Pengantar Organisasi Komputer

Organisasi dan Arsitektur Komputer

PengantarAri SujarwoArsitektur & Organisasi 1Arsitektur Komputer Atributatribut sistem komputer yang memiliki dampak langsung pada eksekusi programContoh atribut: set instruksi, aritmetika, teknik pengalamatan, mekanisme Input/OutputContoh Arsitektur: x86, ARMOrganisasi KomputerKomponen-komponen yang terkait erat dengan unitunit operasional yang memperlihatkan spesifikasi arsitektural tertentu.Contoh: teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyalsinyal kontrol3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer22Arsitektur & Organisasi 2Semua keluarga Intel x86 mempunyai arsitektur dasar yang samaSistem IBM System/370 mempunyai arsitektur dasar yang sama

Arsitektur dasar yang sama pada beberapa jenis computer akan memberikan kompatibilitas kode program yang akan dijalankan pada computer tersebut. Organisasi sebuah komputer akan berbeda pada setiap perubahan versinya.3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer33Struktur dan Fungsi KomputerStruktur adalah susunan komponen-komponen komputer yang saling terhubungFungsi adalah operasi dari masing-masing komponen yang merupakan bagian dari struktur komputer

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer44Struktur KomputerComputerPeripheralsCommunication linesMain MemoryInputOutputSystemsInterconnectionCentralProcessing UnitComputer3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer55Struktur CPUComputerCPUI/OMemorySystemBusArithmeticand Logic UnitControlUnitInternal CPUInterconnectionRegistersCPU3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer66Struktur Unit KontrolCPUControlUnitALURegistersInternalBusControlMemoryControl Unit Registers and DecodersSequencingLoginControl Unit3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer77Unit Fungsional Dasar KomputerMasukanKeluaranMemoriAritmetikadanlogikaKontrol3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer8Fungsi Operasi KomputerFungsi Operasi Pengolahan Data Fungsi Operasi Penyimpanan Data Fungsi Operasi Pemindahan Data Fungsi Operasi Kontrol 3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer99Fungsi KomputerEmpat fungsi yang dapat dilakukan oleh komputerPemindahan dataMekanisme kontrolPenyimpanandataPengolahandata3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer1010Fungsi Operasi Pemindahan DataContoh : Transfer data dari peripheral satu ke yang lain3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer11

11Fungsi Operasi Penyimpanan Data Contoh: Menyimpan data dari dan ke media penyimpanan (misal: harddisk)3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer12

12Fungsi Operasi Pemrosesan Data Contoh: memproses data yang berasal dari media penyimpanan internal3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer13

13Fungsi Pemrosesan Data EksternalContoh: Pemrosesan data yang melibatkan sistem penyimpanan data lokal dan lingkungan luar sistem komputer3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer14

14Evolusi dan Kinerja KomputerEniac3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer1515Generasi Pertama: ENIACKomputer generasi pertama disebut juga generasi tabung hampaENIAC: Electronic Numerical Integrator And ComputerDikembangkan oleh: John Eckert and John Mauchly di University of PennsylvaniaENIAC dikembangkan dalam rangka pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru Proyek pembangunannya dimulai tahun 1943 dan selesai tahun 1946Digunakan hingga tahun 1955

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer1616ENIAC - detailRepresentasi bilangan yang digunakan: Decimal (bukan binary)Diprogram secara manual dengan switchSpesifikasi teknis ENIAC:Menggunakan 18,000 tabung vakumBerat: 30 tonMenghabiskan ruangan 15,000 meter persegi untuk instalasinyaMemerlukan daya listrik 140 kWMampu melakukan 5,000 operasi penambahan tiap detikMenggunakan 20 akumulator, setiapnya mampu menampung 10 digit bilangan decimal

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer1717Proses pemasukan dan perubahan program ke ENIAC sangat rumitProses pemrograman dapat difasilitasi jika program dapat direpresentasikan dalam bentuk yang dapat disimpan di memoryKemudian computer memperoleh instruksi dari pembacaan memoryKonsep ini disebut stored-program concept, dirancang oleh John von Neumann (Desainer ENIAC)Ide tersebut diusulkan juga oleh Alan TuringPublikasi pertama ide tersebut dalam bentuk computer baru bernama EDVAC olehvon Neumann

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer18ENIAC - detail

18John von Neumann/Alan TuringMengembangkan mesin dengan konsep program tersimpanKomponen:Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi. Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data biner. Control Unit, untuk melakukan kontrol terhadap instruksiinstruksi di dalam memori.I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.Belum berhasil diselesaikan pada tahun 1952, namun telah menjadi prototype komputer modernVon Neumann (1946) di Princeton Institute for Advanced Studies, mengembangkan stored-program computer jenis baru yang disebut IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer1919Struktur IAS3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer20

20IAS - detail1000 lokasi penyimpanan x 40 bit wordsBinary number2 x 20 bit instructionsFormat Memori IAS

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer2121Struktur IAS - detail

22Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori. Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR. Instruction Register (IR), berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi. Instruction Buffer Register (IBR), digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori. Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori. Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan sementara operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ. ALU-IAS(Computer of Institute for Advanced Studies)3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer23IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi.Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini : Data tranfer, memindahkan data di antara memori dengan register register ALU atau antara dua register ALU sendiri.Unconditional branch, perintah perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu. Conditional branch, perintah perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut. Arithmetic, kumpulan operasi operasi yang dibentuk oleh ALU. Address Modify, instruksi instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.ALU-IAS(Computer of Institute for Advanced Studies)3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer24Komputer Komersial1947 - Eckert-Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer CorporationUNIVAC I (Universal Automatic Computer), menjadi tulang punggung perhitungan sensus di USA1950 adalah Tahun kelahiran industri komputer dengan munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM Tahun 1950 diluncurkan UNIVAC II, karakteristik :Lebih cepatMemory lebih besar3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer2525IBMMenjadi pabrik besar dalam pengolahan peralatan kartu berlubangMemasarkan produk pertama: 1953 Seri 701IBMs first stored program computerScientific calculationsProduk kedua: 1955Seri 702Aplikasi bisnisMengeluarkan seri 700/70003/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer2626Generasi Kedua: TransistorsPengganti tabung vakumLebih kecil, murah, menghasilkan panas lebih rendah dari tabung vakumPenggunaan daya lebih rendahSolid State deviceTerbuat dari silikon SiliconDitemukan tahun 1947 di Lab. BellContoh produk: IBM 70943/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer2727Generasi Ketiga: Integrated CircuitDisebut juga Sistem Rangkaian TerpaduLiterally - small electronicsKomputer terbentuk dari kumpulan gate, kumpulan memori dan interkoneksinyaDapat dibuat dengan semikonduktorKomputer Generasi ketiga: IBM System/360 dan DEC PDP-8

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer2828Informasi Tambahan3/17/2014Nama Mata Kuliah29Perkembangan KomputerTabung Vakum - 1946-1957Transistor - 1958-1964Small scale integration - 1965 onUp to 100 devices on a chipMedium scale integration - to 1971100-3,000 devices on a chipLarge scale integration - 1971-19773,000 - 100,000 devices on a chipVery large scale integration - 1978 to date100,000 - 100,000,000 devices on a chipUltra large scale integrationOver 100,000,000 devices on a chip3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer3030Grafik jumlah transistor dalam chip Intel3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer31

31Moores LawKepadatan komponen dalam sebuah chip meningkatGordon Moore - cofounder of IntelJumlah transistor dalam chip menjadi dua kali lipat tiap tahunSejak 1970 perkembangan agak lambatJumlah transitor menjadi 2 kali dalam sebuah chip berkembang tiap 18 bulanHarga dari chip rata-rata tetap / tidak berubahHigher packing density berarti jalur elektronik lebih pendek, kemampuan makin meningkatUkuran yang mengecil meningkatkan flexebilitasMengurangi daya dan membutuhkan pendinginanBeberapa Interkoneksi meningkatkan reliabilitas3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer3232meningkatnya kecepatan prosesor, menurunnya ukuran komponen, peningkatan kapasitas memory, dan meningkatnya kapasitas dan kecepatan Input/Output.3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer33Penanda Evolusi KomputerSatu faktor terbesar yang mempengaruhi peningkatan kecepatan prosesor secara signifikan adalah:menyusutnya ukuran komponen penyusun mikroprosesor. Hal ini menyebabkan penyusutan dalam jarak antar komponen dan meningkatnya kecepatan.Faktor lain yaitu, perubahan organisasi prosesor yang memanfaatkan:teknik eksekusi paralel dan pipelining, teknik eksekusi spekulatif. Teknik-teknik tersebut dirancang untuk membuat prosesor selalu dalam kondisi sibuk.

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer34Faktor Penentu Kecepatan ProsesorTantangan terbesar dalam perancangan sistem komputer adalah:menyeimbangkan performa beberapa komponen, sehingga kecepatan pemrosesan di satu komponen tidak dihambat oleh keterbatasan pemrosesan pada komponen lain.Contoh: peningkatan kecepatan prosesor yang tidak diimbangi dengan peningkatan kecepatan akses ke memory.Berbagai teknik diciptakan untuk mengurangi efek dari perbedaan kecepatan tersebut, yaitu penggunaan cache, peningkatan lebar jalur dari memory ke prosesor.

3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer35Tantangan Perancangan KomputerThe End3/17/2014Organisasi dan Arsitektur Komputer36