Organisasi & Arsitektur Komputer

Organisasi & Arsitektur Komputer
Teknik Informatika – S1 Universitas Dian nuswantoro Semarang

Pertemuan I Perkenalan & Pengantar

Perkenalan

Pengantar

Tugas Buatlah Rangkuman tentang sejarah perkembangan hardware / software yang telah anda pilih

Pertemuan II

Pertemuan III Mode Pengalamatan

Konsep Arsitektur von Neumann
Data dan instruksi disimpan dalam satu memori Isi dari memori ini dapat dialamatkan dengan lokasi tanpa memperhatikan tipe datanya Eksekusi terjadi secara sekuensial dari satu instruksi ke instruksi selanjutnya

Hardware and Software Approach

Komponen Komputer

Tipe-Tipe Instuksi Pada bahasa pemrograman tingkat tinggi, misal C, contoh : x = x +y; Statemen tersebut memberi instruksi kepada komputer untuk menambah nilai yang tersimpan di x dengan nilai yang tersimpan di y dan meletakkan hasilnya di x

Tipe-Tipe Instuksi Pada bahasa mesin, operasi tersebut membutuhkan tiga instruksi (misalnya variabel x dan y terletak di lokasi 513 dan 514) : Load register berisi lokasi memori 513 Tambahkan isi lokasi memori 513 ke register Simpan isi register di lokasi memori 513 Bahasa pemrograman tingkat tinggi mengekspresikan operasi dalam bentuk aljabar ringkas, menggunakan variabel Bahasa mesin mengekspresikan operasi dalam bentuk dasar melibatkan perpindahan data dari dan ke register

Tipe-Tipe Instuksi Komputer harus memiliki suatu set instruksi supaya user dapat memformulasikan pemrosesan data Program yang ditulis dalam bahasa pemrograman tingkat tinggi harus diterjemahkan ke bahasa mesin untuk dijalankan/dieksekusi Jadi, set instruksi harus mencukupi untuk menjalankan instruksi dari bahasa tingkat tinggi

Tipe-Tipe Instuksi Instruksi Aritmatika dan Logika (Arithmetic and Logic Instruction) Data Processing, contoh : ADD, SUB, MPY, DIV, OR, AND Instruksi Memory (Memory Instruction) Data Storage, contoh : LOAD, STOR Instruksi I/O (I/O Instruction) Data Movement Instruksi Test dan Branch (Test And Brach Instruction) Control

Arithmetic Instruction
Menyediakan kemampuan komputasional untuk pemrosesan data numerik

Logic (Boolean) Instruction
Beroperasi pada level bit Menyediakan kemampuan untuk memproses berbagai macam tipe data

Memory Instruction Perpindahan data antara memori dan register

I/O Instruction Transfer program dan data ke memori dan hasil perhitungan ke user

Test Instruction Digunakan untuk menguji nilai data atau status dari perhitungan

Branch Instruction Digunakan untuk percabangan pada set instruksi yang lain tergantung dari keputusan yang dibuat

Common Instruction Set Operations

Aksi Yang Dilakukan CPU Terhadap Berbagai Operasi

Jenis Mode Pengalamatan
Direct Alamat operand ditunjuk secara langsung pada instruksi Contoh : instruksi LOAD, cara penulisan : LOAD Y Indirect Alamat operand ditunjukkan secara tidak langsung oleh data yang terkandung pada alamat yang ditunjuk Cara penulisan : LOAD (Y) Displacement Merupakan alamat relatif, artinya alamat operand yang dituju berjarak n alamat dari sebuah alamat yang diekspresikan secara indirect Cara penulisan : LOAD (Y) + 100 Immediate Alamat operand tidak berisi sebuah alamat, tetapi langsung operand yang akan diproses Cara penulisan : LOAD #9

Penerapan Mode Pengalamatan
Misalkan kita memiliki contoh register dan memory sebagai berikut : Register A B C 50 D 51 … Y Z 100 5 101 6 102 15 Memory 52 1 2 12 3 43 … 50 51 7 10 100 5 101 6 102 15

Direct Untuk pemanggilan alamat operand berupa register disebut Register Addressing Contoh : LOAD C, akan menghasilkan ACC ← 50, karena alamat register C berisi 50 Untuk pemanggilan alamat operand berupa memory disebut Direct Addressing Contoh : LOAD 3, akan menghasilkan ACC ← 43, karena alamat memory 3 berisi bilangan 43

Indirect Untuk pemanggilan alamat operand berupa register namanya Register Indirect Addressing Contoh : LOAD (D), akan menghasilkan ACC ← 7, karena alamat register D berisi alamat memory 51, sedangkan alamat memory 51 berisi bilangan 7 Untuk pemanggilan alamat operand berupa memory namanya Indirect Addressing Contoh : LOAD (50), akan menghasilkan ACC ← 43, karena alamat memory 50 berisi alamat memory 3, sedangkan alamat memory 3 berisi bilangan 43

Displacement Merupakan alamat relatif, artinya alamat operand yang dituju berjarak n alamat dari sebuah alamat yang diekspresikan secara indirect Contoh : LOAD (C) + 50 akan menghasilkan ACC ← 5, karena alamat register C berisi alamat 50, sedangkan alamat yang dituju berjarak +50 darinya = 100. Alamat 100 berisi bilangan 5

Immediate Immediate tidak membutuhkan alamat memory/register, karena tempat untuk alamat operand diisi langsung oleh bilangan operand-nya Contoh 1 : LOAD #9, akan menghasilkan ACC ← 9, nilai di belakang tanda # dianggap sebagai operand-nya Contoh 2 : ADD Y, #2, #3, akan menghasilkan register Y ← 5, kedua operand adalah 2 dan 3, dengan demikian 2+3 = 5

Contoh Soal Berapakah isi register Y?
Gunakan kondisi register dan memori yang ada! LOAD (C) ADD 3 SUB (0) MPY (C) + 50 DIV #9 STOR Y

Contoh Soal Register Y berisi 20 Berapakah isi register Y?
Gunakan kondisi register dan memori yang ada! INSTRUKSI LOAD (C) ADD 3 SUB (0) MPY (C) + 50 DIV #9 STOR Y ALGORITMIK AC ← 3 AC ← AC + 43 AC ← AC - 10 AC ← AC X 5 AC ← AC/9 Y ← 20 ISI ACC 3 46 36 180 20 Register Y berisi 20

Latihan

Pertemuan IV Bahasa Assembler I

Struktur Program

Cetak Karakter

Cetak Karakter & Atributnya

Perulangan CX = Jumlah Pengulangan

Pertemuan V Bahasa Assembler 2

Bermain dengan Debug File : Debug.exe T = trace U = Unassemble
Rcx = panjang data N = simpan dengan nama file G = jalankan perintah

Mencetak Kalimat

Latihan : Buat Output Seperti Dibawah ini
/**********************************\ | Nama : Contoh | | Nim : A11.XXXX | | Kelompok : A11.ZZZZ | \**********************************/

Pertemuan VI Computer Arithmetic

Desimal Bilangan basis 10 yang terdiri dari kemungkinan 10 digit ( 0 – 9 ) Tiap digit berupa bilangan pangkat 10 yang di asosiasikan berdasarkan posisinya 234 = 2 x x x 100

Biner Bilangan basis 2 berupa campuran dari kemungkinan 2 digit ( 0 dan 1 ) Tiap digit berupa bilangan pangkat 2 yang diasosiasikan berdasarkan posisinya BIT = binary digit 1102 = 1 x x x 20

Konversi Biner - Desimal

Konversi Bilangan Desimal pecahan ke Biner

Hexadesimal (hex) Bilangan basis 16 Memiliki 16 kemungkinan digit
0-9 dan A-F (untuk merepresentasikan 10-15) Tiap digit berupa bilangan pangkat 16 yang diasosiasikan berdasarkan posisinya Konversi Hex – desimal 2BD16 = 2 x x x 160 = = 701

Oktal Bilangan basis 8 Memiliki 8 kemungkinan digit 0-8
Tiap digit berupa bilangan pangkat 8 yang diasosiasikan berdasarkan posisinya Konversi Oktal – desimal 238 = 2 x x 80 = = 19

BCD (Binary Coded Decimal)
Sama seperti binary, bedanya tiap 1 digit desimal diwakili oleh kumpulan bit-bit

Biner Tak Bertanda & Bertanda
Ujung paling kiri merupakan tanda dari bilangan tersebut ( 0=+ / 1=-) Pembacaan dimulai dari angka kedua dari ujung kiri

Biner Tak Bertanda & Bertanda

Bilangan Biner Komplemen Satu
Fungsinya untuk mengubah suatu bilangan positif ke bilangan negatif / negatif ke positif dengan cara mengubah bit ke-1 dari 0 ke 1 atau dari 1 ke 0

Bilangan Biner Komplemen Dua
Fungsinya untuk mengubah suatu bilangan positif ke bilangan negatif / negatif ke positif dengan cara mengubah bit ke-1 dari 0 ke 1 atau dari 1 ke 0 lalu ditambah 1

Format Bilangan Biner

Penjumlahan Biner

Pengurangan Biner

Perkalian Biner

Pembagian Biner

Penjumlahan BCD kurang dari 10

Penjumlahan BCD lebih dari 10

Latihan Soal , Komplemen 1 dan Komplemen 2

Pertemuan VII

Latihan Soal Ubahlah menjadi bilangan biner 8 bit
Jika diatas menggunakan bilangan komplemen dua, ubahlah menjadi bilangan desimal Jika diatas menggunakan bilangan komplemen dua, ubahlah menjadi bilangan biner 8 bit

Selamat Belajar Untuk Kesuksesan UTS

Pertemuan VIII

Mesin von Neumann Konsep untuk memiliki sebuah program yang tersimpan dalam memori komputer Arsitektur dasar mesin ini masih menjadi kerangka referensi pada komputer modern

Mesin von Neumann

Mesin von Neumann Program disimpan dalam unit memori utama, yang berhadapan dengan piranti input/output (I/O) melalui unit pengolahan pusat (CPU atau central processing unit) CPU membaca dari atau menulis ke memori, pertama-tama dengan mengirimkan alamat word ke unit memori melalui bus adress dan kemudian menerima atau mengirimkan data melalui bus data. Data dipertukarkan antara CPU dan unit I/O juga menggunakan data bus. Operasi ini disinkronisasikan oleh dua bus control dengan sinyal kendali yang dikirim oleh CPU dan sinyal acknowledgement serta sinyal interupsi yang diterima oleh CPU.

Prosesor: Control & Datapath
Processor (active) Computer Control Datapath Memory (passive) (dimana program, data ada ketika dijalankan) Devices Input Output That is, any computer, no matter how primitive or advance, can be divided into five parts: 1. The input devices bring the data from the outside world into the computer. 2. These data are kept in the computer’s memory until ... 3. The datapath request and process them. 4. The operation of the datapath is controlled by the computer’s controller. All the work done by the computer will NOT do us any good unless we can get the data back to the outside world. 5. Getting the data back to the outside world is the job of the output devices. The most COMMON way to connect these 5 components together is to use a network of busses. 70

Bagian Utama CPU Kumpulan register / register set
Unit aritmatika dan logika (ALU / Arithmetic and Logic Unit) Unit kendali logika (CU / Control Unit)

Bagian Utama CPU Kumpulan register menyimpan informasi sementara yang diperlukan untuk melaksanakan sebuah instruksi atau kumpulan instruksi / program ALU menggunakan nilai-nilai yang tersimpan dalam kumpulan register untuk melakukan operasi aritmatika dan logika

Bagian Utama CPU CPU mengendalikan sistem dalam dua cara:
Dengan mengarahkan transfer ke dan dari register baik ke maupun dari memori, ALU dan register lainnya Dengan memerintahkan ALU ke operasi yang akan dijalankan

Bagian Utama CPU

Kumpulan Register Register dari sebuah komputer secara kolektif disebut sebagai kumpulan register / register set Beberapa register mungkin mempunyai jenis yang sama, yang lainnya mungkin berbeda Beberapa register berlaku umum pada hampir semua komputer

Register Program Counter
Menyimpan alamat memori dari instruksi selanjutnya yang akan dijalankan Pelaksanaan sebuah program biasanya dilakukan berurutan, maka alamat instruksi berikutnya bernilai 1 lebih tinggi daripada alamat dari instruksi saat ini. PC ← (PC)+1 Jika suatu jump atau cabang instruksi dijalankan, instruksi yang akan dilaksanakan berikutnya disimpan pada alamat yang ditentukan dalam cabang instruksi. Dalam hal ini, kita ingin me-load langsung alamat baru ke PC : PC ← bagian alamat dari instruksi cabang

Register Instruksi Register khusus untuk menyimpan instruksi
Pertama, instruksi di-fetch dari memori dan disimpan dalam IR kemudian PC ditingkatkan sehingga ia menunjuk ke instruksi berikutnya IR ← M[PC] PC ← (PC)+1 M[PC] menunjukkan isi lokasi memori yang ditunjuk oleh PC. Sekali instruksi disimpan dalam IR, maka instruksi tersebut dapat di-decode oleh Control Unit (CU) dan operasi mikro dapat diaktifkan untuk pelaksanaannya

Register Umum Untuk menyimpan nilai-nilai sementara selama pelaksanaan instruksi Sebuah komputer memiliki sebuah register prosesor untuk pelaksanaan instruksi-instruksi, disebut Accumulator (ACC)

Register Flag Mengendalikan aliran pelaksanaan pada CU dan ALU

Siklus Eksekusi Program
CPU mem-fetch instruksi berikutnya dari memori CPU men-decode instruksi Berdasarkan instruksi, CPU mengeluarkan sinyal kendali untuk mem-fetch operand lainnya jika diperlukan dan kemudian akan melaksanakan salah satu tindakan berikut ini : Melakukan operasi aritmatika atau logika Menyimpan sebuah hasil ke dalam memori Membaca sebuah hasil dari atau menuliskan hasil ke piranti I/O CPU kembali ke langkah pertama dan melanjutkan proses hingga program diberhentikan

Siklus Eksekusi Program
1. IR  M[PC] // Fetch instruksi 2. PC  PC + d // Tunjuk ke lokasi instruksi berikutnya 3. Eksekusi instruksi

Organisasi Prosesor (single bus)
Y Z MDR MAR PC TEMP R(n-1) R0 IR Instruction Decoder ALU Carry-in Add Sub XOR Address lines Data lines Control lines Memory bus ALU control lines Control Unit DatapathUnit

Operasi Dasar Prosesor
Operasi-operasi Dasar: Mengambil (fetching) Data dari Memori Menyimpan (storing) Data ke Memori Pertukaran Data Antar-Register Operasi Aritmatika & Logika di Datapath

Mengambil Data dari Memori
Y Z MDR MAR PC TEMP R2 R1 IR Instruction Decoder ALU Carry-in Add Sub XOR Address lines Data lines Read MFC Instruksi: LD R2,(R1) ; R2  M[R1] Langkah-langkah: MAR  R1 Read Tunggu sinyal MFC // MFC = Memory Function Completed // Pada saat MFC aktif: // MDR  M[MAR] R2  MDR

Menyimpan Data ke Memori
Z MDR MAR PC TEMP R2 R1 IR Instruction Decoder ALU Carry-in Add Sub XOR Address lines Data lines Write MFC Instruksi: ST (R1),R2 ; M[R1]  R2 Langkah-langkah: MAR  R1 MDR  R2, Write Tunggu sinyal MFC // MFC = Memory Function Completed // Pada saat MFC aktif: // M[MAR]  MDR

Pertukaran Data Antar-Register
R1in Instruksi: MOV R4,R ; R4  R1 Langkah-langkah: Enable output of R1 // setting R1out to 1 Enable input of R4 // setting R4in to 1 X R1 X R1out R4in X R4 X R4out

Operasi Aritmatika dan Logika
Y Z Ri ALU A B X Riin Riout Yin Yout Zin Zout Add Instruksi: ADD R1,R ; R1  R1 + R2 Langkah-langkah: R1out, Yin R2out, Add, Zin Zout, R1in

Operasi (A&L): Bagian dari Pertukaran Data
Komponen-komponen Datapath: Register: tempat penyimpanan data ALU: tempat pemrosesan aritmatika & logika Bus: penghubung antar-register & antara register-ALU Eksekusi Instruksi merupakan kombinasi pertukaran data antara: Register  Bus  Register Register  Bus  ALU Register  Bus  Memori Pertukaran data dilakukan dengan cara mengaktifkan gerbang-gerbang register dengan menggunakan sinyal-sinyal kendali (PCout, PCin, dst.) Selain itu, juga ada sinyal-sinyal kendali yang berhubungan dengan komponen-komponen lain (Memori: Read, Write; ALU: Add, Sub, Set Carry-in, dst.)

Tahapan Eksekusi Instruksi
Add R1,(R3) ; R1  R1 + M[R3] Langkah-langkah: Fetch instruksi PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Fetch operand #1 (isi lokasi memori yg ditunjuk oleh R3) R3out, MARin, Read R1out, Yin, WMFC Lakukan operasi penjumlahan MDRout, Add, Zin Simpan hasil penjumlahan di R1 Zout, R1in, End

1. Fetch instruksi PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Y Z MDR MAR PC TEMP R3 R1 IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines Data lines Add 1 PC+1 Carry-in

2. Fetch operand #1 R3out, MARin, Read R1out, Yin, WMFC ALU
Z MDR MAR PC=PC+1 TEMP R3 R1 IR Instruction Decoder ALU Address lines Data lines

3. Lakukan operasi penjumlahan
MDRout, Add, Zin Y=R1 Z MDR=M[R3] MAR PC=PC+1 TEMP R3 R1 IR Instruction Decoder ALU Address lines Data lines Add Carry-in Zin

4. Simpan hasil penjumlahan
Zout, R1in, End Y=R1 Z=R1+M[R3] MDR=M[R3] MAR PC=PC+1 TEMP R3 R1 IR Instruction Decoder ALU Address lines Data lines

Tahapan Eksekusi “Branching”
Unconditional (JMP Loop) PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin PCout, Yin Offset-field-of-IRout, Add, Zin // PC  PC + Offset Zout, PCin, End Conditional (contoh: BRNeg Loop) PCout, Yin , If N=0 then End // take the branch?

LD Rd,X

Tahapan Eksekusi Instruksi: LD Rd,X
LD R16,X ; R16  M[X] Langkah-langkah: Fetch instruksi PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Fetch operand dari lokasi memori yang ditunjuk oleh X Xout, MARin, Read WMFC Lakukan operasi ALU Simpan hasil penjumlahan di R16 MDRout, R16in, End

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z MDR MAR PC TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines Read Address lines PCout Data lines MARin Clear Y Add 1 Set Carry-in PC+1 Zin

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z = PC+1 MDR MAR PC TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines WMFC Address lines PCin Data lines Zout

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines IRin Data lines MDRout

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines Read Address lines MARin Data lines Xout

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines WMFC Address lines Data lines

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Xout, MARin, Read WMFC MDRout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 X IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines Data lines MDRout R16in

ADD Rd,Rs

Tahapan Eksekusi Instruksi: ADD Rd, Rs
ADD R16,R17 ; R16  R16 + R17 Langkah-langkah: Fetch instruksi PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin Fetch operand ke-1 (R16) R16out, Yin Fetch operand ke-2 (R17) dan Lakukan operasi ALU R17out, Add, Zin Simpan hasil penjumlahan di R16 Zout, R16in, End

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Y Z MDR MAR PC TEMP R16 R17 IR Instruction Decoder ALU Control lines Read Address lines PCout Data lines MARin Clear Y Add 1 Set Carry-in PC+1 Zin

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Y Z = PC+1 MDR MAR PC TEMP R16 R17 IR Instruction Decoder ALU Control lines WMFC Address lines PCin Data lines Zout

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 R17 IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines IRin Data lines MDRout

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Y Z MDR MAR PC+1 TEMP R16 R17 IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines Data lines Yin R16out

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Control lines Instruction Decoder PC+1 Address lines MAR IR Data lines MDR R17 R17out Y=R16 R16 Add ALU Zin Z TEMP

PCout, MARin, Read, Clear Y, Set carry-in to ALU, Add, Zin Zout, PCin, WMFC MDRout, IRin R16out, Yin R17out, Add, Zin Zout, R16in, End Y=R16 Z=R16+R17 MDR MAR PC+1 TEMP R16 R17 IR Instruction Decoder ALU Control lines Address lines Data lines R16out Zout

Peningkatan Kinerja Prosesor

Multiple-bus: salah satu cara peningkatan kinerja
MDR MAR PC TEMP Register File IR Instruction Decoder ALU A B C Data lines Address lines Memory Bus Add R1,R2,R3 ;R1R2+R3

Bandingkan dengan Organisasi Single-bus
Y Z MDR MAR PC TEMP R3 R1 IR Instruction Decoder ALU R2 Add R1,R2,R3 ;R1R2+R3

Pertemuan IX

Pertemuan X

Pertemuan XI

Pertemuan XII

Pertemuan XIII

Pertemuan XIV

Selamat Belajar Untuk Kesuksesan UAS

Organisasi & Arsitektur Komputer

Presentasi serupa

Presentasi berjudul: "Organisasi & Arsitektur Komputer"— Transcript presentasi:

Presentasi serupa

Tentang proyek

Tanggapan

Masuk

Otorisasi melalui jaringan sosial:

Organisasi & Arsitektur Komputer

Presentasi serupa

Presentasi berjudul: "Organisasi & Arsitektur Komputer"— Transcript presentasi:

Presentasi serupa

Tentang proyek

Tanggapan