BAB 1-6 aok

BAB 1PENGENALAN ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTEROrganisasi dan Arsitektur KomputerSatrio BrotoJakarta 2010Materi

• Pendahuluan• Sejarah Komputer• Hukum Moore• Struktur dan Fungsi Komputer• Klasifikasi Arsitektur Komputer

Pendahuluan• Perbedaan antara arsitektur komputer dengan organisasi komputer adalah:

– Arsitektur komputer berkaitan dengan atribut sistem yang tampak bagi pemrogram• Atribut arsitektural meliputi set instruksi, jumlah bit data, mekanisme I/O dan teknik pengalamatan memori• Contoh : instruksi perkalian merupakan rancangan arsitektural

– Organisasi komputer berkaitan dengan unit operasional dan interkoneksi yang merealisasi spesifikasi arsitektural• Atribut organisasional meliputi rincian teknologi hardware yang diketahui pemrogram (sinyal kontrol, interface komputer dan peripheral dan teknologi memori yang

digunakan)• Contoh : instruksi perkalian akan diimplementasi unit perkalian khusus atau mekanisme penjumlahan berulang merupakan masalah organisasional

Pendahuluan• Arsitektur komputer adalah rancangan komputer yang meliputi komponen perangkat keras, kumpulan instruksi dan sistem organisasinya• Ada 2 bagian utama dari arsitektur komputer, yaitu:

– HSA (Hardware System Architecture)• Meliputi sub sistem perangkat keras utama di dalam komputer, yaitu CPU, memori dan sistem input/output. HAS lebih ditekankan kepada rancangan dan organisasi

arus data– ISA (Instruction Set Architecture)

• Meliputi spesifikasi bahasa mesin yang dipergunakan dalam rangka berinteraksi dengan komputer. ISA lebih ditekankan kepada sifat komputasi komputerPendahuluan

• Dalam arsitektur komputer dikenal adanya istilah computer family, yaitu kumpulan implementasi arsitektur komputer dengan menggunakan ISA yang sama– Contoh Internation Business Machines Corporation (IBM) memproduksi 3 mesin yang satu rumpun komputer, yaitu:

• Arsitektur rumpun System/360 (1960an)• Arsitektur rumpun System/370 (1970an)• Arsitektur Enterprice System Architecture/370 (1988)

• Namun secara organisasi mesin antar versi memiliki perbedaanPendahuluan

• Dalam computer family dikenal istilah kompatibilitas adalah kemampuan berbagai komputer untuk menjalankan program yang sama. Ada dua macam kompatibilitas, yaitu:– Upward compatibility (kompatibilitas meningkat)

• Artinya rumpun yang lebih tinggi dapat menjalankan anggota rumpun yang lebih rendah– Downward compatibility (kompatibilitas menurun)

• Artinya rumpun yang lebih tinggi tidak memiliki fasilitas yang dimiliki oleh anggota rumpun yang lebih rendahSejarah Komputer

• Generasi 1: 1946 - 1954– Teknologi: Penggunaan lampu tabung, CRT memori– Hardware: fixed point aritmetik– Software: machine language, assembly language– Contoh komputer:

• ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), merupakan komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.• Mesin Von Neumann• IAS (Institute for Advanced Studies), merupakan komputer dengan stored-program dan terdiri dari memori utama, ALU, CU dan Peralatan I/O• UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer), merupakan komputer komersial pertama untuk aplikasi ilmu pengetahuan dan komersial.• UNIVAC II, memiliki kapasitas memori lebih besar dan kinerja lebih tinggi dibanding UNIVAC I• IBM 701, merupakan komputer stored-program electronic pertama yang dipasarkan IBM

Sejarah Komputer• Generasi 2: 1955 - 1964

– Teknologi: Penggunaan transistor, ferrite core, magnetik disk– Magnetic core memory, yaitu memori yang menyimpan informasi dalam elemen magnetis berbentuk seperti donat tipis– Hardware: floating point, index register, I/O prosesor– Software: high level language (Fortran, Cobol), compiler, subroutine library, batch monitor– Contoh komputer:

• PDP 1, merupakan komputer pertama yang dipasarkan DEC (Digital Equipment Corporation).• IBM 7094, menggunakan saluran data yang merupakan modul I/O independen terhadap prosesor dan set instruksinya sendiri. Penggunaan multipleksor sebagai titik

akhir saluran data, CPU dan memori.Sejarah Komputer

• Generasi 3: 1965 - 1974– Teknologi: Integrated Circuit (SSI=Small Scale Integration dan MSI=Medium Scale Integration), (ROM dan RAM)– Hardware: microprogramming, pipeline, cache memori– Software: multiprogramming, multiprocessing, OS, virtual memori– Contoh komputer:

• IBM System/360, merupakan kelompok komputer pertama yang terencana (kecepatan dasar, ukuran dan derajad simultanitas)• DEC PDP 8, merupakan komputer yang ukurannya lebih kecil dan lebih murah dibanding IBM System/360

• Generasi 4: 1975 - sekarang– Teknologi: Integrated Circuit (LSI=Large Scale Integration, VLSI=Very Large Scale Integration dan ULSI=Ultra Large Scale Integration), semikonduktor memori– Hardware: microprosesor (CPU), mikrokomputer (prosesor, memori dan inteface I/O), paralellism– Software: paralel dan problem oriented language– Contoh komputer: Motorola 68020, Intel iPSC

Hukum Moore• Gordon Moore salah seorang pendiri IBM membuat pernyataan yang menjadi hukum Moore• Hukum itu menjelaskan bahwa jumlah transistor dalam chip meningkat dua kali lipat tiap tahun• Hal ini akan berdampak kepada:

– Kepadatan komponen di dalam chip meningkat– Jalur elektronik lebih pendek sehingga kemampuan meningkat– Ukuran chip yang mengecil akan meningkatkan fleksibilitas– Mengurangi daya dan membutuhkan pendinginan– Beberapa interkoneksi meningkat reliabilitasnya– Harga chip rata-rata tetap (Tidak berubah)

Struktur dan Fungsi Komputer

1

• Struktur adalah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar• Struktur sistem dari tingkat tertinggi terdiri dari:

1. Periferal2. Komputer, Komputer terdiri dari 4 sistem utama, yaitu:

– Central Processing Unit (CPU)– Struktur CPU dapat dibagi menjadi 4 sistem CPU, yaitu:

– Arithmetic & Logical Unit (ALU)– Control Unit– Register– Internal CPU Interconnection

– Memori Utama– Input / Output– Sistem Interkoneksi

3. Saluran KomunikasiStruktur dan Fungsi Komputer

• Fungsi adalah operasi dari masing-masing komponen yang merupakan bagian dari struktur• Di dalam dunia komputer, fungsi komputer dapat dibagi menjadi 4, yaitu:

1. Fungsi operasi pemindahan data– Aliran data adalah dari alat input ke mekanisme kontrol kemudian kembali alat output– Contoh: pemindahan data dari keyboard ke layar.

2. Fungsi operasi penyimpanan data– Aliran data adalah dari alat input ke mekanisme kontrol kemudian masuk ke penyimpanan data– Contoh: download data dari internet ke disk di komputer lokal

3. Fungsi operasi pengolahan data– Fungsi operasi pengolahan data dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:

– Proses dari / ke unit penyimpanan– Aliran data adalah dari alat penyimpanan data ke mekanisme kontrol kemudian diproses pengolah data dan akhirnya kembali ke alat

penyimpan data– Contoh: update data suku bunga bank ke rekening nasabah

– Proses dari unit penyimpanan ke alat I/O– Aliran data adalah dari pengolah data ke mekanisme kontrol kemudian terpencar ke dua tempat, yaitu ke alat penyimpan data dan ke alat

input / output– Contoh: cetak data suku bunga bank ke rekening nasabah

4. Fungsi operasi kontrolStruktur dan Fungsi KomputerKlasifikasi Arsitektur Komputer

• Klasifikasi Arsitektur Komputer yang sedang berkembang dibagi menjadi 3 kategori– Mesin Von Neumann

• Ciri-ciri mesin Von Neumann adalah1. Mempunyai 3 sub sistem dasar, yaitu CPU, memori dan sistem I/O2. Adanya computer stored program, yaitu memori untuk menyimpan program yang mengontrol operasi komputer3. Menjalankan instruksi secara berurutan, artinya suatu saat hanya mengerjakan 1 instruksi4. Mempunyai satu path antara memori utama dan CPU (Von Neumann bottleneck)

• CPU terdiri dari1. CU (control unit), bertugas mengontrol operasi komputer2. ALU (arithmetic & logic unit), bertugas sebagai operasi aritmatika, logika dan shift3. Kumpulan register, bertugas menyimpan berbagai nilai selama operasi komputer4. PC (program counter), bertugas menyimpan alamat memori utama instruksi

Klasifikasi Arsitektur Komputer– Mesin Non Von Neumann

• Mesin ini diklasifikasikan menjadi empat kagetori oleh Flynn, yaitu:• SISD (Single Instruction stream Single Data stream)

– Sebuah prosesor tunggal menginterpretasikan aliran instruksi agar beroperasi terhadap data yang tersimpan pada sebuah memori tunggal– Mempunyai satu CPU dan CPU pada suatu saat hanya menjalankan satu instruksi (alur instruksi tunggal)

• SIMD (Single Instruction stream Multiple Data stream)– Sebuah instruksi mesin tunggal mengontrol secara simultan eksekusi sejumlah elemen pengolahan berdasarkan lock-step– Mempunyai satu CU yang beroperasi dan Mempunyai lebih dari satu PE (processor element)– CU menghasilkan kontrol untuk semua PE pada operasi yang sama– Contoh: array processor, yaitu paralellisme dengan menggunakan beberapa komponen CPU atau PE

Klasifikasi Arsitektur Komputer– Mesin Non Von Neumann

• MISD (Multiple Instruction stream Single Data stream)– Sejumlah data dikirimkan ke himpunan prosesor, dengan setiap prosesor mengeksekusi rangkaian instruksi yang berbeda– Mesin menjalankan berbagai program pada data yang sama– Kategori ini sudah tidak dikembangkan lagi

• MIMD (Multiple Instruction stream Multiple Data stream)– Sejumlah prosesor secara simultan mengeksekusi rangkaian instruksi yang berbeda pada kumpulan data yang berbeda pula– Mesin ini disebut multiprocessor, yaitu paralellisme dengan menggunakan beberapa prosesor terpisah– Setiap prosesor dapat menjalankan program berbeda dan masing masing mempunyai data sendiri

Klasifikasi Arsitektur Komputer– Arsitektur Lain

• Yang termasuk arsitektur komputer lainnya adalah special purpose machine, dimana komputer itu mempunyai fungsi khusus dan pada umumnya menggunakan arsitektur konvensional untuk aplikasi tertentu

• Contoh: mesin artificial intelligent, mesin bahasa tingkat tinggi dan prosesor penampil 3 dimensiTanya Jawab & Diskusi BAB 2STRUKTUR INTERKONEKSI KOMPUTEROrganisasi dan Arsitektur KomputerSatrio BrotoJakarta 2010Materi

Definisi BusBus KontrolSkema Interkoneksi BusPrinsip Operasi BusMaster – Slave

2

Hirarki Multiple BusPCI (Peripheral Component Interconnect)

Definisi BusBus adalah perangkat keras yang bertugas membawa informasi antar komponen suatu peralatan di antara subsistem

– Informasi yang melalui bus pada umumnya bersifat broadcast– I/O device atau memori modul dihubungkan ke bus menggunakan interface– Bus juga dapat digunakan sebagai tool untuk menentukan besar dan kompleksitas sistem

Bus KontrolBerdasarkan cara pengontrolan bus dibagi 3 jenis

– Bus Lokal– Bus Sistem– Bus Lokal yang diperluas

Bus KontrolBus Lokal

– Merupakan bagian dari peralatan yang mempergunakan dan mengontrol bus itu sendiri– Bus lokal prosesor bersifat spesifik dan tidak terdokumentasi dengan baik– Arsitekturnya cenderung bersifat tertutup (proprietary)

Bus KontrolBus Sistem

– Merupakan komponen fungsional yang independen dengan komputer– Bus sistem menghubungkan komponen utama komputer, yaitu CPU, memori dan I/O– Setiap sistem bus mempunyai sirkuit kontrol sendiri, yang disebut bus controller– Pada bus sistem mempunyai dokumentasi yang baik dan stabil sehingga dapat menggabungkan berbagai peralatan ke bus sistem tersebut

Bus KontrolBus Lokal yang diperluas

– Cara kontrolnya sama dengan bus sistem, yaitu dalam hal memberi sinyal kontrol standar selain lintasan data dan alamat– Cara kontrolnya sama dengan bus lokal dalam hal jam CPU dan pengaturan sirkuit waktu

Bus KontrolBus request

– Jalur untuk meminta penggunaan busBus grant

– Jalur untuk arbiter bus dalam memberi permisi ke bus master kepada bus yang meminta alat/deviceSkema Interkoneksi Bus

Berdasarkan skema interkoneksi bus dibagi menjadi 3 fungsi– Saluran alamat– Saluran data– Saluran kontrol

Skema Interkoneksi BusSaluran alamat

– Digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data dengan menempatkan alamatnya– Lebar bus alamat menentukan kapasitas memori maksimum sistem dan dipakai untuk mengalamati port I/O– Arah transfernya biasanya bersifat unidirectional (tidak mungkin dibalik)– Contoh transfer alamat dari program counter atau stack register ke memori

Skema Interkoneksi BusSaluran data

– Digunakan untuk lintasan perpindahan data dan instruksi antar 2 modul sistem– Jumlah saluran dikaitkan dengan lebar bus data (8, 16, 32 atau 64 bit) dan sebagai penentu kinerja sistem secara keseluruhan– Arah transfernya bersifat bidirectional (dapat bolak balik)– Contoh: transfer data, instruksi, alamat dari/ke memori, peralatan I/O atau ALU

Skema Interkoneksi BusSaluran kontrol

– Digunakan untuk mengontrol operasi pada bus data, bus alamat dan seluruh modul yang menerima sinyal kontrol dari control unit– Control bus akan membawa sinyal dari control unit ke komponen lain dan kembali ke control unit– Contoh mengontrol akses ke saluran alamat dan saluran data

Prinsip Operasi BusOperasi mengirim data ke modul

– Operasi ini pada prinsipnya hanya ada 2 tahap, yaitu:Meminta penggunaan busApabila disetujui, modul akan mengirimkan data ke modul yang dituju

Operasi meminta data dari modul lainnya– Operasi ini pada prinsipnya menggunakan 3 tahap, yaitu:

Meminta penggunaan busMengirimkan request ke modul yand dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuaiMenunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan

Master - SlaveDalam melakukan transaksi bus, akan ada bagian yang memulai transaksi (disebut master) dan meresponse transaksi (disebut slave)

– Master adalah bagian yang mengeluarkan perintah dan alamat– Slave akan meresponse alamat dengan

Mengirim data ke master apabila master meminta dataMenerima data dari master apabila master akan mengirim data

Master - SlaveBus master dapat mentransfer data melalui bus sistem asal diijinkan oleh arbiter busMetode Arbitrasi (pengontrol bus)

– Tersentralisasi, adalah menggunakan perangkat hardware (pengontrol bus atau arbiter) yang bertanggung jawab atas alokasi waktu pada bus– Terdistribusi, adalah setiap modul terdiri dari access control logic dan modul-modul bekerja sama untuk memakai bus bersama-sama (tidak terdapat kontrol sentral)

Hirarki Multiple BusHirarki Multiple Bus

Bila perangkat yang terhubung ke bus jumlahnya sangat banyak, kinerjanya menurun, sebab:– Perangkat yang banyak menyebabkan delay propagasinya tinggi– Antrian penggunaan bus semakin panjang– Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data

Hirarki Multiple Bus

3

Solusi penyelesaiannya adalah menambah bus berkecepatan tinggi yang terintegrasi dengan sistem yang disebut arsitektur mezzanine– Arsitektur ini merupakan arsitektur bus jamak dengan pembagian sbb:

Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi. Modul ini mempunyai karakteristik pertukaran data yang sangat tinggiPada arsitektur berkinerja tinggi, modul-modul I/O diklasifikasikan menjadi 2, yaitu:

– Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi– Memerlukan transfer data berkecepatan rendah

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggiModul yang tidak memerlukan transfer data cepat, disambungkan pada bus ekspansi

Hirarki Multiple BusPERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT

Merupakan bus yang tidak tergantung prosesor dan berbandwidth tinggi serta dapat berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheralPCI menggunakan slot bus, sehingga modul I/O yang mudah dipasang dan dilepas

– PCI dirancang untuk memenuhi kebutuhan I/O system modern namun ekonomis– PCI spesifikasi teknis dibuka untuk public sehingga tetap kompatibel– PCI dirancang untuk mendukung konfigurasi berbasis mikroprosesor tunggal maupun banyak– PCI memanfaatkan timing sinkron– PCI menggunakan pola arbitrasi tersentralisasi– Bridge / memori controller sebagai buffer data sehingga kecepatan bus PCI berbeda dengan kemampuan I/O prosesor– Transfer data di PCI merupakan transaksi tunggal yang terdiri dari sebuah fase alamat dan satu atau lebih fase data

Tanya Jawab & Diskusi BAB 3MEMORI INTERNALOrganisasi dan Arsitektur KomputerSatrio BrotoJakarta 2010Materi

Definisi Memori InternalHirarki MemoriSatuan MemoriOrganisasi MemoriJenis MemoriKoreksi ErrorSistem Memori UtamaMemori CacheParameter Unjuk Kerja Memori

Definisi Memori InternalMemori adalah bagian dari komputer tempat program dan data disimpan

– Memori internal adalah memori yang dapat diakses langsung oleh prosesorMemori internal meliputi :

– RegisterRegister berada di dalam chip prosesorRegister digunakan sebagai memori sementara dalam perhitungan dan pengolahan data dalam prosesor

– Cache memoriCache memori berada di luar prosesorCache memori merupakan buffer berkecepatan tinggi intermediate antara prosesor dan memori utama

– Memori utamaMemori utama juga berada di luar prosesorProsesor dapat mengakses langsung ke dalam memori utama

Hirarki MemoriTiga karakteristik kunci memori, yaitu harga, kapasitas dan waktu akses menjadi penentu hirarki memoriSemakin menurun hirarki di atas berarti:

– Penurunan harga per bit– Peningkatan kapasitas– Peningkatan waktu akses– Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU

Satuan MemoriSatuan pokok memori adalah digit biner yang disebut bit

– Bit dapat berisi bilangan 0 atau 1Memori juga dinyatakan dalam byte

– Dimana 1 byte = 8 bitKumpulan byte dinyatakan dalam word

– Panjang word yang umum adalah 8, 16 dan 31 bitBerikut ini adalah tingkatan satuan memori yang lebih tinggi

– Kilobyte (Kb)1 Kb = 1.024 byte

– Megabyte (Mb)1 Mb = 1024 Kb = 1.048.576 byte

– Gigabyte (Gb)1 Gb = 1024 Mb = 1.073.741.824 byte

– Terabyte (Tb)1 Tb = 1024 Gb = 1.099.511.627.776 byte

Organisasi MemoriBerikut ini adalah contoh membuat memori 2 Mb dengan 8 bit data menggunakan chip RAM 256 Kb x 4 bit

– Chip RAM kapasitas 256 Kb x 4 bit untuk menjadi 2 Mb x 8 bit diperlukan 8 pasang chip– Setiap chip mempunyai 18 jalur alamat (218 = 256 Kb)– Keseluruhan memori perlu 21 jalur alamat, maka untuk sirkuit high order interleave adalah– 18 bit alamat low order terhubung ke semua chip– 3 bit high order ke selector

Organisasi MemoriOrganisasi Memori

4

Organisasi memori dapat dibagi menjadi 2 sistem, yaitu– Sistem high order interleave

Berarti setiap bank berisi blok alamat yang berurutanSehingga setiap peralatan (CPU dan channel) menggunakan bank memori yang berbeda untuk program dan data, maka semua bank dapat mentransfer data secara serentak

– Sistem low order interleaveBerarti alamat yang berurutan berada pada bank memori yang terpisahSehingga setiap alat perlu mengakses keempat bank selagi menjalankan program atau transfer dataDan ini menyebabkan konflik memori jika mengakses ke bank memori yang sama (kelemahannya)

Jenis MemoriRead Only Memory (ROM)

– Adalah memori yang dapat dibaca dan tidak dapat ditulis oleh CPU– ROM berisi microprogramming, subroutine, program sistem dan tabel fungsi– Jenis ROM adalah

PROM (Programmable ROM)EPROM (erasable PROM) EEPROM (electrically erasable PROM)

Jenis MemoriMemori Read/Write (Random Access Memory = RAM)

– Adalah memori yang dapat untuk membaca data dari memori dan dapat menulis data baru ke memori secara mudah dan cepat. Pembacaaan dan penulisan menggunakan sinyal listrik

– Klasifikasi sifat fisik memori yang dapat di read/write adalahStatic vs dynamic

– Static RAM (SRAM), artinya setiap word bila telah ditulis tidak perlu lagi dimanipulasi lagi untuk menyimpan nilainya. Memori ini dibentuk dari flip flop menggunakan arus kecil untuk memelihara tingkat logikanya.

– Dynamic RAM (DRAM), artinya muatan atau isi memori selalu berubah, sehingga perlu sirkuit pembangkit untuk membangkitkan kembali muatan setiap 4 ms (timing 1990). Memori ini menggunakan kapasitor bersama dengan transistor

Volatil vs non volatil– Memori dikatakan volatil jika memerlukan sumber daya terus menerus untuk menyimpan nilainya. Contoh SRAM dan DRAM– Non volatil artinya memori tidak harus memerlukan sumber daya terus menerus untuk menyimpan nilai di dalamnya. Contoh memori inti magnetis

Read destructif vs read non destructif– Memori mempunyai read destructif bila dalam proses membaca word memori juga menghancurkan nilainya. Contoh DRAM, akan mengeluarkan muatan

kapasitor– Read non destructif terjadi bila dalam proses pembacaan word memori tidak menghancurkan nilainya. Contoh: SRAM dan ROM

Dapat dikeluarkan (removable) vs dukungan permanen– Removable memories adalah memori yang elemen aktifnya dapat dikeluarkan dari sistem hardware. Contoh: RAM dan sebagian harddisk yang non

removable– Non removable memories adalah memori yang terdiri atas komponen yang seluruhnya secara fisik tidak dapat dikeluarkan. Contoh: floppy disk dan pita

tapeKoreksi Error

Dalam melaksanakan fungsi penyimpanan, memori semikonduktor dimungkinkan mengalami kesalahanKesalahan dapat dikelompokkan menjadi 2

– Kesalahan berat biasanya merupakan kerusakan fisik memori– Kesalahan ringan biasanya berhubungan dengan data yang disimpan

Untuk mengoreksi kesalahan data yang disimpan diperlukan 2 mekanisme– Mekanisme pendeteksian kesalahan– Mekanisme perbaikan kesalahan

Kode Hamming merupakan mekanisme pendeteksian kesalahan dengan menambahkan data word (D) dengan satu kode, biasanya bit cek paritas (C). Sehingga data yang disimpan memiliki panjang D + C

Kode HammingTabel Penambahan bit cek paritas untuk kode Hamming

Kasus 8 bitKode Hamming

Dengan Exclusive OR (XOR) akan dijumlahkan sbb:C1 = D1 Å D2 Å D4 Å D5 Å D7C2 = D1 Å D3 Å D4 Å D6 Å D7C4 = D2 Å D3 Å D4 Å D8C8 = D5 Å D6 Å D7 Å D8

Adanya Kode Hamming berdampak– Meningkatkan reliabilitas bagi memori– Menambah kompleksitas pengolahan data– Menambah kapasitas memori– Kapasitas penyimpanan akan berkurang

Sistem Memori UtamaUntuk meningkatkan unjuk kerja komputer sangat dipengaruhi oleh sistem memori utama, yaitu:

– MultiprogrammingTeknik yang dipergunakan oleh sistem komputer agar dapat melayani dua atau lebih program sekaligus dalam pelaksanaan prosesMultiprogramming merupakan salah satu cara untuk meningkatkan unjuk kerja (utilisasi) CPU

– Virtual MemoriDigunakan untuk menjalankan program yang ukurannya lebih besar dari ukuran memori fisik komputerSO hanya memuat sebagian program pada suatu saat

– Memori cacheBuffer berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data yang diakses pada saat itu dan data yang berdekatan dalam memori utama (berisi salinan sebagian memori utama)Operasional dari memori cache diatur oleh hardware dan tanpa ada kontrol dari software

Memori CacheCache biasanya menggunakan SRAM berkecepatan tinggi dan data yang mengisinya adalah salinan dari memori utama yang terpilihAdanya memori cache karena program cenderung mengakses data/kode yang baru saja ditempatkan dekat memori (principle of locality of reference), yaitu:

– Program cenderung menjalankan instruksi berurutan dan lokasi memori yang berdekatan– Loop di program biasanya menjalankan kelompok instruksi berdekatan secara berulang– Kebanyakan compiler menyimpan array dalam blok lokasi memori bersebelahan dan program mengakses elemen array secara urut

5

– Compiler biasanya menempatkan item data yang tidak berhubungan ke segmen data sehingga akses data yang tidak berhubungan cenderung terlokalisasi dalam segmenMemori Cache

Struktur Organisasi Cache, terdiri atas dua sub sistem pokok, yaitu – Memori cache, menyimpan dan mengantar data– Address tag, menyimpan alamat dan menimbulkan kesesuaian data yang diminta

Tag menunjukkan alamat fisik data di memori utamaUkuran Cache

– Kecil, sehingga harga rata-rata keseluruhan per bit mendekati harga memori utama. Dan waktu akses memori utama rata-rata keseluruhan mendekati cache. Contoh Intel Celeron 1998 dengan kinerja sangat buruk

– Besar, cenderung lebih lambat. Contoh AMD K5 dan K6 dengan cache 1 MB namun kinerjanya tidak bagus.– Ukuran cache optimum adalah berkisar antara 1 – 512 Kb

Memori CacheTeknik pemetaan memori cache dibagi menjadi 4 cara, yaitu

– Cache dipetakan langsung (direct mapped cache)Adalah teknik yang memetakan setiap blok memori utama ke sebuah saluran cache sajaPemetaan cara ini adalah membagi memori utama menjadi K kolom dengan ada N refill line per kolomnya

– Pemetaan cache asosiatif (fully associative cache)Adalah teknik yang memetakan setiap blok memori utama ke sembarang saluran cache yang ada

– Cache set asosiatifMerupakan gabungan antara pemetaan cache asosiatif dengan pemetaan langsung

– Cache yang dipetakan ke sektorCache dapat memetakan sembarang sektor memori utama ke dalam sembarang sektor cache dan cache secara logis menggunakan memori asosiated untuk menjalankan pemetaan

Memori CacheOperasi Baca

– CPU akses ke memori maka sistem penyimpanan mengirim alamat fisik ke cache– Cache membandingkan alamat itu dengan alamat semua tagnya untuk mengetahui ada/tidaknya copy data– Jika cache mempunyai salinan data, maka cache akan membaca dan mengirimnya ke CPU disebut cache hit.– Jika cache tidak mempunyai salinan data, maka terjadi cache miss dan cache meneruskan alamat ke memori utama untuk membaca data itu– Data dari memori utama akan disalin ke cache dan CPU– Sementara CPU mengaksesnya cache akan membaca data tambahan (operasi cache dan CPU bersifat parallel) dan CPU kemungkinan besar akan meminta data baru

Memori CacheOperasi Tulis

– CPU akses ke memori maka sistem penyimpanan mengirim alamat fisik ke cache– Cache membandingkan alamat itu dengan alamat semua tagnya untuk mengetahui ada/tidaknya copy data– Jika lokasi yang sedang ditulis dalam memori ada di cache maka cache hit dan cache mengupdate copy nilainya– Jika cache langsung update data baru ke memori utama disebut write-throung cache– Jika cache menyimpan data sebelum update disebut write-back cache (posted write)– Dirty cell merupakan sel memori utama yang mempunyai tampilan uptodate dalam cache dan cache sendiri belum diupdate (menunggu posted write)– Jika lokasi memori tidak ada di cache, cache melakukan write-around cache, yaitu mengirim data ke memori dan tidak melakukan apa-apa

Parameter Utama Unjuk Kerja MemoriAccess Time

– Memori akses random, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis– Memori akses non random, waktu akses adalah waktu yang dibutukan dalam melakukan mekanisme baca atau tulis pada lokasi tertentu

Memory cycle time– Adalah gabungan antara waktu akses ditambah waktu yang diperlukan transient agar hilang pada saluran sinyal. Konsep ini digunakan pada RAM

Transfer rate– Adalah kecepatan transfer data ke unit memori atau dari unit memori

Tanya Jawab & Diskusi BAB 4MEMORI EKSTERNALOrganisasi dan Arsitektur KomputerSatrio BrotoJakarta 2010Materi

Definisi Memori Eksternal Magnetic Disk Disk Array Optical Disk Pita Magnetic

Definisi Memori Eksternal Memori adalah memori yang diakses prosesor melalui peralatan I/O

Memori eksternal biasanya mempunyai kapasitas yang lebih besar daripada memori internal Memori eksternal meliputi :

Magnetic disk Disk Array Optical disk Pita Magnetic

Magnetic Disk (1) Disk merupakan piringan bundar yang terbuat dari logam atau plastik yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi Data direkam dan dibaca kembali di permukaan disk dengan menggunakan kumparan pengkonduksi (conducting coil) yang dinamakan head Selama operasi baca dan tulis head bersifat stasioner sedangkan piringan berputar di bawahnya

Magnetic Disk (2) Permukaan disk dibagi atas sejumlah cincin yang konsentris yang disebut track Track pada jarak tertentu dengan kumparan disebut silinder Setiap track lebarnya sama dengan lebar head Track berdekatan dipisahkan oleh gap

Gap berfungsi untuk mencegah error yang terjadi akibat melesetnya head atau interferensi medan magnit Setiap track mempunyai bit yang jumlahnya sama Density (kerapatan) adalah jumlah bit per inchi Setiap track terbagi menjadi blok kecil (besarnya 256 - 4096 byte) yang disebut sector Sector yang berdekatan dipisahkan oleh gap inter record

Gap inter record berfungsi untuk menghindarkan persyaratan ketepatan yang tidak diinginkan pada sistem Untuk mengidentifikasi track dan sector diperlukan format terhadap disk

Magnetic Disk (3)6

Sector yang dekat dengan titik pusat disk ukurannya lebih pendek dibanding sector yang jauh dari pusat disk Untuk mengatasi perbedaan itu dilakukan dengan mengatur besar ruang antar 2 bit informasi pada sector Sehingga informasi dapat dibaca dengan kecepatan yang sama, disebut constant angular velocity (CAV)

Keuntungan CAV adalah blok data dapat dialamati secara langsung oleh track dan sector Kerugian CAV adalah jumlah data yang tersimpan sama untuk sektor dekat maupun yang jauh dari pusat disk

Magnetic Disk (4)Disk Array (1)

RAID (Raduncancy Array of Independent Disk) adalah organisasi disk memori yang mampu menangani beberapa disk dengan sistem akses paralel dan redudansi ditambah untuk meningkatkan reliabilitas

RAID mempunyai 3 karakteristik, yaitu RAID merupakan sekumpulan disk drive yang oleh sistem operasi sebagai drive logic tunggal Data didistribusikan ke drive fisik array Kapasitas redundant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recoverability data ketiga terjadi kegagalan disk

Disk Array (2) Pola RAID terdiri dari 6 tingkat, namun tingkatan ini tidak mengartikan hubungan hirarkis

RAID Tingkat 0 : Non Redundant RAID Tingkat 1 : Mirrored RAID Tingkat 2 : Redundancy Through Hamming Code RAID Tingkat 3 : Bit Interleaved Parity RAID Tingkat 4 : Block-Level Parity RAID Tingkat 5 : Block-Level Distributed Parity

RAID Tingkat 0 : Non Redundant Data pengguna dan data sistem didistribusi keseluruh disk pada array dan data di-strip melalui disk Disk dibagi menjadi strip-strip yang berupa blok, sector atau unit lain secara fisik Strip dipetakan secara round robin ke anggota array yang berurutan

RAID Tingkat 1 : Mirrored RAID 1 redundansi diperoleh dengan menduplikasi seluruh data RAID 1 juga menggunakan data stripping, namun setiap strip logic dipetakan ke dua buah disk yang secara logic terpisah Sehingga setiap disk pada array mempunyai mirror disk yang berisi data sama

RAID Tingkat 2 : Redundancy Through Hamming Code RAID 2 menggunakan teknik akses paralel, dimana seluruh anggota disk berpartisipasi dalam mengeksekusi setiap permintaan baca / tulis RAID 2 menggunakan stripping data, yang berukuran kecil (1 byte atau 1 word) Kode error correctionnya dihitung melalui semua bit yang bersangkutan pada setiap disk data dan bit-bit kode disimpan ke posisi bit yang bersangkutan di disk paritas yang berjumlah

banyak Umumnya kode Hamming yang dapat mengoreksi error bit tunggal dan mendeteksi error bit ganda

RAID Tingkat 3 : Bit Interleaved Parity RAID 3 juga menggunakan teknik akses parallel RAID 3 menggunakan stripping data, yang berukuran kecil (1 byte atau 1 word) Secara umum sama dengan RAID 2 hanya membutuhkan disk redundan tunggal yang tidak tergantung besar array Kode error correction tidak dihitung, melainkan menggunakan bit parity sederhana

RAID Tingkat 4 : Block-Level Parity Merupakan teknik akses yang independen, sehingga setiap disk anggota dapat beroperasi secara independen sehingga permintaan baca tulis dilayani secara parallel Ukuran strip relatif besar Strip paritas bit per bit dihitung ke seluruh strip yang berkaitan pada setiap disk data dan bit paritas disimpan di dalam strip yang berkaitan pada disk paritas Isi sembarang strip data di salah satu disk data dapat diturunkan dari isi strip disk lainnya dalam array (sama RAID 3)

RAID Tingkat 5 : Block-Level Distributed Parity Merupakan teknik akses yang independen, sehingga setiap disk anggota dapat beroperasi secara independen (baca tulis dapat parallel) Ukuran strip relatif besar Paritas di RAID 5 mendistribusikan strip paritasnya ke seluruh disk Isi sembarang strip data di salah satu disk data dapat diturunkan dari isi strip disk lainnya dalam array (sama RAID 3)

Optical Disk Empat sistem optical disk yang mengalami peningkatan penggunaannya di komputer

CD-ROM (Compact Disk Read-Only Memory) Adalah disk yang tidak dapat dihapus untuk menyimpan data komputer

Erasable Optical Disk Adalah disk yang menggunakan teknologi optik namun dapat dihapus dan ditulisi ulang dengan mudah

DVD (Digital Versatile Disk)CD-ROM (1)

CD dan CD-ROM keduanya menggunakan teknologi sama dan dibuat dari resin (seperti polycarbonate) yang dilapisi permukaan yang sangat reflektif (biasanya aluminium) serta dilindungi dengan lapisan bening

Informasi direkam secara digital sebagai kumpulan lubang mikroskopis pada permukaan reflektif dengan menggunakan sinar laser berintensitas tinggi Informasi dibaca dengan laser berintensitas rendah yang menyinari permukaan CD atau CD-ROM yang berputar

CD dan CD-ROM menggunakan track spiral tunggal bersambung (seperti obat nyamuk bakar) Segmen dibaca dengan kecepatan sama dengan memutar disk dengan kecepatan berbeda disebut constant linear velocity (CLV)

Disk berputar lebih lambat untuk mengakses segmen yang dekat dengan pusat disk Jadi kapasitas track dan delay rotasional akan membesar pada segmen yang jauh dari pusat disk

CD-ROM (2) Kapasitas CD-ROM dihitung dari radius perekaman 32,55 mm = 32.550 mikron Penspasian track ukurannya 1.6 mikron Maka total track = 32.550 / 1.6 = 20.344 track Dengan panjang track adalah 5,27 km Kecepatan linear 1,2 meter/detik, maka menghasilkan 4391 detik atau 73,2 menit Kecepatan aliran data 176,4 Kb/detik maka kapasitas CD-ROM ialah 774,57 Mb

Erasable Optical Disk Menggunakan teknologi magneto-optis, yaitu sinar laser digunakan bersama dengan medan magnet untuk merekam dan menghapus informasi dengan membalikkan kutub magnetik pada

daerah kecil pada disk yang dilapisi bahan magnetis Pada penulisan, laser memanasi titik tertentu dan medan magnet dapat mengubah arah titik sementara temperaturnya ditingkatkan Pada pembacaan, arah medan magnet dapat dideteksi dengan sinar laser yang terpolarisasi

DVD Desain DVD sama dengan CD biasa DVD dibuat dari policarbonat 1,2 mm yang berisi pit dan land, disinari dioda laser dan dibaca oleh foto-detector DVD mempunyai kapasitas lebih besar dibanding CD Hal-hal yang baru di DVD adalah sbb:

Pit-pit lebih kecil (0,4 mikron atau setengah CD biasa) Spiral lebih rapat (0,74 mikron sedamg CD biasa 1,6 mikron) Menggunakan teknologi laser merah dengan ukuran 0.65 mikron (CD biasa 0.78 mikron) Untuk mengantisipasi penggunaan CD dengan DVD beberapa produsen menggunakan teknologi laser ganda atau teknologi lain agar keduanya dapat kompatibel

7

Pita Magnetic (1) Media pita terbuat dari mylar lentur yang dilapisi oksida magnet Berdasarkan bentuk dan ukurannya media pita dibagi menjadi 2

Reel (0,5 inchi) Cartridge (0,25 inchi dan 0,5 inchi)

Kepadatan pita (density) adalah jumlah byte (karakter) per inchi Density diukur dengan BPI (Byte per inchi), yaitu 800, 1600, 6250,…,77000 bpi

Panjang pita diukur menggunakan satuan per feet Contoh : 600, 1200, 2400 feet

Kapasitas pita magnetik dihitung berdasarkan density x panjang Contoh : 180 MB, 250 MB, 1 GB, 2 GB dll

Kapasitas pita magnetik berdasarkan kepada: Kepadatan pita Celah antara rekaman Panjang gulungan (biasanya 2400 kaki)

Pita Magnetic (2) Media pita berbentuk track paralel yang merupakan alur tempat data direkam. Jumlah track adalah:

Pita lama (Reel 0,5 inchi) umumnya 9 track. Data 1 byte disimpan di 8 track dan 1 track sebagai bit paritas Pita baru (Cartridge 0,5 inchi) umumnya 36 track Pita baru (Cartridge 0,25 inchi) umumnya 4-5 track

Cara perekaman data menggunakan kode ASCII atau EBCDIC Data dibaca dan ditulisi dalam bentuk blok contingous yang disebut physical record

Data yang disimpan di pita magnetik berbentuk blok atau record Setiap blok dipisahkan oleh celah (gab) sebesar 0,6 inchi yang disebut inter-record gap

Cara mengakses data adalah sequential Tanya Jawab & Diskusi BAB 5PERANGKAT EKSTERNALArsitektur dan Organisasi KomputerSatrio BrotoJakarta 2010Materi

Pendahuluan Peralatan I/O Fisik Modul I/O I/O Terprogram Interrupt-Driven I/O Direct Memory Access Interface Eksternal

Pendahuluan Sistem I/O meliputi

Peralatan I/O Fisik (Periferal) Peralatan yang benar-benar menjalankan fungsi I/O

Modul I/O (Interface I/O) Penghubung antara CPU dengan peralatan I/O fisik dan mengontrol peralatan I/O fisik

Mengapa peralatan I/O tidak dihubungkan langsung ke bus ? Beraneka ragam periferal dengan bermacam metode operasi Transfer data periferal lebih lambat dibanding transfer data memori/CPU Periferal sering menggunakan format data dan panjang word berbeda dengan komputer

Peralatan I/O Fisik (1) Dibagi menjadi 3 kategori

Human-readable Contoh: VDT dan Printer

Machine-readable Contoh: Sistem disk dan pita magnetic

Communication Contoh: terminal dan komputer lain

Peralatan I/O Fisik (2) Sifat Peralatan I/O Fisik secara umum:

Interface ke modul I/O dalam bentuk kontrol, status dan data Control logic berkaitan dengan perangkat yang mengontrol operasi perangkat dalam memberikan response yang berasal dari modul I/O Transducer, mengubah data dari energi listrik menjadi energi lain (output) dan mengubah energi lain menjadi energi listrik (input) Buffer, untuk menampung sementara data yang ditransfer

Peralatan I/O Fisik (3) Peralatan I/O Fisik yang diakses CPU

Peralatan Storage Peralatan ini terdiri dari perangkat pertukaran data, kontrol dan status serta perangkat elektronik untuk mengontrol mekanisme baca/tulis disk

Printer Interface CPU dan I/O pengontrol printer dengan mengirim 2 jenis informasi

Informasi kontrol, untuk memberitahu printer apa yang akan dikerjakan, misalnya mengeluarkan page, bergerak ke baris berikutnya dll. Data, untuk memberitahu printer mengenai apa yang akan dicetak, biasanya dengan karakter ASCII (text) atau grafik.

Keyboard / Monitor Unit dasar pertukaran data adalah karakter. Karakter berkaitan dengan kode yang panjangnya 7 atau 8 bit. Contoh kode ASCII

Peralatan I/O Lain Mouse, Track ball dan Digitizing tablet adalah peralatan input yang mempunyai kecepatan lambat

Modul I/O (1) Fungsi modul I/O dapat dibagi menjadi 5 kategori

Kontrol dan pewaktuan (timing) Mengkoordinasikan arus lalu-lintas sumber daya internal (memori dan bus sistem yang dipakai bersama oleh sejumlah aktifitas) dan eksternal (peralatan I/O itu

sendiri) Komunikasi CPU

Modul I/O menerima perintah dari CPU Data dipertukarkan antara CPU dengan modul I/O melalui bus data Mengetahui status peralatan I/O yang lambat Mengetahui alamat seluruh peralatan I/O

Komunikasi perangkat Modul I/O menangani komunikasi yang meliputi perintah, status dan data

8

Data buffering Modul I/O mampu beroperasi (menyesuaikan data) dengan perbedaan kecepatan peralatan I/O (lambat) dengan memori & CPU (cepat)

Deteksi error Modul I/O memeriksa parity untuk mendeteksi error dan melaporkan terjadinya error ke CPU

Modul I/O (2) Modul dihubungkan dengan bagian komputer lain melalui bus sistem komputer dengan 3 saluran, yaitu data, alamat dan kontrol Data dipindah ke modul dan modul dibufferkan ke data register Register status digunakan untuk menginformasikan status dan berfungsi sebagai register kontrol untuk menerima informasi kontrol dari CPU I/O logic modul berinteraksi dengan CPU melalui saluran kontrol Saluran ini digunakan CPU untuk mengontrol modul I/O Setiap modul I/O memiliki alamat unik dan bila modul I/O mengontrol lebih dari satu perangkat I/O, maka terdapat sekumpulan alamat unik

Modul I/O (3) Ada tiga teknik yang digunakan dalam operasi dan output, yaitu:

1. I/O Terprogram atau CPU-controlled I/O (I/O yang dikontrol CPU)2. Interrupt-driven I/O3. Direct Memory Access (DMA)

I/O Terprogram (1) CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung, termasuk status perangkat pengindera, pengiriman perintah baca/tulis dan pemindahan data

Jadi CPU selalu mengontrol peralatan I/O, maka disebut CPU-controlled I/O (I/O yang dikontrol CPU) I/O terprogram mempunyai kelemahan, yaitu

CPU menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan oleh modul I/O sehingga akan membuang waktu CPU Modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap instruksi yang diberikan Seluruh proses menjadi tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan

I/O Terprogram (2) CPU, memori utama dan I/O menggunakan bus umum bersama, dengan 2 mode pengalamatan

Memory-mapped I/O (I/O yang dipetakan memori) I/O diberikan alamat di memori, sehingga I/O device membaca & menulis ke memori dengan jalur kontrol Komputer mencadangkan alamat memori tertentu dalam ruang alamat memori untuk mengontrol peralatan interface I/O Sehingga alamat port I/O sebenarnya adalah alamat lokasi memori utama dan bersifat eksklusive

Isolated memory (memori yang terisolasi) Artinya ruang alamat bagi I/O diisolasi dari ruang alamat bagi memori Diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output Port I/O hanya dapat diakses dengan perintah I/O khusus, yang akan mengaktivasi saluran perintah I/O pada bus Keuntungannya adalah instruksi I/O lebih sedikit

Interrupt-Driven I/O (1) Kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori hingga pelaksanaan isi perintah tersebut Sehingga Interrupt I/O masih menghabiskan waktu CPU dalam jumlah banyak, karena setiap word data yang berangkat dari memori ke modul I/O atau dari modul I/O ke memori harus

melewati CPU terlebih dahulu Namun dengan teknik ini, CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus dan tidak ada waktu tunggu bagi CPU

Interrupt-Driven I/O (2) Cara kerja Interrupt Driven I/O adalah sbb

• Modul I/O menerima perintah (misal read)• Modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari periferal dan meletakkan paket data ke register data modul I/O• Modul I/O mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU melalui saluran kontrol• Modul menunggu datanya diminta CPU• Saat permintaan terjadi, modul meletakkan data pada bus data• Modul siap menerima perintah selanjutnya

Direct Memory Access (1) DMA adalah hardware yang secara langsung mengontrol transfer data ke dan dari memori utama Modul DMA berfungsi menggantikan CPU menggunakan I/O terprogram untuk pertukaran data antara I/O dengan modul I/O CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu oleh interupsi CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan akhir proses saja

Direct Memory Access (2)Cara kerja protocol DMA

1. CPU menciptakan program channel dan memuatnya ke memori alamat P2. Kemudian menjalankan instruksi START I/O ke channel dan memberinya ke alamat program channel P. Sekarang CPU dapat melakukan tugas lain sampai langkah 53. Channel memuat PC (nilai P) dan menjalankan program channel tanpa campur tangan CPU4. Program channel mengontrol peralatan I/O yang mentransfer data yang dibutuhkan secara langsung dari tape drive ke memori utama5. Jika sudah selesai, channel menginterupsi CPU untuk memberitahu tugas telah selesai

Interface Eksternal (1) Interface dari modul I/O ke peralatan I/O fisik dapat dibagi menjadi 2

• Serial Hanya satu saluran yang menghubungkan antara modul I/O ke peralatan I/O Sehingga bit-bit harus ditransmisikan satu per satu Interface serial digunakan untuk terminal dan komunikasi

• Paralel Terdapat sejumlah saluran yang menghubungkan antara modul I/O ke peralatan I/O Sejumlah bit ditransmisikan secara simultan Interface paralel digunakan untuk peralatan I/O berkecepatan tinggi Contoh tape dan disk

Interface Eksternal (2) Koneksi antara modul I/O dengan peralatan I/O eksternal dapat berbentuk

• Point to point Interface point to point memiliki saluran dedicated antara modul I/O dengan peralatan I/O Contoh : saluran ke keyboard, printer dan modem eksternal

• Multipoint Digunakan untuk mendukung peralatan penyimpanan berukuran besar (disk drive dan tape) dan perangkat multimedia (CD-ROM, video, audio) Multipoint dikendalikan bus eksternal

Interface Eksternal (3) Contoh interface untuk peralatan I/O eksternal

• IDE (Integrated Drive Electronics) IDE merupakan interface yang paling popular untuk penghubung antara harddisk ke komputer Nama teknis sebenarnya adalah AT Attachment (ATA) yang dibuat untuk komputer IBM AT

• SCSI (Small Computer System Interface) SCSI adalah interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio dan peralatan penyimpan eksternal berukuran besar SCSI menggunakan interface paralel dengan 8, 16 dan 32 saluran data

• P1394

9

P1394 adalah interface untuk sistem komputer dan peralatan elektronik lain seperti kamera digital dan televisi Kelebihan interface P1394 adalah menggunakan transmisi serial sehingga kabel lebih sedikit sehingga lebih murah

Tanya Jawab & Diskusi BAB 6CPUArsitektur dan Organisasi Komputer Satrio Broto Jakarta 2010Materi

Definisi CPU Set Register ALU CU

Definisi CPU• CPU merupakan komponen pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya

– CPU menjalankan program yang disimpan di memori utama dengan cara mengambil instruksi, menguji instruksi dan mengeksekusinya satu per satu sesuai alur perintah– Dalam menjalankan tugasnya, CPU mempunyai 3 komponen utama, yaitu:

• Set Register• ALU (Arithmetic & Logical Unit)• CU (Control Unit)

Set Register Adalah unit CPU yang berfungsi sebagai media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data

Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah atau data untuk pengolahan selanjutnya Organisasi register di CPU memiliki 2 fungsi

User-visible register Control dan status register

User-visible register• Adalah register yang dapat direferensikan dengan menggunakan bahasa mesin yang dieksekusi oleh CPU• User-visible register dapat dikategorikan menjadi 4, yaitu:

– General purpose• Digunakan untuk berbagai fungsi oleh pemrogram dan dapat digunakan untuk fungsi pengalamatan

– Data• Digunakan hanya untuk menampung data dan tidak dapat digunakan untuk kalkulasi atau alamat operand

– Alamat• Digunakan untuk mode pengalamatan tertentu

– Kode-kode kondisi (flag)• Digunakan untuk menampung kode kondisi yang berupa bit yang disetel perangkat keras CPU sebagai hasil operasi

Control dan status register• Adalah register yang digunakan untuk mengontrol operasi CPU

– Sebagian besar register tidak visible bagi pengguna• Register ini dibagi menjadi 4, yaitu:

– Program Counter (PC)• Berisi alamat instruksi yang akan diambil

– Instruction Register (IR)• Berisi instruksi yang terakhir diambil

– Memory Address Register (MAR)• Berisi alamat lokasi di dalam memori

– Memory Buffer Register (MBR)• Berisi word data yang akan ditulis ke memori atau word yang terakhir dibaca

Flag• Semua rancangan CPU mencakup sebuah atau sekumpulan register untuk menginformasikan status yang disebut program status word (PSW)• Field umum atau flag meliputi sbb:

– Sign, berisi bit tanda hasil operasi aritmetika terakhir– Zero, disetel bila hasil sama dengan nol– Carry, disetel bila operasi yang dihasilkan di dalam carry (penambahan) ke dalam bit yang lebih tinggi atau borrow (pengurangan) dari bit yang lebih tinggi– Equal, disetel bila hasil pembandingan logikanya sama– Overflow, digunakan untuk mengindikasi overflow aritmetika– Interrupt disable/enable, digunakan untuk mengijinkan atau mencegah interupsi– Supervisor, mengindikasi mode operasi supervisor atau mode user

ALU• Adalah unit CPU yang berfungsi menjalankan operasi aritmatika, logika dan shift seperti yang dikendaki set instruksi komputer• ALU mempunyai dua unit fungsional

– Shifter (pergeseran)– Unit aritmatika & logika

• ALU juga mempunyai 2 multiplexor– Temporary register – Set flag untuk kontrol

ALU• Status register berisi C-carry flag, V-overflow flag, N-negatif result flag, Z-zero result flag• Bus kontrol dedicated membawa sinyal kontrol dari control unit ke ALU• Bus status dedicated membawa sinyal status dari ALU ke control unit

CU• Adalah unit CPU yang bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antara komponen dalam menjalankan fungsi

operasinya• CU juga bertanggung jawab mengambil instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksinya

Operasi Dasar CU (1) Fetch instruction (penjemputan instruksi)

Artinya CU menjemput instruksi berikut dari memori PC diisi alamat instruksi diteruskan ke MAR dan ditaruh ke bus alamat CU meminta pembacaan memori dan hasilnya disalin ke MBR kemudian dipindah ke IR Kemudian PC dinaikkan 1

Execution instruction (menjalankan instruksi) Artinya CU menjalankan instruksi yang baru saja dijemput dengan cara mengenal kode instruksi dan menentukan operasi yang akan dijalankan

Gambar CUOperasi Dasar CU (2)

• Ada 2 siklus instruksi tambahan, yaitu:– Interrupt

10

• Artinya bila interupsi diaktifkan dan interupsi telah terjadi, simpan status proses saat itu dan layani interrupt• Isi PC dipindah ke MBR untuk dituliskan ke memori• Lokasi memori khusus dicadangkan untuk keperluan ini dimuat ke MAR dari CU• PC dimuat alamat rutin interrupt

– Siklus tak langsung• Artinya siklus instruksi yang melibatkan satu atau lebih operand di dalam memori dan masing-masing operand memerlukan akses ke memori• Jika IR berisi operand berarti menggunakan pengalamatan tak langsung• N bit paling kanan di MBR berisi referensi alamat, kemudian dipindah ke MAR• CU meminta pembacaan memori agar mendapat operand yang ditempatkan ke MBR

Gambar CUTanya Jawab & Diskusi

11