All Arskom PDF

Preview

Summary

ARSITEKTUR KOMPUTER Konsep Arsitektur Komputer 2 KONSEP ARSITEKTUR KOMPUTER Arsitektur Komputer Vs Organisasi Komputer •Arsitektur Komputer adalah bagian yang lebih cenderung pada kajian atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang...

Description

ARSITEKTUR KOMPUTER

Konsep Arsitektur Komputer

2

KONSEP ARSITEKTUR KOMPUTER Arsitektur Komputer Vs Organisasi Komputer •Arsitektur Komputer adalah bagian yang lebih cenderung pada kajian atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O. •Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol.

3

Konsep Arsitektur Komputer Struktur dan Fungsi Komputer
Struktur adalah susunan yang menggambarkan hubungan antar komponen dalam sebuah sistem. Contoh - Sebuah komputer memiliki struktur CPU, Main Memory , I/O dan Bus - Sebuah Magnetic Disk memiliki struktur alamat yang terdiri dari Track dan Sector .
Fungsi adalah operasi yang bisa dilakukan oleh komponen komponen sebuah sistem, Contoh: -Komputer memiliki fungsi Pemrosesan Data, Pemindahan Data, Penyimpanan Data dan Pengendalian.

4

Konsep Arsitektur Komputer Struktur Dasar Komputer Terdapat empat struktur utama: 1. Central Processing Unit (CPU), berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer. 2. Main Memory , berfungsi sebagai penyimpan data. 3. I/O, berfungsi memindahkan data dari/ke lingkungan luar atau perangkat lainnya. 4. System Interconnection, berfungsi sebagai sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

5

Konsep Arsitektur Komputer Diagram Struktur Dasar Komputer

6

Konsep Arsitektur Komputer CPU : Struktur Dasar Ada 3 bagian 1. Control Unit, berfungsi untuk mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan. 2. Arithmetic And Logic Unit (ALU), berfungsi untuk membentuk fungsi fungsi pengolahan data komputer. 3. Register, berfungsi sebagai penyimpan internal bagi CPU.

7

Konsep Arsitektur Komputer CPU : Diagram Struktur Dasar

8

Konsep Arsitektur Komputer Control Unit : Struktur Dasar Ada 3 bagian 1. Squencing Logic , adalah bagian yang berfungsi untuk menangani sinyal-sinyal pengendali, seperti sinyal: Clock , Read/Write , Interrupt Request 2. Register & Decoder, adalah bagian yang berfungsi untuk melakukan “decoding” atau penterjemahan sandi instruksi agar dapat segera di eksekusi. 3. Control Memory adalah bagian yang digunakan oleh Control Unit untuk menyimpan parameter parameter pengendalian.

9

Konsep Arsitektur Komputer Control Unit : Diagram Struktur Dasar

10

Konsep Arsitektur Komputer Fungsi Dasar Sistem Komputer Pada prinsipnya terdapat 4 fungsi operasi, yaitu : •1. Fungsi Operasi Pengolahan Data (Data Processing) •2. Fungsi Operasi Penyimpanan Data (Data Storage) •3. Fungsi Operasi Pemindahan Data (Data Movement) •4. Fungsi Operasi Kontrol (Control)

11

Konsep Arsitektur Komputer



Komputer harus dapat memproses data. Representasi data di sini bermacam–macam, akan tetapi nantinya data harus disesuaikan dengan mesin pemrosesnya. Dalam pengolahan data, Komputer memerlukan unit penyimpanan sehingga diperlukan suatu fungsi Penyimpanan data. Walaupun hasil komputer digunakan saat itu, setidaknya komputer memerlukan media penyimpanan untuk data prosesnya.




Dalam interaksi dengan dunia luar sebagai fungsi Pemindahan data diperlukan antarmuka (interface), proses ini dilakukan oleh unit Input/Output (I/O) dan perangkatnya disebut peripheral. Saat interaksi dengan perpindahan data yang jauh atau dari remote device, komputer melakukan proses komunikasi data.




Fungsi Pengendalian juga dilakukan oleh komputer, baik pengendalian internal dalam komputer itu sendiri maupun pengendalian eksternal , yaitu pengendalian peralatan lain.

12

Konsep Arsitektur Komputer Diagram Fungsi Komputer Ada 4 bagian 1. Data Movement Apparatus merupakan “interface” untuk pemindahan data 2. Data Storage Facility merupakan unit penyimpan data 3. Data Processing Facility merupakan unit untuk pemrosesan data 4. Control Mechanism merupakan pengendali utama fungsi komputer

13

Konsep Arsitektur Komputer Fungsi Pengolahan Data (1)

Langkah-Langkah 1. Data diambil dari Storage oleh Control 2. Control memberikan ke bagian Processing untuk diolah 3. Hasil olahan pada bagian Processing kemudian disimpan kembali ke Storage sebagai sebuah “result”

14

Konsep Arsitektur Komputer Fungsi Pengolahan Data (2) Langkah-Langkah 1. Data diambil dari Data Movement Apparatus oleh Control 2. Control memberikanya ke bagian Processing untuk diolah 3. Hasil olahan pada bagian Processing kemudian disimpan ke Storage sebagai sebuah “result” Sebaliknya…… Data dari Storage diambil oleh control utk diolah, setelah itu hasilnya ke Data Movement Apparatus

15

Konsep Arsitektur Komputer Fungsi Data Storage

Langkah-langkah 1. Data dari Data Movement Apparatus dipindahkan oleh Control untuk di “save” ke Memory Storage 2. Sebaliknya , data dari memory Storage dipindahkan oleh Control untuk di “write” ke Data Movement Apparatus

16

Konsep Arsitektur Komputer Fungsi Data Movement

Langkah-Langkah Data yang berasal dari Data Movement Apparatus oleh Control kemudian di kirim kembali ke bagian Data Movement Apparatus yang lain

17

Konsep Arsitektur Komputer

Terima Kasih

ARSITEKTUR KOMPUTER

Evolusi & Perkembangan Komputer

2

EVOLUSI & PERKEMBANGAN KOMPUTER Kmputer Generasi - 1 Komponen utama : Vacum Tube Contoh: ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer Berat 30 ton dan Volume 15 000 ft2 Berisi lebih dari 18.000 tabung vakum Membutuhkan daya listrik 140 kilo watt Mampu melakukan 5000 operasi penambahan perdetik

3

Evolusi & Perkembangan Komputer John Von Neumann 1. Ahli matematik yang juga salah satu konsultan pada proyek ENIAC 2. Perancang komputer EDVAC (= Electronic Discrete Variable Computer) pada tahun 1945 4. Perancang komputer IAS (= Institute for Advance Studies) di Princeton University USA , berbasis “Stored Program Concept” (1945) 5. Pencipta “Stored Program Concept” ,yaitu konsep arsitektur komputer modern yang terdiri dari 3 prinsip utama 1. Data dan Instruksi dapat disimpan didalam suatu lokasi yang disebut “memory” (read/write-memory) 2. Memory dapat diakses berdasarkan “address” lokasinya. 3. Program dieksekusi secara sekuensial atau berurutan dari satu instruksi ke instruksi berikutnya. 4

Evolusi & Perkembangan Komputer Struktur Dasar IAS-Computer Dikenal dengan sebutan “Mesin Von Neumann”

Secara garis besar , struktur dasar sebuah komputer berbasis IAS akan terdiri dari 1.Main Memory 2.I/O (=Input/Output) 3.CPU , yang terdiri dari a. ALU b. Control Unit

5

Evolusi & Perkembangan Komputer Rincian Struktur IAS-Computer





1000 x 40 bit words
Binary number
2 x 20 bit instructions Set of registers (storage in CPU)
Memory Buffer Register(MBR)
Memory Address Register(MAR)
Instruction Register(IR)
Instruction Buffer Register(IBR)
Program Counter(PC)
Accumulator(AC)
Multiplier Quotient(MQ)

6

Evolusi & Perkembangan Komputer Format dasar instruksi Komputer IAS : 1. Fetch 2. Decode 3. Execute ( Operand Fetch dan Execute )

Instruksi Komputer IAS 1. Data Transfer 2. Unconditional Branch 3. Conditional Branch 4. Arithmatic 5. Address Modify. Memory pada IAS terdiri dari 2 instruksi yaitu Left Instruction (LI) dan Right Instruction (RI) hal ini merupakan dasar dari konsep “look forward” pada generasi saat ini. Kelemahan dari LI dan RI jika digunakan pada komputer era saat ini adalah adanya bagian instruksi yang tidak terbaca pada saat suatu subroutine di jalankan. 7

Evolusi & Perkembangan Komputer Komputer Generasi Ke - 2 Spesifikasi: 1. Komponen utama : Transistor 2. Kecepatan proses lebih tinggi 3. Kapasitas penyimpanan data / instruksi yang lebih besar 4. Ukuran lebih kecil 5. Daya operasional dan dimensi fisik yang makin kecil. 6. Menggunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi. 7. Diperkenalkannya Multiplexor yang berfungsi sebagai I/O Processor. 8. Terjadinya pemisahan antara internal instruction dan external instruction. 9 Komunikasi antara CPU dan I/O Controller menggunakan teknik interupsi. 10. Contoh : IBM seri 7000 seperti IBM 7090, IBM 7094 I, IBM 7094 II

8

Evolusi & Perkembangan Komputer Komputer Generasi ke-3 Spesifikasi: 1. Komponen utama : Integrated Circuit dari kelas SSIC dan MSIC 2. Integrated Circuit yang digunakan adalah : Small Scale Integrated Circuit ( SSIC ) Medium Scale Integrated Circuit ( MSIC ) 3. Memory yang digunakan : semikonduktor 4. Teknology mikroelektronika sudah mulai dibentuk → gate dan memory Cell (flip flop). 5. Dari gate dan memory Cell maka terbentuklah 4 fungsi dasar dari sistem komputer. a. Data Storage → memory cell. b. Data Processing → gate. c. Data Transfer → memory cell dan gate. d. Control

→ gate. 9

Evolusi & Perkembangan Komputer 6. I/O Processor menalami perubahan : a. Selector Channel → untuk I/O kecepatan tinggi. b. Multiplexer Channel → untuk I/O yang kecepatan sedang 7.Diperkenalkannya sistem akses langsung ke memory yaitu DMA ( Direct Memory Access ) Contoh : IBM System 360, DEC PDP - 8

Komputer Generasi Ke-4 1. Komponen utama : Integrated Circuit 2. Integrated Circuit yang digunakan adalah LSIC ( Large Scale Integrated Circuit ) 3. Mulai diperkenalkan teknologi mikroprosesor 4. Penggunaan Operating System yang lebih baik 5. Memory semikonduktor telah mencapai kerapatan yang tinggi → RAM dan ROM 6. Diperkenalkannya konsep jaringan. 10

Evolusi & Perkembangan Komputer Komputer Generasi Ke- 5 Spesifikasi: 1. Komponen utama : Integrated Circuit 2. Integrated Circuit yang digunakan adalah VLSIC (Very Large Scale Integrated Circuit) 3. Perkembangan perangkat lunak kearah grafis dan animasi. 4. Mulai diperkenalkannya aplikasi desktop 5. Adanya perkembangan dari teknologi microprocessor, contoh INTEL : 8008 8080 8085 8086 / 8088 80286 80386 80486 Pentium (80586) 11

Evolusi & Perkembangan Komputer

Tabel Evolusi Komputer

12

Evolusi & Perkembangan Komputer Perancangan kinerja 1. Aplikasi Desktop : Aplikasi desktop yang memerlukan daya yang besar pada sistem yang berbasis miocroprocessor saat ini meliputi : a. Pengolahan Citra b. Voice Recognition c. Video Konference d. Multimedia 2. Teknik Perancangan microprocessor kontemporer Untuk peningkatan kecepatan processor maka beberapa tahapan telah dibuat diantaranya : a. Branch Prediction b. Data Flow Analysis c. Speculative Executive

13

Evolusi & Perkembangan Komputer 3. Keseimbangan Kinerja Pengaturan organisasi dan arsitektur untuk mengkompensasi perbedaan kemampuan yang terdapat diantara bermacam macam komponen.

Beberapa cara ditempuh untuk mencapai keseimbangan kerja : 1. Melebarkan DRAM dan menggunakan lintasan data bus yang lebih besar 2. Mengubah interface DRAM dengan melibatkan cache atau teknik buffering. 3. Mengurangi frekwensi akses memori dengan menggunakan struktur cache yang lebih kompleks dan effisien antara processor dan memory utama. 4. Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memori dengan menggunakan hierarkhi bus untuk mem – buffer – kan data. 5. Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memory utama dengan menggunakan bus – bus berkecepatan tinggi.

14

Evolusi & Perkembangan Komputer Pendekatan dasar pada Arsitektur Komputer: 1. Pendekatan hardware Peralatan untuk tujuan khusus Kecepatan operasi yang tinggi Untuk pengembangan dibutuhkan tambahan peralatan baru Harga relatif mahal 2. Pendekatan Software Peralatan yang multiguna (General Purpose) Kecepatan proses yang relatif tidak terlalu tinggi Fungsi dari keseluruhan sistem tergantung dari instruksi atau program yang ada. Untuk pengembangan, difokuskan pada penambahan perangkat lunak. Harga relatif lebih murah. 15

Evolusi & Perkembangan Komputer Komponen komponen Data Transfer 1. CPU (Central Processing Unit ) 2. MAR ( Memory Addres Register ) 3. MBR ( Memory Buffer Register ) 4. IOAR ( Input Output Address Register ) 5. IOBR ( Input Output Buffer Register

Pengolahan instruksi terbagi menjadi 3 fase utama, yaitu : 1. Fetch instruksi 2. Decode instruksi 3. Execute instruksi

Aksi pada awal siklus instruksi dibagi dalam 4 tahapan penting : 1. CPU ↔ Memory 2. CPU ↔ I/O 3. Data Processing 4. Control 16

Evolusi & Perkembangan Komputer

Adapun singkatan dari gambar tersebut diatas : IAC : Instruction Address Calculation IF : Instruction Fetch IOD : Instruction Operation Decoding OAC : Operand Address Calculation OF : Operang Fetch DO : Data Operation OS : Operand Store

17

Evolusi & Perkembangan Komputer

Terima Kasih 18

Arsitektur Komputer

Memori Internal

2

Memori Internal Hirarki Memori

R e g is te r Cache M a in M e m o ry D is c C a c h e M a g n e tic D is c M a g n e tic T a p e

O p tic a l D is c

3

Memori Internal Karakteristik Hirarki Memori Semakin Kebawah maka segitiga hirarki memiliki sifat: 1. Semakin Kebawah , Semakin Murah Harga per-BIT-nya a. Register merupakan jenis memori paling mahal b. Magnetic Tape dan CD-ROM paling murah 2. Semakin Kebawah , Semakin Besar Ukuran Kapasitasnya a. Register ukuran kapasitasnya sangat kecil yaitu dalam: 8bit…128bit b. Magnetic Tape , CD, DVD-ROM dalam Giga Byte 3. Semakin Kebawah , Semakin Lambat Akses Datanya. a. Register sangat cepat akses datanya b. Tape Magnetic sangat lambat akses datanya. 4. Semakin Kebawah , Akses CPU semakin Jarang a. Register hampir setiap saat diakses CPU b. Magnetic Tape , CD-ROM sangat jarang diakses CPU 4

Memori Internal Memori pada sistem komputer dapat dibedakan menjadi : 1. Main Memory, disebut juga Internal Memory , contoh: RAM) 2. Secondary Memory ,disebut juga External Memory, contoh Hard Disk, RAID, Magnetic Tape dsb.)

Berdasarkan Lokasinya , ada 3 jenis memori 1. Processor Memory (contoh: register) 2. Main Memory (contoh: RAM) 3. External Memory (contoh: Hard Disk, RAID , CD-ROM, Tape)

Berdasarkan Fisik , ada 3 Jenis Memori 1. Semiconductor Memory 2. Magnetic Memory 3. Optical Memory

contoh: RAM, ROM, EEPROM, FLASH contoh: Hard Disk ,Disket, Magnetic Tape contoh: CD/R , CD/RW, DVD

5

Memori Internal Ada 4 Metoda Akses Memori 1. Metoda Sequential Access - Akses data dilakukan secara berurutan , seperti pada pita magnetik - Akses Data sangat lambat, karena data yang akan di akses diurut secara serial satu demi satu. -Contoh: Magnetic Tape Back Up Cartridge

2. Metoda Direct Access - Akses Data dilakukan secara langsung, berdasarkan posisi track dan sector -Akses Data relatif lebih cepat, dibanding Sequential Access -Contoh : Hard Disk , Floppy Disk (disket) 6

Memori Internal 3. Metoda Random Access -Akses Data dilakukan dengan bantuan rangkaian Address Decoder -Address Decoder akan menghasilkan alamat data yang akan diakses -Akses Data Cepat , lebih cepat daripada Direct Access -Contoh: RAM (= random access memory)

4. Metoda Associative Access -Akses Data dilakukan dengan cara “compare” , yaitu membandingkan “isi” data yang dicari dengan “key”-nya, bukan berdasarkan alamat data -Jika “matched” maka data yang dicari ditemukan. -Akses Data sangat Cepat , contoh: Cache Memory 7

Memori Internal Karakteristik Fisik dari Memori 1. Volatile > < Non-Volatile Volatile :

-Listrik mati, Data hilang -Penyimpanan dalam memori jenis ini tidak-permanent -Contoh: RAM (EDO-RAM, SDRAM, DDRAM)

Non-Volatile : -Listrik Mati, Data Tidak Hilang - Penyimpanan dalam memori jenis ini bersifat-permanent - Contoh: EPROM, EEPROM, Flash Memory

8

Memori Internal 2. Erasable Erasable :

><

Non-Erasable

Data dapat dihapus , untuk kemudian bisa diisi ulang Contoh: 1. EPROM (= Erasable Programmable Read Only Memory) dihapus dgn sinar Ultra Violet 2. EEPROM (=Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) dihapus dgn listrik 3. FLASH Memory dihapus dgn listrik

Non Erasable :

Data tidak dapat lagi dihapus , media ini “mono-use” sekali pakai , Salah isi data, berarti harus dibuang, ganti media yg baru lagi Contoh: ROM (Read Only Memory) , PROM (Programmable ROM) 9

Memori Internal Random Access Memory (RAM) Merupakan memory Baca/Tulis (R/W) dimana isi dari RAM dapat diupdate setiap saat dan bersifat volatile serta digunakan data / instruksi selama pemrosesan berlangsung. Berdasarkan Struktur Komponen-nya ada 2 jenis RAM 1. SRAM (Static RAM) ,struktur terbuat dari komponen Transistor Bipolar 2. DRAM (Dynamic RAM ,struktur terbuat dari komponen Capacitor) Static RAM : 1. Terbuat dari sistem transistor bipolar 2. Memerlukan daya operasional yang relatif besar 3. Tidak memerlukan rangkaian Refresh, karena sifat dari transistor. 4. Kerapatan perkeping IC yang sedikit ( kecil ), Kapasitasnya Kecil 5. Harga per byte-nya relatif lebih mahal 6. Kecepatan Akses Sangat Data tinggi 7. Effisien untuk sistem sistem kecil dan sistem yang memerlukan kece patan pemrosesan yang tinggi. 10

Memori Internal Struktur Dasar sebuah SRAM (= Static RAM)

11

Memori Internal DRAM (Dynamic RAM) : 1. Strukturnya dibangun dari komponen Capacitor 2. Memerlukan daya operasional yang relatif kecil 3. Kerapatan perkeping IC yang besar, shg kapasitasnya sangat besar 4. Memerlukan rangkaian untuk “Refresh Cycle” 5. Harga lebih murah 6. Effisien untuk sistem sistem besar 7. Kecepatan akses data yang relatif lambat dibanding SRAM

Catatan: -“Refresh Cycle” diperlukan disini karena sifat memory berbahan dasar Capacitor cenderung selalu mengalami kebocoran muatan listrik pada selmemori, sehingga kalau tidak di- refresh maka data yg disimpan dalam selmemori akan hilang - Adanya proses Refresh inilah yang merupakan salah satu faktor kenapa jenis memori DRAM memiliki kecepatan akses data yg relatif lambat. 12

Memori Internal SRAM (= Dynamic RAM)

Keterangan: 1. Address Line untuk pengalamatan Sel Memori 2. Storage Capacitor untuk menyimpan muatan listrik yg tidak lain adalah data itu sendiri. 3. Transistor digunakan sebagai “Switch” untuk mengisi datake storage capacitor. 13

Memori Internal Organisasi sebuah Memori DDRAM 16 MBit 1. 16Mbit chip dapat disusun dari 1M x 16 bit word 2. 1 bit/chip memiliki 16 lots dengan bit ke 1 dari setiap word berada pada chip 1 3. 16Mbit chip dapat disusun dari array: 2048 x 2048 x 4bit 4. Mengurangi jumlah addres pins 5. row address dg column address dijadikan satu (multiplexing) 6. 11 pins untuk address (211=2048) 7. Menambah 1 pin kapasitas menjadi 4x 14

Memori Internal Diagram Organisasi Memory berkapasitas 16 Mbit

15

Memori Internal ROM (Read Only Memory) : Definisi: ROM adalah memory yang berisi program yang bersifat tetap / tidak berubah (non-volatile) sepanjang sistem yang digunakan memungkinkan. Aplikasi penting dari ROM meliputi : 1. Microprogramming 2. Library subroutine bagi fungsi – fungsi yang sering diperlukan 3. Program program sistem 4. Tabel tabel fungsi Sebelum operasi dari sistem komputer diaktifkan maka isi dari ROM akan diload terlebih dahulu ke dalam RAM → POST ( Power On Self Test ) POST adalah sebuah program inisialisasi sistem komputer, yang sekaligus melakukan diagnostik standar pada sistem komputer , utk memastikan komputer beropera...