Didi Supriyadi ST3 Telkom Purwokerto

Transkripsi

1 Didi Supriyadi ST3 Telkom Purwokerto 1

2 MK : Organisasi dan Arsitektur Komputer Kode MK : MKB3012 SKS : 2 SKS Jadwal Perkuliahan : Setiap SELASA Kelas A : ruang T-201 Kelas B : ruang T-201 Kelas C : ruang T-201 Pengampu/Dosen : Nama : Didi Supriyadi, S.T., M.Kom NIDN : HP : Pin BB : 521B39BA didisupriyadi@st3telkom.ac.id didi_supriyadi121105@yahoo.co.id 2

3 Mata kuliah Arsitektur dan Organisasi Komputer ini merupakan mata kuliah yang bertujuan membekali mahasiswa untuk dapat mengetahui konsep organisasi dan arsitektur komputer, representasi data dengan benar dan memahami perkembangan sistem komputer; menganalisis dengan menggunakan skema tentang komponen utama suatu sistem komputer dan interkoneksi antar sistem maupun interkoneksi dengan perangkat luarnya; menganalisis arsitektur dan organisasi internal prosesor; menganalisis arsitektur dan organisasi dari control unit sebuah sistem komputer; serta pemahaman organisasi paralel dan multiprosessing dari sebuah sistem komputer. 3

4 Mengetahui, memahami gambaran organisasi dan arsitektur komputer dengan baik dan mengetahui perkembangan/evolusi perkembangan teknologi komputer (C2) Memahami bagaimana representasi data numerik dan non-numerik pada suatu komputer (C2) Menganalisa struktur, fungsi, komponen utama sebuah sistem komputer dan hubungan/interkoneksi antara bagian - bagian sistem komputer dengan membuat diagram atau skema yang menunjukkan hubungan diantaranya termasuk di dalamnya juga mencakup konsep memory, I/O, dan dukungan sistem operasi(c4) Menganalisa struktur, fungsi dan hubungan antara bagian CPU/processor dengan membuat diagram hubungannya dengan benar serta mampu mendiskusikan dengan baik dan benar serta memahami konsep aritmatika komputer, arsitektur set instruksi, dan RISC(C4) Menganalisa struktur, fungsi dan hubungan antara bagian Control Unit dengan membuat diagram hubungannya secara benar serta memahami konsep microprogramming dengan baik (C4) Mengevaluasi dengan menunjukkan fakta evolusi perkembangan teknologi komputer dengan benar dari sisi organisasi dan arsitekturnya (C6) 4

5 A. Stallings, William Computer Organization and Architecture Designing for Performance 8th Edition. Prentice Hall. New Jersey. B. Null, Linda, and Lobur, Julia., The Essentials of Computer Organization and Architecture. Jones and Bartlett. America. C. El-Barr, Abd, M., and El-Rewini, H., Fundamentals of Computer Organization and Architecture. Wiley Interscience. Canada. D. Patterson, A., David, and Hennesey, L., Jhon, Computer Organization and Design the Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers. USA 5

6 6

7 1. Overview of Computer Organization and Architecture and looks at how Computer design has evolved 2. System Computer : Major Components are processor, memory, I/O and their interconnection both with each other and the outside world 3. Architecture and organization of the processor.t his part begins with an extended discussion of computer arithmetic. Then it looks at the instruction set architecture. The remainder of the part deals with the structure and function of the processor, including a discussion of reduced instruction set computer (RISC) 4. Discusses the internal structure of the processor s control unit and the use of microprogramming 5. Deals with parallel organization, including symmetric multiprocessing, clusters, and multicore architecture 7

8 1 Organisasi dan Arsitektur 2 Struktur dan Fungsi 3 Komponen Utama Komputer 14

9 Apa itu Arsitektur Komputer? Apa itu Komputer? 15

10 Organisasi komputer mengacu pada unit operasional dan interkoneksi mereka yang merealisasikan spesifikasi arsitektur. Contoh Atribut organisasi termasuk detail-detail hardware transparan untuk programmer, seperti sinyal kontrol, interface antara computer dan peripheral, dan teknologi memori yang digunakan. 16

11 17

12 Arsitektur komputer mengacu pada atribut-atribut dari sistem yang terlihat seorang programmer atau, dengan kata lain, atribut-atribut yang memiliki dampak langsung pada eksekusi logis dari sebuah program Contoh atribut arsitektur termasuk set instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan berbagai jenis data (misalnya, angka, karakter), I / O mekanisme, dan teknik untuk pengalamatan memori. Contoh lain misalkan si programmer ketika akan coding, dia perlu mengetahui apakah pada komputer yang sedangkan digunakannya memiliki instruksi perkalian atau tidak? Bagaimana pengalamatan data di memori? Bagaimana data direpresentasikan? Bagaimana bilangan direpresentasikan? Pertanyaanpertanyaan ini merupakan pertanyaan domain arsitektur komputer. Jika dipersempit, maka fokus dari pembelajaran di bidang arsitektur komputer adalah "bagaimana software bekerja pada hardware". 18

13 Kata komputer berasal dari bahasa Latin yaitu Computare yang artinya menghitung. Dalam bahasa Inggris disebut to compute. definisi komputer :sekumpulan alat elektronik yang saling bekerja sama, dapat menerima data (input), mengolah data (proses) dan memberikan informasi (output) serta terkoordinasi menurut seperangkat instruksi dibawah kontrol program yang tersimpan di memorinya. Semua komputer memiliki 4 fungsi: Pengolahan data - Data processing Penyimpanan data - Data storage Pemindahan data - Data movement Kendali - Control 19

14 Students need to understand computer architecture in order to structure a program so that it runs more efficiently on a real machine. In selecting a system to use, they should be able to understand the tradeoff among various components, such as CPU clock speed vs. memory size Architecture extends upward into computer software because a processor s architecture must cooperate with the operating system and system software. It is difficult to design an operating system well without knowledge of the underlying architecture Concepts used in computer architecture find application in other courses. In particular, the way in which the computer provides architectural support for programming languages and operating system facilities reinforces concepts from those areas 20

15 Fungsi? Struktur: Cara di mana komponen yang saling terkait Fungsi: Operasi masing-masing komponen individu sebagai bagian dari struktur 21

16 Gambar disamping penggambaran sederhana suatu komputer. Komputer berinteraksi dalam beberapa mode dengan lingkungan eksternal. Secara umum, semua keterkaitan kepada lingkungan eksternal dapat diklasifikasikan sebagai perangkat periferal atau komunikasi baris. 22

17 23

18 Ada empat komponen struktural utama komputer: Central Processing Unit (CPU): Mengontrol operasi komputer dan melakukan fungsi pengolahan data, sering hanya disebut sebagai prosesor. Main memory: menyimpan data I / O: Data Bergerak antara komputer dan lingkungan eksternal. Sistem interkoneksi: Beberapa mekanisme yang menyediakan komunikasi antara CPU, memori utama, dan I / O. 24

19 komponen struktural utama dari CPU adalah sebagai berikut: Control unit: Mengontrol operasi CPU dan karenanya komputer Aritmatika dan Logic Unit (ALU): Melakukan fungsi pengolahan data komputer Register: Menyediakan penyimpanan internal ke CPU CPU interkoneksi: Beberapa mekanisme yang menyediakan untuk komunikasi antara unit kontrol, ALU, dan register CPU melakukan kerja dengan langkah sbb: Mengambil instruksi yang dikodekan secara biner dari memori utama Men-dekode instruksi menjadi proses-proses sederhana Melaksanakan proses-proses tersebut 25

20 Operasi-operasi pada pemroses dikategorikan menjadi: Operasi aritmetika Penambahan, pengurangan, perkalian, pembagian dsb Operasi logika OR, AND, X-OR, inversi dsb Operasi pengendalian Operasi percabangan, lompat dsb 26

21 komponen struktural utama dari CU adalah sebagai berikut: Sequencing Logic Control Unit registers and decoders Control memory 27

22 Mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer, kapan alat input menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Mengartikan instruksi-2 dari program komputer. Membawa data dari alat input ke memori utama. Mengambil data dari memori utama untuk diolah. Mengirim instruksi ke ALU jika ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika. Membawa hasil pengolahan data kembali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output. 28

23 Kesimpulan tugas dari unit kendali ini adalah: Mengatur & mengendalikan alat-alat input dan output. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama. Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan). Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU. Menyimpan hasil proses ke memori utama. 29

24 Melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder. Melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan ( ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan ( ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan ( ). 30

25 Ada tiga macam memori yang dipergunakan di dalam sistem komputer yaitu: Register, digunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang diproses. Main memory, dipergunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang akan diproses dan hasil pengolahan. Secondary storage, dipergunakan untuk menyimpan program dan data secara permanen. 31

26 Alat penyimpanan kecil dgn kecepatan akses cukup tinggi, yg digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses, masih disimpan di dalam memori utama. CPU diibaratkan sbg otak yg punya ingatan-2 (register) dan pengendali organ tubuh (CU). Program dan data diletakkan di memori utama yg diibaratkan sbg sebuah meja. Program diproses (melakukan satu per satu instruksi-instruksi yang ada di dalamnya). 32

27 Instruksi tsb dibaca & diingat (instruksi yg sedang diproses disimpan di register). Misalnya HITUNG C = A + B, maka perlu data nilai A & B yg masih ada di meja (di memori utama). Data ini dibaca dan masuk ingatan kita (data yg sdg diproses disimpan di register), misal A=2 dan B = 3, sehingga nilai C dapat dihitung yaitu 5 (proses perhitungan ini dilakukan di ALU). Hasil dari perhitungan ini dituliskan kembali ke meja (disimpan kembali ke memori utama). Setelah itu mungkin data, program, dan hasilnya disimpan secara permanen ke dalam lemari kabinet (penyimpanan sekunder). 33

28 Perangkat masukan/keluaran digunakan sistem komputer untuk berinteraksi dengan lingkungan luar, baik ke pemakai ataupun lingkungan secara umum. Perangkat masukan/keluaran terdiri dari dua bagian, yaitu: Komponen mekanis, yaitu perangkat itu sendiri Komponen elektronis, yaitu pengendali perangkat berupa chip controller. 34

29 Disebut BUS dan interkoneksi ini berkaitan dengan tatacara hubungan antarkomponen-komponen sistem komputer. Menghubungkan CPU dengan memori utama ataupun dengan alat-alat input/output (I/O). Bus antara CPU dgn memori utama dilekatkan pada MDR, MAR, dan unit kendali dalam CPU, dan disebut Internal Bus. BUS yang menghubungkan CPU dgn I/O tidak dilekatkan langsung ke I/O, tetapi dilakukan melalui I/O port atau DMA controller atau I/O channel, dan disebut External Bus. Di dalam Internal Bus, terdapat data bus yang dihubungkan dengan MDR, address bus yang dihubungkan dengan MAR, serta control bus yang dihubungkan dengan control unit. 35

30 Bus terdiri dari tiga macam, yaitu: Bus alamat (addres bus) Untuk memberikan alamat dari memori atau port yang hendak diakses. Bus alamat berisi 16, 20, 24 jalur sinyal paralel atau lebih. Bus data (data bus) Untuk membaca dan mengirim data dari/ke memori atau port. Bus data berisi 8,16, 32 jalur sinyal paralel atau lebih. Bus kendali (control bus) Sinyal bus kendali antara lain: Memory Read Memory Write I/O read I/O Write 36

31 Gambar disamping menggambarkan fungsi dasar komputer yang secara umum dapat melakukan empat hal : Pengolahan data Penyimpanan data Data gerakan Kontrol 37

32 Contoh : Keyboard ke Layar / screen 38

33 Contoh : data hasil download dari internet di simpan ke hardisk 39

34 40

35 41

36 Memory Buffer Register ( MBR ) : tempat menampung data yang akan ditulis ke memori atau data yang akan dibaca dari memori atau digunakan untuk menerima data dari memori atau dari I / O Unit. Memory Address Register ( MAR ) : Menentukan alamat dalam memori berikutnya yang akan ditulis dari atau dibaca ke MBR atau Tempat untuk menampung alamat memori berikutnya yang akan dibaca/ditulis. Instruksi register ( IR ) : Berisi 8-bit opcode instruksi yang dieksekusi atau berfungsi untuk menyimpan isntruksi yang baru saja diambil (fetched). Instruction buffer register( IBR ) : Digunakan untuk sementara memegang instruksi kanan dari sebuah kata dalam memori. I/O AR : tempat untuk menampung alamat device yang akan dikontrol. I/O BR : digunakan untuk menampung data yang dipertukarkan antara device dengan CPU. Program counter ( PC ) : Berisi alamat instruksi berikutnya - pair menjadi diambil dari memori atau menyimpan alamat instruksi berikutnya. 42

37 43