1 ARCHITECTURE COMPUTER INTRODUCTION Susijanto Tri R.

2 REFERENSI 1.Computer System Architecture M. Morris Mano Third Edition Prentice-Hall International. 2.Computer Organization And Architecture William Stallings Fourth Edition Prentice-Hall International, Inc.

3 Architecture vs Organization Organisasi Komputer Unit-unit operasional serta hubungan / interkoneksi antar unit-unit tsb. Yang digunakan untuk merealisasikan spesifikasi dari arsitektur komputer.

4 Attribut Organisasi Komputer Detail dari hardware yang transparan bagi programmer, contoh :  Control signal  Memory teknologi  Besar memory  Interface antara computer dan peripheral device. Bagian-bagian fisik dari suatu komputer (organisasi dan integrasi) menjadi suatu sistem dan kontrol dari komunikasi serta aliran data antar bagian-bagian tsb.

5 Arsitektur Komputer Karakteristik / atribut suatu komputer dari pandangan seorang programmer. Atribut ini memberikan pengaruh langsung pada bagaimana program dieksekusi. Atribut Instruction set Jumlah bit yang digunakan untuk data representation / information format. Mekanisme I/O Teknik pengalamatan memory. General organization dari CPU register.

6 Hubungan Arsitektur dan Organisasi Komputer Contoh :  IBM system Semua model memiliki arsitekturyang sama, tetapi organisasinya berbeda, harga dan performance dari model tsb berbeda. Suatu arsitekture dapat sama, tetapi organisasinya berubah sesuai dengan perkembangan teknologi.

7  Pada mikrokomputer hubungan antara arsitektur dan organisasi sangat dekat. Perubahan teknologi tidak hanya mempengaruhi organisasi, tetapi menghasilkan juga arsitektur yang baru, contoh : RISC.  Apabila suatu komputer mempunyai instruksi (misal multiply) merupakan suatu hal yang berhubungan dengan arsitektur, tetapi bagaimana instruksi tersebut diimplementasikan (menggunakan multiplier atau adder) merupakan hal yang berhubungan dengan organisasi.

8 Komputer Adalah seperangkat peralatan elektronik dan mekanik, yang mampu bekerja sama secara terkoordinasi, sanggup menerima input berupa data, mengolah data sesuai dengan program, serta mengeluarkan hasil yang berupa informasi.

9 ABSTRAK MODEL KOMPUTER Proses komputasi komputer dapat berupa evaluasi dari suatu fungsi f(X), dimana ‘X’ : input ‘Z’ : output Sehingga Z = f(X) X dan Z dapat berupa bilangan, statement, file,dsb. f dapat berupa kalkulasi numerik, bukti suatu teorema, dsb.

10 Untuk mengevaluasi f(X) pada sebuah komputer tiap f harus diekspresikan berupa sequence dari sub function f 1, f 2,…,f n. Sedemikian rupa sehingga tiap sub function fi dapat dinyatakan dalam bentuk instruction set dari komputer. f 1, f 2, …., f n dapat dilihat sebagai sebuah program untuk meng-evaluasi f(X), dan secara umum Y 1 = f 1 (X) Y 2 = f 2 (Y 1 ) Y 3 = f 3 (Y 2 ) : Y n-1 = f n-1 (Y n-2 ) Z = f n (Y n-1 ) Dianggap sebagai format definition suatu komputer

11 System Komputer System komputer terdiri dari system unit dan peralatan pendukungnya, yaitu : peralatan input, output, dan storage (secondary memory)

12 Arsitektur Von Neumann Prinsip-prinsip :  Data dan instruksi disimpan dalam memory utama (stored program concept).  Isi memory mempunyai alamat yang menunjukkan lokasi penyimpanan tanpa memperhatikan jenis data yang disimpan di lokasi tersebut.

13  Instruksi di-eksekusi secara berurutan (dari instruksi pertama yang ditunjukkan oleh program counter pada lokasi memory, ke instruk-si berikutnya) kecuali ada perubahan dalam instruksi.  Organisasi dari arsitektur komputer di atas : Central processing unit (CPU) berisi control unit (CU) yang mongkoordinasi eksekusi instruksi-instruksi, dan arithmatic logic unit (ALU) yang mengerjakan operasi-operasi arithmatic dan logic (main) memory.

14 Gambar Arsitektur Komputer Von Neumann

15 Komputer Von Neumann di atas merupakan komputer general purpose. Komputer tersebut dapat digunakan untuk menyelesaikan banyak masalah yang berbeda dari program yang dieksekusinya. Konsep kuncinya adalah pada program dan bagaimana program dieksekusi.

16 Arsitektur (Von Neumann) General Purpose) Pada arsitektur Von Neumann, satu set rangkaian kecil dapat dikontrol untuk membentuk tugas yang berbeda-beda, tergantung dari program software yang dieksekusi.

17  Tugas utama CPU adalah mengeksekusi instruksi yang diambil (fetch) dari main memory.  Sebuah instruksi menginformasikan pada CPU untuk membentuk satu operasi dasar (arithmatic atau logic), pada sebuah data yang berada di main memory.  Control unit (CU) yang bertugas menterjemahkan (decode) instruksi yang akan dieksekusi ‘memberitahukan’ pada komponen-komponen lain apa yang harus dilakukan.

18  CPU mempunyai satu set register yang berfungsi sebagai temporary storage, digunakan untuk menyimpan hasil sementara yang akan digunakan pada proses berikutnya.

19 Sejarah Perhitungan dan Arsitektur Komputer (History of Calculation and ComputerArchitecture)

20 Pentingnya Penghitungan  Plato in Philebus (“On Pleasure”) 4th century BC Pada tingkat paling awal pengetahuan adalah menemukan jumlah dan penghitungan  Pythagorean mysticism Hitung jumlah aturan dunia.

21  Ilmu pengetahuan diperlukan untuk menyelesaikan kesulitan manusia dalam menyelesaiakan perhitungan. Chinese abacus (suan pan), abad ke-13 : merupakan paralatan pertama dan sederhana untuk menyelesaikan semua operasi aritmatik Several rods, five lower balls on each rod, 2 upper balls, divided by a slat Terdiri dari dua bagian yang terhubung dengan batang-batang untuk tempat bola (biji). Bagian pertama terdiri dari 5 bola dan 2 bola pada bagian kedua. Abacus masih digunakan hingga sekarang

22 Mesin Hitung  Wilhelm Shickard’s Calculating Clock (1623) Digunakan untuk perkalian dan pembagian, dan membutuhkan beberapa campur tangan operator dalam operasinya. Dioperasikan menggunakan prinsip ‘Napier’s bones’ Mesin hitung mekanik “Pascaline” yang didemonstrasikan Blaise Pascal (1642) Terdiri dari beberapa gear, setiap gear berisi nomor 0 sampai 9 Mesin hitung pertama yang dikomersialkan

23  Arithmometer (1822), keyboard (1850), printer (1885), Electro-mechanical Arithmometer (1913)

24 Programmability?  Masalah yang dimiliki semua mesin di atas adalah batasan kemampuan menghubungkan hasil perhitungan sebelumnya dengan proses berikutnya pada perhitungan yang berurutan. Memerlukan pencatatan dengan tangan untuk hasil sebelumnya dan dimasukkan pada proses berikutnya.  Vaucanson’s programmable androids (1738)  Vaucanson (1749) merupakan automatic loom (mesin otomatis) pertama Menerima perintah dengan mengartikan lubang-lubang pada silinder logam.

25  Jacquard (1804) perfected the programmable loom Dijalankan dengan sebuah punched-card (kartu berlubang) yang berurutan.

26 Charles Babbage  Lucasian Professor of Mathematics Cambridge University,  Membuat mesin hitung 1823  Aplikasi Tabel matematika, AstronomyNautical Tables, Navy  Latar belakang Semua fungsi berurutan dapat diperkirakan dengan sebuah polynomial ---Weierstrass  Teknologi Mekanik - gear, Jacquard’s loom, kalkulator sederhana.

27  Weierstrass: Setiap fungsi berurutan dapat diperkirakan dengan sebuah polynomial Setiap polynomial dapat dihitung dari difference tables.

28 f (n) = n 2 +n+41 d1(n) = f(n) -f(n-1) = 2n d2(n) = d1(n) -d1(n-1) = 2 f(n) = f(n-1) + d1(n) = f(n-1) + (d1(n-1) + 2) n d2(n) 222 d1(n) 24 f(n) Semua proses hanya memerlukan adder

– Babbage’s paper dipublikasikan 1834 – Paper di atas dibaca Scheutz brothers di Swedia 1842 – Babbage mendapat ide untuk mewujudkan mesinnya (pada mesin analitic) 1855 – Scheutz memperlihatkan mesinnya pada Paris World Fare – Dapat menghitung hingga 6 tingkat polinomial – Kecepatan : 33 to digit bilangan per menit!

– Babbage’s paper dipublikasikan Membayangkan sebuah hal kosong dalam membangun sebuah mesin. Ide : Jacquard’s Loom Program : Satu set kartu dengan lingkaran warna yang disusun dengan pola tertentu. Data (bilangan) : Sama dengan program dengan dengan warna lingkaran yang berbeda – Babbage dihentikan – mesin tidak dapat direalisasikan Tidak mungkin jika mesin analitis dibangun hanya menggunakan teknologi mekanik.

31 Mesin Analitis Konsep Awal Komputer General Purpose Semua variabel, baik yang akan diproses maupun hasil sementara disimpan selama operasi berlangsung. Hasil pengolahan (sementara) selalu dibawa selama operasi

32 Satu operasi dalam mesin (mill) memerlukan dua punched card dan menghasilkan sebuah punch card baru.

33 The first programmer Ada Byron aka “Lady Lovelace” Ide Babbage mempunyai banyak pengaruh di kemudian hari, khususnya pada : Luigi Menabrea, yang menerbitkan catatan dari “Babbage’s Lecturers” dalam bahasa Italy Lady Lovelace, yang menterjemahkan “Menabrea’s notes” dalam bahasa Inggris dan menjelaskan secara menyeluruh. “... Analytic Engine weaves algebraic patterns....” (Mesin/Motor Analitik menenun pola secara aljabar). Tutor Ada adalah Babage sendiri Pada abad 20, ilmu pengetahuan terfocus pada komputer analog.

34 Harvard Mark I Dibuat th 1944, di laboratorium IBM di Endicott oleh Howard Aiken – Professor fisika dari Harvard Masih menggunakan peralatan mekanik tetapi menggunakan beberapa elektro magnetik untuk mengontrol relay dan gear Mempunyai bobot 5 ton dan menggunakan komponen untuk sinkronisasi clock yang mempunyai perioda detik Performance: 0.3 detik untuk penjumlahan 6 detik untuk perkalian 1 menit untuk sebuah perhitungan sinus calculation Broke down once a week!

35 Linear Equation Solver John Atanasoff, Iowa State University 1930’s: Atanasoff dan Clifford Berry membuat the Linear Equation Solver. Memerlukan 300 tubes! Applikasi: Perhitungan Linear dan Integral differential equations Background: Vannevar Bush’s Differential Analyzer - --an analog computer Technology:Tubes and Electromechanical relays Atanasoff yakin bahwa cara perhitungan yang benar dapat digunakan persamaan elektronik digital.

36 Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC)  Terinspirasi oleh Atanasoff and Berry, Eckert dan Mauchly mendesain dan membangun ENIAC ( )  Mesin pertama dengan komponen elektronik seluruhnya, pengoperasiannya mudah, general- purpose analytical calculator!  30 ton, 72 meter persegi, 200KW  Performance Membaca 120 card per menit Operasi penjumlahan memerlukan waktu 200 µs, perkalian 6 ms 1000 kali lebih cepat dibandingkan Mark I  Not very reliable!

37 Electronic Discrete Variable Automatic Computer (EDVAC)  ENIAC’s programming menggunakan sistem eksternal Urutan instruksi yang dieksekuesi terpisah dengan hasil yang didapat Memerlukan campur tangan manusia jika terjadi “out of order” instruksi  Eckert, Mauchly, John von Neumann dan yang lain mendesain EDVAC (1944) untuk menyelesaikan masalah ini Solusinya adalah program komputer yang tersimpan

38  Laporan rancangan pertama mengenai EDVAC dipublikasikan th 1945, tetapi hanya dengan tanda tangan von Neumann’s!  Th 1973 pengadilan Minneapolis memetapkan honor untuk rancangan komputer diberikan kepada John Atanasoff

39 Stored Program Computer Program = A sequence of instructions How to control instruction sequencing? manual control calculators Automatic control external (paper tape) Harvard Mark I, 1944 Zuse’s Z1, WW2 Internal plug board ENIAC 1946 read-only memory ENIAC 1948 read-write memory EDVAC 1947 (concept )

40 The First True Computers  Eckert and Mauchly founded their own companyand built the BINAC Two processors that checked each other for reliability  Whirlwind I of MIT was another von Neumann computer built between by Jay Forrester Had a magnetic-core memory and a programming language Used by the US Air Defense  First commercial American computer was UNIVAC-I designed and built by Eckert and Mauchly Used for opinion polls in 1952 Presidential elections

41 Commercial Activity IBM’s SSEC Selective Sequence Electronic Calculator Vacuum tubes in the control unit, and electromagnetic relays everywhere else 150 word store, stored program machine Instructions, constraints, and tables of data were read from paper tapes. 66 Tape reading stations! Serious inconsistencies of logic.

42 IBM Computers IBM machines were sold in IBM a cheaper, drum based machine, more than 120 were sold in 1954 and there were orders for 750 more!