dikembangkan oleh John Mauchly dan

John Presper Eckert, Pennsylvania University.

The 1st GenerationThe Von Neumann Machine

Von Neumann (1945) memperkenalkan konsep stored-program The Von Neumann Machine 1945 – EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) 1946 – The IAS Computer

The 1st GenerationThe IAS Computer

Format memori IAS : Terdiri dari 1000 lokasi penyimpanan

data (word) Masing-masing lokasi penyimpanan

data memiliki ukuran 40 bit Semua data termasuk instruksinya

dinyatakan dengan kode biner Setiap bilangan dinyatakan dengan 1 bit

tanda dan 39 bit nilai Setiap word terdiri dari 20 bit instruksi Masing-masing instruksi terdiri dari 8 bit

kode operasi (op-code) 1 word dalam memori diwakilkan oleh

12 bit alamat

The 1st GenerationThe Registers

MBR (Memory Buffer Register) MAR (Memory Address Register) IR (Instruction Register) IBR (Instruction Buffer Register) PC (Program Counter) AC (Accumulator MQ (Multiplier Quotient)

The 1st GenerationCommercial Computers

1947 – UNIVAC I (Universal Automatic Computer-I)

1950 – UNIVAC II Eckert – Mauchly Computer Co

The 2nd Generation

Komponen yang digunakan adalah transistor (solid state device) dan jauh lebih kecil dari vacum tube

Komputer memiliki ukuran fisik yang kecil Kecepatan pengolahan tinggi dan tidak banyak

mengeluarkan panas Kapasitas memori yang semakin besar

The 2nd GenerationDEC (Digital Equipment Corporation)

1957 – DEC (Digital Equipment Corporation)

The 2nd GenerationPDP1

1957 – PDP1 (Digital Equipment Corporation Programmable Data Processor-1) : Komputer 18 bit produksi DEC

The 2nd GenerationIBM 7094

1964 – IBM 7094 produksi IBM (International Business Machines Corporation)

The 3rd Generation

Komponen yang digunakan adalah IC (integrated circuit) yang sangat kecil ukurannya (small-scale integration)

Solid Logic Technology dan Monolithic Integrated Circuits

Komputer era digital (penyimpanan, pemindahan, proses dan kontrol)

Terdapat 2 komponen fundamental : gates dan memory cell yang dibangun dari komponen elektronik

sederhana

The 3rd GenerationGates dan Memory Cell

• Data storage (penyimpanan), disiapkan oleh memory cell

• Data processing (pengolahan), disiapkan oleh gates• Data movement (pemindahan), saluran antar komponen

digunakan untuk memindahkan data dari memeori ke memori dan dari memori ke memori melalui gates

• Control, saluran antar komponen dapat menghantarkan control signal

The 3rd GenerationKeuntungan IC

• Komponen lebih sederhana• Kerapatan yang tinggi• Ukuran yang lebih kecil• Bentuk fisik komputer yang

semakin kecil• Berkurangnya daya dan pendingin• Interkoneksi IC lebih andal

dibandingkan koneksi solder

The Next Generation

Penggunaan VLSI (Very Large Scale Integration) yang merupakan pemadatan beribu-ribu IC yang dijadikan satu dalam sebuah chip

Pengembangan microprocessor dan semi-conductor yang berbentuk chip untuk internal memory

Designing for PerformanceKecepatan Microprocessor

Prediksi pencabangan (branch prediction) Analisis aliran data (data flow analysis) Eksekusi spekulatif (speculative execution)

Designing for PerformanceKesimbangan Kinerja

Menambahkan jumlah bits yang yang diambil dalam satu waktu dengan membuat DRAM lebih lebar dengan mengunakan saluran bus data yang lebih luas

Mengubah antarmuka DRAM untuk membuatnya lebih efisien dengan menyertakan cache atau skema buffering lainnya pada chip DRAM.

Mengurangi frekuensi akses memori dengan meningkatkan efisiensi struktur cache antara prosesor dan memori utama

Meningkatkan bandwith koneksi antara prosesor dan memori menggunkan bus berkecepatan tinggi

Designing for PerformanceMeningkatkan Organisasi dan Arsitektur Chip

Menambahkan kecepatan perangkat keras prosesor Menambahkan ukuran dan kecepatan cache yang

terletak antara prosesor dan memori utama Melakukan perubahan pada organisasi dan arsitektur

chip sehingga meningkatkan efektifitas kecepatan pengolahan instruksi

Referensi

Carl Hamacher, et al., 2012 “Computer Organization and Embedded Systems”, 6th ed., McGraw-Hill.

William Stallings, 2011 “Computer Organization and Architecture : Designing for Performance”, 8th ed., Prentice Hall.

John L. Hennessy and David A. Patterson, 2007, "Computer Architecture", 4th Edition, Morgan Kaufmann.