PENDAHULUAN ARSITEKTUR DAN ORGANISAI KOMPUTER

Apa Tujuan Belajar Arsitektur Komputer ? 1. Mengetahui tentang matakuliah Arsitektur & Organisasi Komputer 2. Mengetahui hubungan antara Arsitektur dengan matakuliah lain 3. Dapat mengikuti dan memahami perkembangan CPU 4. Mengetahui materi yang akan dipelajari pada mata kuliah Arsitektur & Organisasi Komputer

Konsep Arsitektur Komputer Arsitektur Komputer Vs Organisasi Komputer  Organisasi komputer mempelajari bagian yang terkait dengan unit- unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem komputer, contoh: sinyal kontrol, prosesor, interface komputer dan peripheral, teknologi memori yang digunakan.  Arsitektur komputer mempelajari atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer dan memiliki dampak langsung pada eksekusi logis sebuah program, contoh : set instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan bermacam-macam jenis data (misal bilangan, karakter), aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.

 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. Konsep Arsitektur Komputer Struktur dan Fungsi Komputer

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.

Konsep Arsitektur Komputer Structure of von Neumann machine

Konsep Arsitektur Komputer Diagram Struktur Dasar Komputer

Konsep Arsitektur Komputer 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. CPU : Struktur Dasar

Konsep Arsitektur Komputer CPU : Diagram Struktur Dasar

Konsep Arsitektur Komputer 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. Control Unit : Struktur Dasar

Konsep Arsitektur Komputer Control Unit : Diagram Struktur Dasar

Konsep Arsitektur 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) Fungsi Dasar Sistem Komputer

Diagram Fungsi Komputer Konsep Arsitektur 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

Fungsi Pengolahan Data (1) Konsep Arsitektur Komputer 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”

Konsep Arsitektur Komputer 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 Fungsi Pengolahan Data (2)

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

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

Perkembangan Sistem Komputer 1946: ENIAC Stored Program Computer pertama 50 x 30 feet, 30 Ton, 25 kWatt, 100 k Kalkulasi/detik 200_ : Komputer meja (PC), PDA, Bionic, … - Penurunan : (1) Ukuran fisik (tabung  transistor  IC (2) Biaya - Peningkatan (1) Kapasitas memory (2) Kinerja (kecepatan) 1960: Main frame Computer 1970: Mini Computer 1980: Mikrokomputer  Produk utama: PC, workstation.  Mainframe digantikan multiprosesor. Minicomputer digantikan server. optimalisasi kinerja - biaya

Konsep Arsitektur Komputer Generasi Komputer berdasarkan tekologinya Vacuum tube Transistor Small Scale Integration on –Up to 100 devices on a chip Medium Scale Integration - to 1971 –100-3,000 devices on a chip Large Scale Integration –3, ,000 devices on a chip Very Large Scale Integration to date –100, ,000,000 devices on a chip Ultra Large Scale Integration –Over 100,000,000 devices on a chip Teknologi IC

Konsep Arsitektur Komputer Pentium Evolution 8080 –first general purpose microprocessor –8 bit data path –Used in first personal computer – Altair 8086 –much more powerful –16 bit –instruction cache, prefetch few instructions –8088 (8 bit external bus) used in first IBM PC –16 Mbyte memory addressable –up from 1Mb –32 bit –Support for multitasking

Konsep Arsitektur Komputer –sophisticated powerful cache and instruction pipelining –built in maths co-processor Pentium –Superscalar –Multiple instructions executed in parallel Pentium Pro –Increased superscalar organization –Aggressive register renaming –branch prediction –data flow analysis –speculative execution

Konsep Arsitektur Komputer Pentium II –MMX technology –graphics, video & audio processing Pentium III –Additional floating point instructions for 3D graphics Pentium 4 –Note Arabic rather than Roman numerals –Further floating point and multimedia enhancements Itanium –64 bit

Konsep Arsitektur Komputer

Transistors / chip 10 G 1G 100M 10 M 1M 100K 10K 1K Memory (DRAM) Microprocessor 4 Kb 16 Kb 64 Kb 256 Kb 1 Mb 4 Mb 16 Mb 64 Mb 256 Mb 1 Gb 4 Gb ,680 Pentium ® P II ® P III ® Pentium IV

KINERJA (Performance) Tujuan utama : Memperkecil waktu-eksekusi program (sejak dimulai sampai selesai)  Waktu-eksekusi CPU-time : System-time + User-time waktu yang dibutuhkan oleh cpu waktu yang dibutuhkan oleh cpu untuk eksekusi program2 sistem untuk eksekusi program user CPU-time = jumlah CPU clock-cycle x periode clock  Clock-cycles per Instruction (CPI) Untuk eksekusi sebuah program, jumlah clock-cycle CPU = Jumlah instruksi dalam program x clock-cycles rata rata sebuah instruksi = Jumlah instruksi dalam program x CPI x 1/ frekuensi clock 1.Latency 2.Throughput

Konsep Arsitektur Komputer Perhitungan CPI : CPI =  (cycles per tipe x frekuensi kemunculan tipe tersebut dalam program)

Peningkatan kecepatan (Speed-up) Peningkatan kecepatan (S) adalat perbandingan (ratio) antara waktu yang dibutuhkan untuk mengeksekusi sebuah program pada sistem yang belum ditingkatan kinerjanya dengan waktu yang dibutuhkanpada sistem yang sudah ditingkatakan. Soal : 1. Estimasikan pingkatan kecepatan yang dicapai dengan menggantikan sebuah CPU yang mempunyai CPI rata rata = 5 dan periode clock 100 detik dengan CPU lain yang CPI rata ratanya = 3.5, dan periode clock 120 ns. 2. Mesin A: clock 1ndet, CPI 2.0, untuk program x Mesin B: clock 2ndet, CPI 1.2, untuk program x Mesin mana yang lebih cepat ? Berapa peningkatan kecepatannya ?

Computer Organization and Architecture, William Stalling, Fifth Edition, prentice Hall, 2000 Computer Organization Architecture, Andrew S. Tanenbaumprentice Hall, 1999 Computer Organization,Hamacher, McGraw Hill, 1990 Applied Operating System concept,Avi Silberschatz, peter Galvin, Greg Gagne, John Wiley Inc 2000 REFERENCE