TugasOrganisasi dan Arsitektur Komputer

Dosen Pembimbing :Nur Ismawati, S.Kom,M.Cs

Nama: Siti Lailatus Sholihah NIM : 12590045

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DARUL ULUM JOMBANG2014

ARSITEK KOMPUTERDalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masingmasing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue Gene, dll.Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, Abstraksi dari sebuah arsitektur komputer dan hubungannya dengan bagian perangkat keras, firmware, assembler, kernel, sistem operasi, dan perangkat lunak aplikasinya.

KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTERMesin Von NeumannKriteria mesin Von Neumann : Mempunyai subsistem hardware dasar yaitu sebuah CPU, sebuah memori dan sebuah I/O system Merupakan stored-program computer Menjalankan instruksi secara berurutan Mempunyai jalur (path) bus antara memori dan CPUJohn Von Neumann adalah ilmuwan yang meletakkan dasar - dasar komputer modern. Dalam hidupnya yang singkat , Von Neumann telah berhasil menjadi ilmuwan besar pada abad 21. Von Neumann meningkatkan karya-karyanya dalam bidang matematika, teori kuantum, game theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer.Dipicu ketertarikannya pada hidrodinamika dan kesulitan penyelesaian persamaan diferensial parsial nonlinier yang digunakan, Von Neumann kemudian beralih dalam bidang komputasi. Sebagai konsultan pada pengembangan ENIAC, dia merancang konsep arsitektur komputer yang masih dipakai sampai sekarang. Arsitektur Von Nuemann adalah komputer dengan program yang tersimpan (program dan data disimpan pada memori) dengan pengendali pusat, I/O, dan memori.Keuntungan pada arsitektur ini terletak pada fleksibilitas pengalamatan program dan data. Biasanya program selalu ada di ROM dan data selalu ada di RAM. Arsitektur Von Neumann memungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang ada didalam memori data (RAM). Misalnya pada saatpower on, dibuat program inisialisasi yang mengisibytedi dalam RAM. Data di dalam RAM ini pada gilirannya nanti akan dijalankan sebagai program. Sebaliknya data juga dapat disimpan di dalam memori program (ROM).Sedangkan dilihat dari kelemahannya terletak pada bustunggalnya itu sendiri. Sehingga instruksi untuk mengakses program dan data harus dijalankan secara sekuensial dan tidak bisa dilakukanoverlapinguntuk menjalankan dua isntruksi yang berurutan. Selain itubandwidthprogram harus sama denganbanwitdhdata. Jika memori data adalah 8 bits maka program juga harus 8 bits. Satu instruksi biasanya terdiri dariopcode(instruksinya sendiri) dan diikuti denganoperand(alamat atau data). Karena memori program terbatas hanya 8 bits, maka instruksi yang panjang harus dilakukan dengan 2 atau 3 bytes. Misalnya byte pertama adalahopcodedan byte berikutnya adalahoperand. Secara umum prosesor Von Neumann membutuhkan jumlahclockCPI (Clock per Instruction) yang relatif lebih banyak dan walhasil eksekusi instruksi dapat menjadi relatif lebih lama.Berikut ini adalah cara kerjanya. : Memori Memori menyimpan berbagai bentuk informasi sebagai angka biner. Informasi yang belum berbentuk biner akan dipecahkan (encoded) dengan sejumlah instruksi yang mengubahnya menjadi sebuah angka atau urutan angka-angka. Sebagai contoh: Huruf F disimpan sebagai angka desimal 70 (atau angka biner ) menggunakan salah satu metode pemecahan. Instruksi yang lebih kompleks bisa digunakan untuk menyimpan gambar, suara, video, dan berbagai macam informasi. Informasi yang bisa disimpan dalam satu sell dinamakan sebuah byte. CPU Unit Pemproses Pusat atau CPU ( central processing unit) berperanan untuk memproses arahan, melaksanakan pengiraan dan menguruskan laluan informasi menerusi system komputer. Unit atau peranti pemprosesan juga akan berkomunikasi dengan peranti input , output dan storan bagi melaksanakan arahan-arahan berkaitan.Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yang melakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan, pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), dan pelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untuk kesetaraan). Pada unit inilah dilakukan kerja yang nyata.Unit kontrol menyimpan perintah sekarang yang dilakukan oleh komputer, memerintahkan ALU untuk melaksanaan dan mendapat kembali informasi (dari memori) yang diperlukan untuk melaksanakan perintah itu, dan memindahkan kembali hasil ke lokasi memori yang sesuai. Sekali yang terjadi, unit kontrol pergi ke perintah berikutnya (biasanya ditempatkan di slot berikutnya, kecuali kalau perintah itu adalah perintah lompatan yang memberitahukan kepada komputer bahwa perintah berikutnya ditempatkan di lokasi lain). I/OMembolehkan komputer mendapatkan informasi dari dunia luar, dan menaruh hasil kerjanya di sana, dapat berbentuk fisik (hardcopy) atau non fisik (softcopy). Ada berbagai macam alat I/O, dari yang akrab keyboard, monitor dan disk drive, ke yang lebih tidak biasa seperti webcam (kamera web, printer, scanner, dan sebagainya.Mesin Non-Von NeumannPada tahun 1966, Flyyn mengklasifikasikan arsitekturkomputer berdasarkan sifatnya yaitu: Jumlah prosesor Jumlah program yang dapat dijalankan Struktur memoriMenurut Flyyn ada 4klasifikasi komputer : SISD (Single Instruction Stream, Single Data Stream)SIMD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream) MISD (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream)MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream1. Single instruction stream,single data stream (SISD) satu aliran instruksi,satu aliran data Arsitektur von Neumann termasuk dalam klasifIkasi ini. Komputer SISD mempunyai satu CPU yang menjalankan satu instruksi pada sekali waktu (oleh karenanya disebut aliran instruksi tunggal) dan menjemput atau menyimpan satu item data pada sekali waktu (oleh karenanya disebut aliran data tunggal)2. Single instruction stream multiple data stream (SIMD) / satu aliran instruksi, beberapa aliran data Array prosesor termasuk dalam kategori ini. Mesin SIMD mempunyai sebuah CU yang beroperasi seperti mesin Von Neumann (yaitu, ia menjalankan satu aliran instruksi), namun mesin SIMD mempunyai lebih dari satu PE. CU menghasilkan signal kontrol untuk semua PE, yang menjalankan operasi yang sama, biasanya pada lockstep, pada item data yang berbeda (oleh karenanya disebut aliran data banyak). 3. Multiple instruction stream single data stream (MISD) / beberapa a1iran instruksi, satu aliran data. Secara logis, mesin dalam kelompok ini akan menjalankan berbagai program pada item data yang sama. Sekarang, telah ada mesin jenis ini, walaupun beberapa sistem MIMD bisa digunakan dengan cara ini.4. Multiple instruction stream multiple data stream (MIMD) / beberapa aliran instruksi, beberapa aliran data. Mesin MIMD juga disebut multiprosesor. Ia mempunyai lebih dari satu prosesor independen,dan setiap prosesor dapat menjalankan program yang berbeda (oleh karenanya disebut aliran data banyak) pada datanya sendiri (oleh karenanya disebut aliran data banyak).

Note : Mesin SIMD dan MIMD adalah parallel processor (prosesor paralel), karena mereka beroperasi secara paralel pada lebih dari satu data sekali waktu. Arsitektur multiprosesor dapat dibagi menjadi dua kategori, didasarkan pada susunan sistem memorinya :

Global memory (GM) system architecture / arsitektur sistem memori global. Satu system memori global digunakan bersama oleh semua prosesor. Arsitektur komputer berunjuk kerja tinggi pada saat ini adalah dari jenis ini, dan ketiga arsitektur yang ada berdasarkan gambar diatas Local-memory (LM) system architecture / arsitektur system memori lokal. Disini, satu system penyimpanan digunakan untuk setiap prosesor. Multi prosesor dengan LM mungkin juga mempunyai GM dan juga disebut multiple processor. Pada saat sekarang ini kita akan membahas tentang SIMD (Single instruction stream, multiple data stream).

Cara Kerja Mereka mendistribusikan pemrosesan ke sejumlah hardware. Mereka beroperasi secara.bersama-sama pada beberapa elemen data yang berbeda. Mereka menjalankan komputasi yang sarna pada semua e1emen data.

KUALITAS ARSITEKTUR KOMPUTERGeneralitasGeneralitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur.dan computer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis menggunakan aritmetik decimal. Sistem umum memberikan dua jenis aritmetik. Salah satu pembahasan utama oleh kalangan peneliti komputer selama tabun 1980-an adalah persoalan bagusnya generalitas.Salah satu argumen komersial dalam menerapkan generalitas adalah bahwa, karena ia menyebabkan perancangan komputer menjadi sulit, malm perusahaan yang melakukan perancangan tersebut bisa mengurangi peniruan rancangan oleh perusahaanlain.

Daya TerapDaya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakannya. Buku ini membahas komputer yang terutama dirancang untuk satu dari dua area aplikasi utama : (1) aplikaSi ihniah dan teknis dan (2) aplikasi komersil biasa.Aplikasi ilmiah dan teknis adalah aplikasi yang biasanya untuk memecahkan persamaan kompleks dan untuk penggunaan aritmetik floating point ekstensif.

EfisiensiEfisiensi adalah ukuran rata-ratajumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa.Arsitektur yang efisien memungkinkan (namun tidak memastikan) terjadinya implementasi yang efisien. Salah satu sifat arsitektur yang efisien adalah bahwa ia secara relative cenderung sederhana. Karena untuk merancang sistem yang kompleks secara benar begitu sulit, maka kebanyakan komputer mempunyai sebuah komputer inti (core computer) efisien yang sederhana, yaitu CU.

Kemudahan PenggunaanKemudahan penggunaan arsitektur adalah ukuran kesederhanan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau membuat software untuk arsitektur tersebut, misalnya sistem pengoperasiannya atau compilemya. Oleh karena itu, kemudahan penggunaan ini merupakan fungsi ISA dan berkaitan erat dengan generalitas.

Daya Tempa (malleability)Dua ukuran yang terakhir daya tempa dan daya kembang umumnya berlaku untuk implementasi computer dalam satu rumpun. Daya terap arsitektur adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk mengimplementasikan komputer (yang mempunyai arsitektur itu) dalam jangkauan yang luas. Pada Apple Macintosh atau IBM PC AT, spesifIkasi arsitektumya jauh lebih lengkap, sehingga semua implementasi hampir sama.

Daya KembangDaya kembang (expandability) adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk meningkatkan kemampuan arsitektur, misalnya kemampuan ukuran memori maksimumnya atau kemampuan aritmetiknya. Dalam hal ini, daya kembang juga berkaitan dengan jumlah CPU yang dapat digunakan oleh systemsecara efektif.Barrier (penyangga) pada komputer yang mempunyai CPU lebih dari satu umumnya tidak jelas. Jika programmer sistem mendapatkan kesulitan untuk menyinkronkan CPU-CPU, rnisalnya, maka sinkronisasi ini secara efektif akan membatasi jumlah CPU yang dapat digunakan sistem.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEBERHASILAN ARSITEKTUR KOMPUTER1. Manfaat ArsitekturalAda empat ukuranpokok yang menentukan keberhasilan arsitektur, yaitu manfaat arsitekturalnya (architectural merit) : Daya terapSebaiknya, arsitektur ditujukan untuk aplikasi yang telah ditentukan. Daya tempa.Bila arsitekturlebih mudah membangunsistem yang kecil, makaia akan lebih baile. Daya kembang.Lebih besar daya kembang arsitektur dalam daya komputasi,ukuran memori, kapasitasI/O, dan jumlah prosesor,maka ia kan lebih baile. Kompatibilitas(daya serasi-pasang)

2. Keterbukaan arsitekturArsitektur dikatakan open (terbuka) bila perancangnya mempublikasikan spesifikasinya

3. Keberadaan model pemrograman yang kompatibel don bisa dipahami.Beberapa komputer yang berparalel tinggi begitu sulit untuk digunakan, sehingga ia hanya menjadi daya tarik bagi para analis untuk menemukan cara baru untuk menggunakannya.

4. Kualitas implementasi awal.Ada beberapa komputer yang nampaknya merupakan mesin yang baik, yang mempunyai software dan sifat operasional yang baik.

5. Kinerja SistemKinerja sistem sebagian ditentukan oleh kecepatan komputer. Untuk mengukur kinerja komputer, para arsitek menjalankan serangakian program yang standart, yang disebut benchmark,pada komputer. Benchmark ini memungkinkan arsitek untuk menentukan kecepatan relatif dari semua komputer yang menjalankan benchmark tersebut dan menentukan kecepatan absolute dari tiap komputer. Hasilnya bermanfaat bagi arsitek untuk melaporkan kinerja sistem dengan menggunakan berbagai performance metrics (metrik kinerja).

6. Biaya SistemBagian pokok dari biaya sistem computer adalah biaya peralatan logika dasarnya, yang sangat bervariasi dari peralatan satu dengan yang lainnya.beberapa aplikasi dengan metrik tersebut diperlukan adalah : Reliabilitas(keandalan) adalah sangat diperlukan oleh computer yang digunakan untuk mengontrol penerbangan, mengontrol kearnanan instalasi nuklir, atau kegiatan apa saja yang mempertaruhkan keselarnatan manusia. Kemudahan perbaikankhususnya penting bagi komputer yang mempunyai jumlah komponen yang besar

PENINGKATAN KINERJA KOMPUTER

Ada 3 aspek pendekatan yang mendukung adanya peningkatan kinerja computer antara lain :1. PENDEKATAN TEKNOLOGIS/HARDWAREPenggunaan komponen komponen IC kecepatan tinggi tentunya sangat mendukung proses akselerasi kinerja computer kita. Kita telah mengetahui mengenai evolusi computer dari masa ke masa. Berikut ini adalah evolusi computer dari awal kali muncul hingga sekarang :

Computer generasi pertama ( 1941 1956 ) Penggunaan tabung vakum dalam sirkuit elektronik dan mercury delay lines sebagai memory. Drum Magnetik sebagai media penyimpan internal utama. Kapasitas penyimpanan utama yang terbatas (1000 4000 bytes) Pemrograman bahasa symbol tingkat rendah. Problem panas dan pemeliharaan. Aplikasi : perhitungan sains, pemrosesan payroll, penyimpanan record. Waktu siklus : milidetik Kecepatan pemrosesan : 2000 instruksi per detik.Computer generasi kedua ( 1956 1964 ) Penggunaan transistor untuk operasi internal. Magnetic core sebagai media penyimpan internal utama. Mempunyai kapasitas penyimpanan lebih banyak (4K 32K) I/O lebih cepat, orientasi pita Bahasa pemrograman tingkat tinggi (Cobol, Fortran, Algol) Penurunan panas. Waktu siklus mikrodetik Kecepatan pemrosesan : 1 juta instruksi per detik (mips)Computer generasi ketiga ( 1965 1971 ) Menggunakan sirkuit terintegrasi. Magnetic core dan penyimpanan utama yang padat (32K 3 Mbyte) Lebih fleksibel dengan I/0 ; berorientasi disk. Ukuran lebih kecil, unjuk kerja lebih baik dan handal. Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi lebih luas. Muncul komputer mini. Pemrosesan jarak jauh dan time sharing melalui jaringan komunikasi. Tersedianya perangkat lunak sistem operasi untuk mengontrol I/O. Waktu siklus ; nano detik kecepatan pemrosesan ; 10 mips. Computer generasi keempat ( 1972 1989 ) Menggunaan large scale integrated circuit. Peningkatan kapasitas penyimpanan (lebih 3 Mbyte) dan kecepatan. Dukungan dari bahasa pemrograman yang lebih kompleks. Perangkat I/O semakin meningkat sehingga mendukung peripheral lainnya. Penggunaan minikomputer, mikroprosessor, dan mikrokomputer. Aplikasi ; simulasi model matematika, komunikasi data. Kecepatan pemrosesan ; 100 mips sampai 1 bipsComputer generasi kelima ( 1990 sekarang ) Perkembangan diutamakan pada pengolahan citra (image processing) Perkembangan pada networking dengan konsep parallel computing, data clustering dan grid computing. Konsep parallel beberapa computer yang dihubungkan satu dengan yang lain. Data Clustering masing-masing computer mengolah data yang berbeda, selanjutnya pada sebuah system akan didapat penggabungannya. Grid Computing menggunakan prinsip bahwa masing-masing system dapat berkomunikasi satu sama lainnya tanpa batas karena seluruh system terhubung secara matriks.CONTOH EVOLUSI KOMPUTER Kelompok komputer Pentium Intel dan PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers). Detail tentang CISC dan RISC akan dijelaskan dalam matakuliah Arsitektur CPU.

Pentium Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesor sederhana sampai prosesor keluaran saat ini: 8080, keluar tahun 1972 merupakan mikroprosesor pertama keluaran Intel dengan mesin 8 bit dan bus data ke memori juga 8 bit. Jumlah instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan 16KB. 8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64KB. 80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari 8086, kemampuan pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi. 80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu. 80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor. Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar sehingga memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel. Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan organisasi superscalar untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi cabang, analisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih. Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga mampu menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah menggunakan teknologi RISC. Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D. Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih. Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4 unit integer, 3 unit pencabangan, internet streaming, 128 interger register.

PowerPC Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada komputer muni seri 801. Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986. Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar workstation. Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER. IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800, kemudian Apple menggunakan keping Motorola dalam Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu : 601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat. 603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien. 604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop. 620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur 64 bit. 740/750, seri dengan cache L2. G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi paralel.

2. PENDEKATAN SOFTWAREAlgoritma dan struktur data merupakan fondasi ilmu komputer. Bidang ini kaya dengan teknik dan analisis yang elegan. Algoritma atau struktur data yang bagus memungkinkan meyelesaikan persoalan dalam beberapa detik di mana cara lain memerlukan waktu bertahun tahun.

3. PENDEKATAN ARSITEKTURAL DAN FUNGSIONALArsitektur Instruction SetSet instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatanPada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang paling panjang.Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:1. Operation code (op code)2. Source operand reference3. Result operand reference4. Xext instruction preferenceStruktur Pipeline Dalam CPULima tahap pipeline pada mesin RISC (IF = Instruction Fetch(FI), ID = Instruction Decode(DI), EX = Execute(EI), MEM = Memory access, WB = Register write back(WO)) Dalam siklus waktu keempat (kolom hijau), paling awal adalah instruksi dalam tahap Mem, dan instruksi terbaru belum masuk set pipelining.Pipeline adalah suatu cara yang digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap yang berbeda yang dialirkan secara kontinu pada unit pemrosesor. Dengan cara ini, maka unit pemrosesan selalu bekerja. Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan dalam sistem komputer. Bisa pada level yang tinggi, misalnya program aplikasi, sampai pada tingkat yang rendah, seperti pada instruksi yang dijaankan oleh microprocessor.Pada microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, satu instruksi dilakukan sampai selesai, baru instruksi berikutnya dapat dilaksanakan. Sedangkan dalam microprocessor yang menggunakan teknik pipeline, ketika satu instruksi sedangkan diproses, maka instruksi yang berikutnya juga dapat diproses dalam waktu yang bersamaan. Tetapi, instruksi yang diproses secara bersamaan ini, ada dalam tahap proses yang berbeda. Jadi, ada sejumlah tahapan yang akan dilewati oleh sebuah instruksi.Dengan penerapan pipeline ini pada microprocessor akan didapatkan peningkatan kinerja microprocessor. Hal ini terjadi karena beberapa instruksi dapat dilakukan secara parallel dalam waktu yang bersamaan. Secara kasarnya diharapkan akan didapatkan peningkatan sebesar K kali dibandingkan dengan microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, apabila tahapan yang ada dalam satu kali pemrosesan instruksi adalah K tahap.Karena beberapa instruksi diproses secara bersamaan ada kemungkinan instruksi tersebut sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar dan lancar. Sedangkan ketergantungan terhadap data bisa muncul, misalnya instruksi yang berurutan memerlukan data dari instruksi yang sebelumnya. Kasus Jump, juga perlu perhatian, karena ketika sebuah instruksi meminta untuk melompat ke suatu lokasi memori tertentu, akan terjadi perubahan program counter, sedangkan instruksi yang sedang berada dalam salah satu tahap proses yang berikutnya mungkin tidak mengharapkan terjadinya perubahan program counter.Teknik pipeline yang diterapkan pada microprocessor, dapat dikatakan sebuah arsitektur khusus. Ada perbedaan khusus antara model microprocessor yang tidak menggunakan arsitektur pipeline dengan microprocessor yang menerapkan teknik ini.Pada microprocessor yang tidak menggunakan pipeline, satu instruksi dilakukan sampai selesai, baru instruksi berikutnya dapat dilaksanakan. Sedangkan dalam microprocessor yang menggunakan teknik pipeline, ketika satu instruksi sedangkan diproses, maka instruksi yang berikutnya juga dapat diproses dalam waktu yang bersamaan. Tetapi, instruksi yang diproses secara bersamaan ini, ada dalam tahap proses yang berbeda.Jadi, ada sejumlah tahapan yang akan dilewati oleh sebuah instruksi. Misalnya sebuahmicroprocessor menyelesaikan sebuah instruksi dalam 4 langkah. Ketika instruksi pertama masuk ke langkah 2, maka instruksi berikutnya diambil untuk diproses pada langkah 1 instruksi tersebut. Begitu pun seterusnya, ketika instruksi pertama masuk ke langkah 3, instruksi kedua masuk ke langkah 2 dan instruksi ketiga masuk ke langkah 1.Teknik pipeline ini menyebabkan ada sejumlah hal yang harus diperhatikan sehingga ketika diterapkan dapat berjalan dengan baik.Tiga kesulitan yang sering dihadapi ketika menggunakan teknik pipeline ini adalah :1. Terjadinya penggunaan resource yang bersamaan2. Ketergantungan terhadap data, dan3. Pengaturan Jump ke suatu lokasi memori.Pengingat CacheCache memori adalah memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal daripada memori utama.Letak Cache Memory Cache memori ini ada diantara memori utama dan register pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu pada memori utama agar kinerja dapat ditingkatkan.Cache memori ada tiga level yaitu1. L1 >> terletak di dalam processor2. L2 >> terletak terpisah dengan processor3. L3. >> dimiliki oleh processor yangmemiliki unit lebih dari satu, contoh: dualcore , quadcoreCara kerja Cache Memory Jika prosesor membutuhkan suatu data, pertama-tama ia akan mencarinya pada cache. Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya dengan delay yang sangat kecil. Tetapi jika data yang dicari tidak ditemukan,prosesor akan mencarinya pada RAM yang kecepatannya lebih rendah.Pada umumnya, cache dapat menyediakan data yang dibutuhkan oleh prosesor sehingga pengaruh kerja RAM yang lambat dapat dikurangi. Dengan cara ini maka memory bandwidth akan naik dan kerja prosesor menjadi lebih efisien. Selain itu kapasitas memori cache yang semakin besar juga akan meningkatkan kecepatan kerja komputer secara keseluruhan.

Memory InterleavingMemory interleaving atau istilah kasar - nya adalah cara buat memori jadi virtual adalah salah satu cara dalam mengorganisasi memori dengan tujuan meningkatkan kecepatan pengaksesan sistem penyimpanan yang besar. Sistem penyimpanan yang besar terdiri atas beberapa bank memori independen yang diakses oleh central processing unit ( cpu ) dan peralatan input output ( i / o ) melalui pengontrolan port memori. Contoh : cross bar switch.Cara penerapan organisasi memory interleaving pada sistem penyimpanan dapat dibagi dalam dua bagian, yaitu sistem penyimpanan menggunakan high order interleaving dan low order interleaving. Sebagaimana berikut penjelasan dari perbedaannya :Sistem penyimpanan menggunakan high order interleaving Setiap penyimpanan ( bank ) berisi blok alamat yang berurutan Setiap peralatan termasuk central processing unit ( cpu) menggunakan bank memori yang berbeda untuk program dan data - nya, maka semua bank dapat mentransfer semua data- nya secara serentakSistem penyimpanan menggunakan low order interleaving Alamat yang berurutan berada dalam bank yang terpisah, sehingga setiap peralatan perlu mengakses semua bank selagi menjalankan program - nya atau mentransfer data. Contoh : waktu siklus memori lebih lama dari pada waktu siklus central processing unit ( cpu ). Banyak komputer berkinerja tinggi menggunakan sistem penyimpanan low order interleaving Apabila word yang berurutan berada dalam bank yang berbeda, maka sistem penyimpanan bila dilengkapi dengan putaran yang cocok dapat melengkapi akses memori yang berurutan. Dengan kata lain, setelah central processing unit ( cpu ) meminta untuk mengakses word pertama yang disimpan dalam salah satu bank, maka ia dapat bergerak ke bank kedua dan mengawali akses word kedua sementara penyimpanan tetap

Sesuai dengan penerapan di atas, perhitungan pada organisasi memory interleaving juga dibagi menjadi dua, yaitu high order interleave dan low order interleave. Sebelum menuju tahap penyelesaian soal perhitungannya, ada baiknya kita mengetahui bentuk gambaran struktur dari 2 jenis memory interleaving ini. Berikut gambaran strukturnya:

gambaran struktur high order interleaving

Gambaran struktur low order interleaving

Keterangan : maksud dari 2 gambar di atas adalah 22 bits sama dengan 2 bits untuk memilih bank dan 20 bits untuk memilih row within chip.Struktur BusSebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol, seperti terlihat pada gambar pola interkoneksi bus.

Saluran data (data bus) adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran dengan tujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit. Saluran alamat (address bus) digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU. Juga digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul. Perlu diketahui, semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat. Semisal mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya. Saluran kontrol (control bus) digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada. Karena bus data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu mekanisme kerja yang dikontrol melalui bus kontrol ini. Sinyal - sinyal kontrol terdiri atas sinyal pewaktuan dan sinyal - sinyal perintah. Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat, sedengkan sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi. Secara umum saluran kontrol meliputi : Memory Write, memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat. Momory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data. I/O Write, memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O. I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data. Transfer ACK, menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus. Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus. Bus Grant, menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus. Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul. Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU. Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul. Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul. Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel yang menghubungkan modul - modul. Konduktor ini biasanya adalah saluran utama pada PCB motherboard dengan layout tertentu sehingga didapat fleksibilitas penggunaan. Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang mudah dipasang dan dilepas, seperti slot PCI dan ISA. Sedangkan untuk chips akan terhubung melalui pinnya. Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut. Operasi pengiriman data ke modul lainnya : 1. Meminta penggunaan bus. 2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju. Operasi meminta data dari modul lainnya : 1. Meminta penggunaan bus. 2. Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai. 3. Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.Prosesor ParalelPemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunaaan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya. Sebagaian besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari satu. Bahkan juga ada komputer dengan ribuan CPU. Komputer dengan satu CPU dapat melakukan parallel processing dengan menghubungkannya dengan komputer lain pada jaringan. Namun, parallel processing ini memerlukan software canggih yang disebut distributed processing software.Parallel processing berbeda dengan multitasking, yaitu satu CPU mengeksekusi beberapa program sekaligus. Parallel processing disebut juga parallel computing. Yang terdiri dari empat kelompok komputer.