Arsitektur Komputer Pertemuan - 1 By HendraNet

Transkripsi

1 Arsitektur Komputer Pertemuan - 1 Page 1 / 349

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

3 Apa? Dan Apa? Page 3 / 349 CPU Arsitektur Ilmu yang mempelajari tentang struktur dan fungsi dari CPU. Mempelajari tentang bagaimana CPU melakukan pekerjaannya Mempelajari tentang bagaimana CPU berhubugan dengan peralatan yang lain dalam menjalankan tugasnya. Mempelajari tentang komponen-komponen apa saja yang ada di dalam CPU Memeplajari bagaimana cara mengatur kerja masing-masing komponen sehingga dapat berfungsi dengan baik

4 Aristektur? Vs Organisasi? Page 4 / 349 Matakuliah CPU Arsitektur merupakan kelanjutan dari matakuliah Organisasi Komputer yang sudah diperlajari pada semester sebelumnya. Matakuliah Organisasi komputer yang dipelajari adalah komputer secara keseluruhan. Matakuliah CPU Arsitektur yang dipelajari lebih terfokus pada CPU

5 Bagian dari CPU itu sendiri Apa? CPU Computer Registers Arithmetic and Login Unit Page 5 / 349 I/O System Bus CPU Internal CPU Interconnection Memory Control Unit Gambar CPU

6 mikroprosesor Sistem mikroprosesor Page 6 / 349 Sistem mikrokomputer? Embedded

7 ? Belajar Kuliah dikelas Mencontoh punya teman Page 7 / 349 Internet Perpustakaan Praktek Belajar kelompok

8 1.1. Sejarah Microprosesor Page 8 / 349 Setiap komputer didalamnya pasti terdapat mikroprosesor. Mikroprosesor, dikenal juga dengan sebutan Central Processing Unit (CPU) artinya unit pengolahan pusat. CPU adalah pusat dari proses perhitungan dan pengolahan data yang terbuat dari sebuah lempengan yang disebut "chip". Chip sering disebut juga dengan "Integrated Circuit (IC)", bentuknya kecil, terbuat dari lempengan silikon dan bisa terdiri dari 10 juta transistor

9 1.1. Sejarah Microprosesor Page 9 / = intel 4004 hanya dapat digunakan untuk operasi penambahan dan pengurangan = Komputer di rumah adalah intel 8080 Komputer 8 bit dalam satu chip yang diperkenalkan pada tahun diperkenalkan mikroprosesor baru yaitu 8088

10 1.1. Sejarah Microprosesor Page 10 / 349 Mikroprosesor pertama adalah intel 4004 yang dikenalkan tahun 1971 Kegunaan mikroprosesor ini masih sangat terbatas (operasi penambahan dan pengurangan). Pertama yang digunakan untuk komputer di rumah adalah intel 8080 komputer 8 bit dalam satu chip yang diperkenalkan pada tahun Tahun 1979 diperkenalkan mikroprosesor baru yaitu 8088

11 1.1. Sejarah Microprosesor Page 11 / Pentium Pentium I, II, III Pentium IV

12 Perbandingan besar processor Nama Prosesor Tahun Keluar Jumlah Transistor Micron Clock speed Data width MIPS MHz 8 0, MHz 16 bits, 8 bit bus 0,33 Page 12 / ,5 6 MHz 16 bits ,5 16 MHz 32 bits MHz 32 bits 20 Pentium ,8 60 MHz 32 bits, 64 bit 100 Pentium II , MHz 32 bits, 64 bit bus 400 Pentium III , MHz 32 bits, 64 bit bus Sumber :

13 Keterangan Tabel Page 13 / 349 Transistor berbentuk seperti tabung yang sangat kecil, terdapat pada Chip Micron adalah ukuran dalam Micron (10 pangkat -6), merupakan kabel terkecil dalam Chip Clock Speed = kecepatan maksimal sebuah prosesor Data width = lebar dari Arithmatic Logic Unit (ALU) / Unit pengelola aritmatika, untuk proses pengurangan, pembagian, perkalian dan sebagainya MIPS = Millions of Instructions Per Second / Jutaan perintah per detik

14 Pebandingan besar Prosessor secara fisik Page 14 / 349 * Dalam ukuran yang sama kapasitas dan kemampuan bertambah

15 1.2. Garis Besar Buku Pengantar Arsitektur Komputer Bab 1 ini merupakan pengantar keseluruhan isi buku, yang menjelaskan apa itu komputer dan bagaimana arsitektur CPU sistem komputer. Page 15 / 349 Aritmetika Komputer Bab 2 menjelaskan dasar - dasar operasi data aritmetika. Meliputi representasi bilangan integer dan bilangan dalam bentuk floating point. Operasi aritmetika bilangan biner dan floating point juga dijelaskan pada bab ini. Set Instruksi Bab 3 mengkaji format instruksi. Karakteristik mesin komputer dalam menjalankan instruksi yang diberikan padanya. Mode pengalamatan juga dijelaskan beserta contoh penerapannya pada komputer pentium.

16 1.2. Garis Besar Buku Struktur dan Fungsi CPU Dalam bab 4 ini difokuskan pada pembahasan organisasi prosesor dalam menjalankan fungsinya. Internal CPU secara detail dijelaskan dalam bab ini, meliputi organisasi register sebagai penyimpanan sementara internal CPU, juga dijelaskan strategi pipelining instruksi - instruksi. Page 16 / 349 Dukungan Sistem Operasi Sistem operasi adalah program yang menjembatani antara perangkat keras komputer dengan programmer dan program - program aplikasi yang digunakan pengguna dijelaskan dalam bab 5 ini. Kajian meliputi penjelasan sistem operasi dan manajemen memori Reduced Instruction Set Computers (RISC) Dalam bab 6 dijelaskan tentang tipe set instruksi terutama RISC. Dijelaskan juga perbedaannya dengan tipe CISC. Tipe instruksi tersebut sangat berpengaruh terhadap arsitektur mikroprosesor sebagai mesin eksekutornya. Operasi Unit Kontrol Bab 7 ini menerangkan tentang operasi kontrol prosesor dan unit - unit perangkat keras.

17 Matakuliah Arsitektur Komputer Page 17 / 349 CPU Arsitektur adalah Ilmu yang mempelajari tentang fungsi dan struktur dari CPU Matakuliah CPU Arsitektur merupakan kelanjutan dari matakuliah Organisasi komputer

18 Tugas! Page 18 / 349 Buatlah grafik tetang kecepatan prosessor terhadap tahun keluar Buatlah grafik tentang Jumlah transistor terhadap tahun keluar Buatlah grafik tetang lebar data terhadap tahun keluar Buatlah makalah tentang perkembangan prosesor pada saat ini

19 Referensi Buku : Page 19 / 349 Computer Organization and Architecture, William Stalling, Fifth Edition, prentice Hall, 2000 Computer Organization Architecture, Andrew S. Tanenbaum prentice Hall, 1999 Computer Organization, Hamacher, McGraw Hill, 1990 Applied Operating System concept, Avi Silberschatz, peter Galvin, Greg Gagne, John Wiley Inc 2000

20 Arithmatika Komputer Pertemuan 3 Page 20 / 349

21 2.4.Representasi Floating Point Page 21 / 349 Untuk menuliskan bilangan floating point (bilangan pecahan) dilakukan dengan menuliskan dalam bentuk exponensial. Sehingga bilangan tersebut memiliki bilangan dasar, bilangan pemangkat dan basis bilangan tersebut

22 ? Formatnya Page 22 / 349

23 ? Konversi Page 23 / 349 Konversi bilangan floting point berbasis deka ke basis biner harus dilakukan terlebih dahulu sebelum merubah kedalam format representasi flaoting point. Yaitu dengan cara: Deka ke biner Contoh: 3,75 11,11 didapat dari biner dari angka 3 adalah 11 didapat dari 1*21+1*20=3. Sedangkan untuk merubah 0,75 menjadi bilangan biner dapat dilakukan dengan cara 0,75*2=1,5 didapat bilangan didepan koma 1 sisanya dikalikan lagi dengan 2 yaitu 0,5*2 =1,0 didapat bilangan didepan koma 1 dan sisanya 0

24 ? Konversi Page 24 / 349 Untuk merubah kembali dapat dilakukan dengan cara :

25 Exponensial Page 25 / 349 Penulisan bilangan floating point dengan cara exponensial dapat menyebabkan adanya kemungkinan sebuah bilangan ditulis dengan cara yang bermacam-macam

26 Standarisasi untuk penulisan bilangan Normalisasi bentuknya adalah : Page 26 / 349 Bit pertama significand selalu 1 sehingga tidak perlu disimpan (implisit) dalam field significand. Dan b adalah bilangan biner (1 atau 0). Untuk keperluan yang luas, maka diadakan standar bagi representasi bilangan floating point ini, yaitu standard IEEE 754. Standar ini juga mendefinisikan operasi aritmetikanya

27 Format penulisan menurut standar IEEE 754 Page 27 / 349 Pada format tunggal, bit paling kiri digunakan untuk representasi tanda 0 jika positif dan 1 jika negatif, sedangkan 8 bit berikutnya adalah pangkat (exponen) yang direpresentasikan dalam bentuk bias. Bagian 23 bit terakhir digunakan untuk menunjukkan bit dari bilangan fraction nya

28 Page 28 / 349 Untuk word 32 bit, range bilangan yang dapat dicakup diperlihatkan pada gambar berikut. Terdapat beberapa segmen tidak termasuk dalam range yang diperlihatkan pada gambar tersebut, yaitu underflow dan overflow

29 Gambar berikut menyajikan kerapatan bilangan bilangan dalam floating point Page 29 / 349 Terdapat hubungan antara range dan ketelitian. Bila kita menambah jumlah bit eksponen maka kita akan mengembangkan range bilangan yang dapat diekspresikan. Konsekuensinya adalah mengurangi kerapatan bilangan dan juga kepresisiannya. Satu satunya cara untuk meningkatkan range dan kepresisian adalah menggunakan jumlah bit yang lebih banyak, misalnya dengan format 64 bit. Pada arsitektur IBM S/370 menggunakan basis 16, hal yang didapatkan adalah jumlah range yang lebih besar dengan jumlah bit eksponen yang tetap, tetapi resikonya adalah berkurang ketelitiannya

30 Contoh konversi bilangan ke format floating point IEEE Page 30 / 349

31 Contoh konversi bilangan ke format floating point IEEE Page 31 / 349

32 2.5. Aritmatika Floating Point Page 32 / 349 Operasi aritmatika pada bilangan floating point dapat mengoperasikan bilangan mantisa dan bilangan pemangkatnya secara terpisah

33 Contoh : Page 33 / 349

34 Contoh kasus : Page 34 / 349

35 Permasalahan Page 35 / 349 Masalah yang sering muncul pada operasi aritmatika bilangan floating point : Exponent Overflow, sebuah eksponen positif melampaui nila eksponen maksimum. Dalam sebagian sistem biasa ditandai dengan + atau -. Exponent Underflow, sebuah eksponen negatif melampaui nilai eksponen minimum. Hal ini berarti bilangan terlalu kecil untuk dapat direpresentasikan. Biasanya didekatkan dengan nilai 0 Significand Overflow, dalam penambahan dua significand yang bertanda sama dapat menghasilkan carry out bit yang paling berarti Significand Underflow, dalam proses penggabungan significand, digit dapat mengalir ke ujung kanan significand. Hal ini biasanya diperlukan pembulatan nilai

36 Penambahan dan Pengurangan Floating Point Page 36 / 349

37 Page 37 / 349 Untuk operasi ini, kedua operand harus dipindahkan ke register yang digunakan oleh ALU. Bila format floating point-nya memiliki bit significand implisit maka harus dibuat eksplisit. Umumnya, eksponen dan significand akan disimpan di register lain, yang akan digabungkan kembali bila hasil telah diperoleh

38 4 langkah dalam algoritma penambahan dan pengurangan Page 38 / Periksa bilangan bilangan nol Apabila salah satu operand bernilai nol maka hasilnya adalah operand lainnya. (A + 0 = A, 0 A = - A) 2. Perataan significand Untuk dapat dilakukan operasi penjumlahan maupun pengurangan maka nilai eksponen haruslah sama. Untuk itu harus dilakukan penyamaan eskponen sebelum significand ditambahkan atau dikurangkan. Contoh dalam desimal : (1234 x 100 ) + (345 x 10-2 ) = (1234 x 100 ) + (3,45 x 10-0 ) = 1237,45 x Tambahkan atau kurangkan significand Setelah terjadi perataan maka dilakukan penambahan atau pengurangan dengan memperhatikan bit tandanya 4. Normalisasi hasilnya Dilakukan pergeseran untuk memenuhi standar yang ditentukan

39 Perkalian dan Pembagian Floating Point Perkalian Page 39 / 349

40 Langkah Perkalian Page 40 / 349 Bila salah satu operand sama dengan 0, maka 0 dilaporkan sebagai hasilnya. Langkah berikutnya adalah menambah eksponennya. Bila eksponen yang disimpan dalam bentuk yang terbias, maka jumlah eksponen akan menggandakan biasnya. Jadi, nilai bias harus dikurangi dari jumlahnya. Hasil harus overflow atau underflow untuk dilaporkan sebagai akhir algoritma. Apabila eksponen berada pada range yang valid maka langkah selanjutnya adalah mengalikan significand-nya, perlu diperhatikan tandanya. Perkalian dilakukan seperti perkalian integer. Hasil akan menggandakan bit operand-nya, bit ekstra akan hilang saat pembulatan. Setelah hasil didapatkan, diadakan normalisasi dan pembulatan

41 Langkah Pembagian Page 41 / 349 Pada operasi pembagian hampir sama. Awalnya lakukan pemeriksaan terhadap nol. Bila divisor sama dengan nol maka terjadi error dan hasil diset tak hingga. Bila dividend bernilai nol maka hasilnya adalah 0. Langkah selanjutnya adalah eksponen dividend dikurang eksponen divisor-nya. Hal ini akan menghilangkan bias yang harus dikembalikan lagi. Selanjutnya diadakan pemeriksaan overflow dan underflow. Langkah akhirnya adalah membagi significand yang diikuti normalisasi dan pembulatan

42 Perkalian dan pembagian Floating Point Pembagian Page 42 / 349

43 Kesimpulan Page 43 / ALU mempunyai input Register dan Control Unit, sedangkan outputnya adalah Register dan Flag 2. Operasi bilangan integer pada ALU kebanyakan menggunakan representasi komplemen dua 3. Opeasi pengurangan adalah menggunakan operasi penambahan dengan bilangan negatif operator yang kedua 4. Representasi floating point pada format 32 bit terdiri terdapat 3 bagian yaitu 1 bit menyatakan tanda, 8 bit menyatakan exponensial, 23 menyatakan bilangan di belakang koma 5. Operasi pada representasi floating point dioperasikan secara terpisah antara bilangan dan pan gkatnya

44 Soal / Tugas Page 44 / 349 Buatlah latihan berikut dalam repesentasi komplemen Dengan Algoritma booth operasikan perkalian dibawah ini 5*7 6*3 3*4 7*2 Dengan Algoritma booth pembagian komplement dua 5/7 6/3 3/4 7/2

45 Soal / Tugas Page 45 / 349 Tuliskan representasi floating point untuk bilangan di bilangan dibawah ini. 7,625 0,5 8, ,125 Berapakah nilai floating point dari bilangan berikut DA1F7000 FA51DA00 4A4A7000 Kalikanlah kedua bilangan tersebut diatas (a dan b) DA1F7000 dikali dengan : FA51DA00

46 Arithmatika Komputer Pertemuan 3 Page 46 / 349

47 2.4.Representasi Floating Point Page 47 / 349 Untuk menuliskan bilangan floating point (bilangan pecahan) dilakukan dengan menuliskan dalam bentuk exponensial. Sehingga bilangan tersebut memiliki bilangan dasar, bilangan pemangkat dan basis bilangan tersebut

48 ? Formatnya Page 48 / 349

49 ? Konversi Page 49 / 349 Konversi bilangan floting point berbasis deka ke basis biner harus dilakukan terlebih dahulu sebelum merubah kedalam format representasi flaoting point. Yaitu dengan cara: Deka ke biner Contoh: 3,75 11,11 didapat dari biner dari angka 3 adalah 11 didapat dari 1*21+1*20=3. Sedangkan untuk merubah 0,75 menjadi bilangan biner dapat dilakukan dengan cara 0,75*2=1,5 didapat bilangan didepan koma 1 sisanya dikalikan lagi dengan 2 yaitu 0,5*2 =1,0 didapat bilangan didepan koma 1 dan sisanya 0

50 ? Konversi Page 50 / 349 Untuk merubah kembali dapat dilakukan dengan cara :

51 Exponensial Page 51 / 349 Penulisan bilangan floating point dengan cara exponensial dapat menyebabkan adanya kemungkinan sebuah bilangan ditulis dengan cara yang bermacam-macam

52 Standarisasi untuk penulisan bilangan Normalisasi bentuknya adalah : Page 52 / 349 Bit pertama significand selalu 1 sehingga tidak perlu disimpan (implisit) dalam field significand. Dan b adalah bilangan biner (1 atau 0). Untuk keperluan yang luas, maka diadakan standar bagi representasi bilangan floating point ini, yaitu standard IEEE 754. Standar ini juga mendefinisikan operasi aritmetikanya

53 Format penulisan menurut standar IEEE 754 Page 53 / 349 Pada format tunggal, bit paling kiri digunakan untuk representasi tanda 0 jika positif dan 1 jika negatif, sedangkan 8 bit berikutnya adalah pangkat (exponen) yang direpresentasikan dalam bentuk bias. Bagian 23 bit terakhir digunakan untuk menunjukkan bit dari bilangan fraction nya

54 Page 54 / 349 Untuk word 32 bit, range bilangan yang dapat dicakup diperlihatkan pada gambar berikut. Terdapat beberapa segmen tidak termasuk dalam range yang diperlihatkan pada gambar tersebut, yaitu underflow dan overflow

55 Gambar berikut menyajikan kerapatan bilangan bilangan dalam floating point Page 55 / 349 Terdapat hubungan antara range dan ketelitian. Bila kita menambah jumlah bit eksponen maka kita akan mengembangkan range bilangan yang dapat diekspresikan. Konsekuensinya adalah mengurangi kerapatan bilangan dan juga kepresisiannya. Satu satunya cara untuk meningkatkan range dan kepresisian adalah menggunakan jumlah bit yang lebih banyak, misalnya dengan format 64 bit. Pada arsitektur IBM S/370 menggunakan basis 16, hal yang didapatkan adalah jumlah range yang lebih besar dengan jumlah bit eksponen yang tetap, tetapi resikonya adalah berkurang ketelitiannya

56 Contoh konversi bilangan ke format floating point IEEE Page 56 / 349

57 Contoh konversi bilangan ke format floating point IEEE Page 57 / 349

58 2.5. Aritmatika Floating Point Page 58 / 349 Operasi aritmatika pada bilangan floating point dapat mengoperasikan bilangan mantisa dan bilangan pemangkatnya secara terpisah

59 Contoh : Page 59 / 349

60 Contoh kasus : Page 60 / 349

61 Permasalahan Page 61 / 349 Masalah yang sering muncul pada operasi aritmatika bilangan floating point : Exponent Overflow, sebuah eksponen positif melampaui nila eksponen maksimum. Dalam sebagian sistem biasa ditandai dengan + atau -. Exponent Underflow, sebuah eksponen negatif melampaui nilai eksponen minimum. Hal ini berarti bilangan terlalu kecil untuk dapat direpresentasikan. Biasanya didekatkan dengan nilai 0 Significand Overflow, dalam penambahan dua significand yang bertanda sama dapat menghasilkan carry out bit yang paling berarti Significand Underflow, dalam proses penggabungan significand, digit dapat mengalir ke ujung kanan significand. Hal ini biasanya diperlukan pembulatan nilai

62 Penambahan dan Pengurangan Floating Point Page 62 / 349

63 Page 63 / 349 Untuk operasi ini, kedua operand harus dipindahkan ke register yang digunakan oleh ALU. Bila format floating point-nya memiliki bit significand implisit maka harus dibuat eksplisit. Umumnya, eksponen dan significand akan disimpan di register lain, yang akan digabungkan kembali bila hasil telah diperoleh

64 4 langkah dalam algoritma penambahan dan pengurangan Page 64 / Periksa bilangan bilangan nol Apabila salah satu operand bernilai nol maka hasilnya adalah operand lainnya. (A + 0 = A, 0 A = - A) 2. Perataan significand Untuk dapat dilakukan operasi penjumlahan maupun pengurangan maka nilai eksponen haruslah sama. Untuk itu harus dilakukan penyamaan eskponen sebelum significand ditambahkan atau dikurangkan. Contoh dalam desimal : (1234 x 100 ) + (345 x 10-2 ) = (1234 x 100 ) + (3,45 x 10-0 ) = 1237,45 x Tambahkan atau kurangkan significand Setelah terjadi perataan maka dilakukan penambahan atau pengurangan dengan memperhatikan bit tandanya 4. Normalisasi hasilnya Dilakukan pergeseran untuk memenuhi standar yang ditentukan

65 Perkalian dan Pembagian Floating Point Perkalian Page 65 / 349

66 Langkah Perkalian Page 66 / 349 Bila salah satu operand sama dengan 0, maka 0 dilaporkan sebagai hasilnya. Langkah berikutnya adalah menambah eksponennya. Bila eksponen yang disimpan dalam bentuk yang terbias, maka jumlah eksponen akan menggandakan biasnya. Jadi, nilai bias harus dikurangi dari jumlahnya. Hasil harus overflow atau underflow untuk dilaporkan sebagai akhir algoritma. Apabila eksponen berada pada range yang valid maka langkah selanjutnya adalah mengalikan significand-nya, perlu diperhatikan tandanya. Perkalian dilakukan seperti perkalian integer. Hasil akan menggandakan bit operand-nya, bit ekstra akan hilang saat pembulatan. Setelah hasil didapatkan, diadakan normalisasi dan pembulatan

67 Langkah Pembagian Page 67 / 349 Pada operasi pembagian hampir sama. Awalnya lakukan pemeriksaan terhadap nol. Bila divisor sama dengan nol maka terjadi error dan hasil diset tak hingga. Bila dividend bernilai nol maka hasilnya adalah 0. Langkah selanjutnya adalah eksponen dividend dikurang eksponen divisor-nya. Hal ini akan menghilangkan bias yang harus dikembalikan lagi. Selanjutnya diadakan pemeriksaan overflow dan underflow. Langkah akhirnya adalah membagi significand yang diikuti normalisasi dan pembulatan

68 Perkalian dan pembagian Floating Point Pembagian Page 68 / 349

69 Kesimpulan Page 69 / ALU mempunyai input Register dan Control Unit, sedangkan outputnya adalah Register dan Flag 2. Operasi bilangan integer pada ALU kebanyakan menggunakan representasi komplemen dua 3. Opeasi pengurangan adalah menggunakan operasi penambahan dengan bilangan negatif operator yang kedua 4. Representasi floating point pada format 32 bit terdiri terdapat 3 bagian yaitu 1 bit menyatakan tanda, 8 bit menyatakan exponensial, 23 menyatakan bilangan di belakang koma 5. Operasi pada representasi floating point dioperasikan secara terpisah antara bilangan dan pan gkatnya

70 Soal / Tugas Page 70 / 349 Buatlah latihan berikut dalam repesentasi komplemen Dengan Algoritma booth operasikan perkalian dibawah ini 5*7 6*3 3*4 7*2 Dengan Algoritma booth pembagian komplement dua 5/7 6/3 3/4 7/2

71 Soal / Tugas Page 71 / 349 Tuliskan representasi floating point untuk bilangan di bilangan dibawah ini. 7,625 0,5 8, ,125 Berapakah nilai floating point dari bilangan berikut DA1F7000 FA51DA00 4A4A7000 Kalikanlah kedua bilangan tersebut diatas (a dan b) DA1F7000 dikali dengan : FA51DA00

72 Set Instruksi Pertemuan 4 Page 72 / 349

73 Tujuan Page 73 / 349 Memahami representasi set instruksi, dan jenis-jenis format instruksi Mengetahui jenis-jenis type operand digunakan Macam-macam macam Mode pengalamatan Format Instruksi Format Instruksi pada Pentium Memahami Implementasi Set Instruksi pada Pentium II

74 Sasaran Page 74 / 349 Pengetahuan mengenai set instruksi sangat dirasakan manfaatnya oleh programer bahasa tinggat rendah, seperti bahasa asembler. Bagi programer bahasa tingkat rendah sangat memerlukan informasi tentang penggunaan register dan spesifikasinya, struktur memori, maupun format instruksinya. Bab ini akan mengupas tentang karakteristik mesin instruksi, tipe tipe operasi,, mode pengalamatan dan format instruksi

75 3.1. Karakteristik Mesin Instruksi Page 75 / 349 Instruksi mesin (machine intruction) ) yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU. Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (instruction set) CPU. Mempelajari karakteristik instruksi mesin, meliputi Elemen elemen intruksi mesin Representasi instruksinya Jenis jenis instruksi Penggunaan alamat Rancangan set instruksi

76 1. Elemen Instruksi Mesin Page 76 / 349 Untuk dapat dieksekusi PCU suatu instruksi harus berisi elemen informasi yang diperlukan CPU secara lengkap dan jelas, Apa saja elemennya? 1. Operation code (Op code) Menspesifikasi operasi yang akan dilakukan. Kode operasi berbentuk kode biner 2. Source Operand reference Operasi dapat berasal dari lebih satu sumber.. Operand adalah input operasi 3. Result Operand reference Merupakan hasil atau keluaran operasi 4. Next Instruction Reference Elemen ini menginformasikan CPU posisi instruksi berikutnya yang harus diambil dan dieksekusi

77 Operand dari operasi Page 77 / 349 Melihat dari sumbernya,, operand suatu operasi dapat berada di salah satu dari ketiga daerah berikut ini : Memori utama atau memori virtual Register CPU Perangkat I/O

78 2. Representasi Instruksi Page 78 / 349 Instruksi komputer direpresentasikan oleh sekumpulan bit. Instruksi dibagi menjadi beberapa field. Field field ini diisi oleh elemen elemen instruksi yang membawa informasi bagi operasi CPU. Layout instruksi dikenal dengan format instruksi

79 Format instruksi Opcode Alamat Page 79 / 349 Kode operasi (opcode) direpresentasi kan dengan singkatan singkatan, yang disebut mnemonic. Mnemonic mengindikasikan suatu operasi bagi CPU. Contoh mnemonic adalah : ADD = penambahan SUB = substract (pengurangan) LOAD = muatkan data ke memori

80 Page 80 / 349 Contoh representasi operand secara simbolik : ADD X, Y artinya : tambahkan nilai yang berada pada lokasi Y ke isi register X, dan simpan hasilnya di register X. Programer dapat menuliskan program bahasa mesin dalam bentuk simbolik. Setiap opcode simbolik memiliki representasi biner yang tetap dan programer dapat menetapkan lokasi masing masing operand

81 3. Jenis Jenis Instruksi Page 81 / 349 Contoh suatu ekspresi bilangan : X = X + Y ; X dan Y berkorespondensi dengan lokasi 210 dan 211. Pernyataan dalam bahasa tingkat tinggi tersebut mengintruksikan komputer untuk melakukan langkah berikut ini : Muatkan sebuah register dengan isi lokasi memori 210. Tambahkan isi lokasi memori 211 ke register. Simpan isi register ke lokasi memori 210

82 Korelasi Page 82 / 349 Terlihat hubungan antara ekspresi bahasa tingkat tinggi dengan bahasa mesin. Dalam bahasa tingkat tinggi, operasi dinyatakan dalam bentuk aljabar singkat menggunakan variabel. Dalam behasa mesin hal tersebut diekpresikan dalam operasi perpindahan antar register

83 Page 83 / 349 Dapat ditarik kesimpulan bahwa instruksi instruksi mesin harus mampu mengolah data sebagai implementasi keinginan keinginan kita. Terdapat kumpulan unik set instruksi,, yang dapat digolongkan dalam jenis jenisnya, yaitu Pengolahan data (data processing), meliputi operasi operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika memiliki kemampuan komputasi untuk pengolahan data numerik. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadap bit bit word sebagai bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuan untuk pengolahan data lain Perpindahan data (data movement), berisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O. Untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan instruksi - instruksi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan Penyimpanan data (data storage), berisi instuksi instruksi penyimpanan ke memori. Instuksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya,, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakan penyimpanan walaupun sementara Kontrol aliran program (program flow control), berisi instruksi pengontrolan operasi dan pencabangan. Instruksi ini berguna untuk pengontrolan status dan mengoperasikan pencabangan ke set instruksi lain

84 4. Jumlah Alamat Page 84 / 349 Jumlah register atau alamat yang digunakan dalam operasi CPU tergantung format operasi masing masing CPU. Ada format operasi yang menggunakan 3, 2, 1 dan 0 register. Umumnya yang digunakan adalah 2 register dalam suatu operasi. Desain CPU saat ini telah menggunakan 3 alamat dalam suatu operasi, terutama dalam MIPS (million instruction per secon).

85 Page 85 / 349 Alamat per instruksi yang lebih sedikit akan membuat instruksi lebih sederhana dan pendek, tetapi lebih sulit mengimplementasikan fungsi fungsi yang kita inginkan. Karena instruksi CPU sederhana maka rancangan CPU juga lebih sederhana. Jumlah bit dan referensi per instruksi lebih sedikit sehingga fetch dan eksekusi lebih cepat. Jumlah instruksi per program biasanya jauh lebih banyak Pada jumlah alamat per instruksi banyak, jumlah bit dan referensi instruksi lebih banyak sehingga waktu eksekusi lebih lama. Diperlukan register CPU yang banyak, namun operasi antar register lebih cepat. Lebih mudah mengimplementasikan fungsi fungsi yang kita inginkan. Jumlah instruksi per program jauh lebih sedikit. Untuk lebih jelas perhatikan contoh instruksi instruksi dengan jumlah register berbeda untuk menyelesaikan persoalan yang sama

86 Page 86 / 349 Contoh penggunaan set instruksi dengan alamat 1, 2, dan 3 untuk menyelesaikan operasi hitungan Y = (A B) (C + D* E)

87 Contoh instruksi 2 dan 3 alamat Page 87 / 349

88 Instruksi 1 alamat Page 88 / 349

89 Spesifikasi instruksi 3 alamat : Page 89 / 349 Simbolik : a = b + c. Format alamat : hasil,, operand 1, operand 2 Digunakan dalam arsitektur MIPS. Memerlukan word panjang dalam suatu instruksi.

90 Spesifikasi instruksi 2 alamat : Page 90 / 349 Simbolik : a = a + b. Satu alamat diisi operand terlebih dahulu kemudian digunakan untuk menyimpan hasilnya. Tidak memerlukan instruksi yang panjang. Jumlah instruksi per program akan lebih banyak daripada 3 alamat. Diperlukan penyimpanan sementara untuk menyimpan hasil.

91 Spesifikasi instruksi 1 alamat : Page 91 / 349 Memerlukan alamat implisit untuk operasi. Menggunakan register akumulator (AC) dan digunakan pada mesin lama. Spesifikasi instruksi 0 alamat : Seluruh alamat yang digunakan implisit. Digunakan pada organisasi memori, terutama operasi stack

92 5. Rancangan Set Instruksi Page 92 / 349 Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan set instruksi, karena rancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya. Set instruksi menentukan banyak fungsi yang harus dilakukan CPU. Set instruksi merupakan alat bagi para pemrogram untuk mengontrol kerja CPU. Pertimbangan : Kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi

93 Masalah rancangan yang fundamental meliputi : Page 93 / 349 Operation repertoire : Berapa banyak dan operasi operasi apa yang harus tersedia Sekompleks apakah operasi itu seharusnya Data types : Jenis data Format data Instruction format Panjang instruksi, Jumlah alamat, Ukuran field Registers Jumlah register CPU yang dapat direferensikan oleh instruksi, dan fungsinya Addressing mode untuk menspesifikasi alamat suatu operand

94 3.2. Tipe Operasi Page 94 / 349 Dalam perancangan arsitektur komputer, jumlah kode operasi akan sangat berbeda untuk masing masing komputer, tetapi terdapat kemiripan dalam jenis operasinya

95 Jenis Operasi Komputer Page 95 / 349 Transfer data. Konversi Aritmetika. - Input/Output Logika. - Kontrol sistem dan transfer kontrol

96 Operasi set instruksi secara umum Page 96 / 349

97 Operasi set instruksi secara umum Page 97 / 349

98 Operasi set instruksi secara umum Page 98 / 349

99 Operasi set instruksi secara umum Page 99 / 349

100 Operasi set instruksi secara umum Page 100 / 349

101 Transfer Data Page 101 / 349 Instruksi tranfer data harus menetapkan : Lokasi operand sumber Lokasi operand tujuan Panjang data yang akan dipindahkan Mode pengalamatannya Apabila sebuah atau kedua operand berada di dalam memori, maka CPU harus melakukan sebagian atau seluruh tindakan berikut : 1. Menghitung alamat memori,, yang didasarkan pada mode alamatnya. 2. Apabila alamat mengacu pada virtual memori harus dicari alamat memori sebenarnya. 3. Menentukan apakah alamat berada dalam cache memori. 4. Bila di cache tidak ada, dikeluarkan perintah ke modul memori

102 Set Instruksi Pertemuan 5 Page 102 / 349

103 Tujuan Page 103 / 349 Memahami representasi set instruksi, dan jenis-jenis format instruksi Mengetahui jenis-jenis type operand digunakan Macam-macam macam Mode pengalamatan Format Instruksi Format Instruksi pada Pentium Memahami Implementasi Set Instruksi pada Pentium II

104 Sasaran Page 104 / 349 Pengetahuan mengenai set instruksi sangat dirasakan manfaatnya oleh programer bahasa tinggat rendah, seperti bahasa asembler. Bagi programer bahasa tingkat rendah sangat memerlukan informasi tentang penggunaan register dan spesifikasinya, struktur memori, maupun format instruksinya. Bab ini akan mengupas tentang karakteristik mesin instruksi, tipe tipe operasi,, mode pengalamatan dan format instruksi

105 3.1. Karakteristik Mesin Instruksi Page 105 / 349 Instruksi mesin (machine intruction) ) yang dieksekusi membentuk suatu operasi dan berbagai macam fungsi CPU. Kumpulan fungsi yang dapat dieksekusi CPU disebut set instruksi (instruction set) CPU. Mempelajari karakteristik instruksi mesin, meliputi Elemen elemen intruksi mesin Representasi instruksinya Jenis jenis instruksi Penggunaan alamat Rancangan set instruksi

106 Arithmatika Page 106 / 349 Komputer menyediakan operasi aritmetika seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Operasi tersedia dalam bentuk fixed point maupun floating point. Operasi lain, terutama untuk operand tunggal seperti: : absolute, negate, increment, dan decrement disediakan untuk keperluan pembentukan fungsi operasi

107 Logika Page 107 / 349 Arsitektur CPU menyediakan operasi Boolean. Operasi ini untuk memanipulasi bit bit word maupun alamat dalam membentuk operasi fungsi yang diinginkan Contoh : (R1) = (R2) = (R1) AND (R2) =

108 Logika Page 108 / 349

109 Apa Gunanya? Page 109 / 349 Operasi pergeseran logika sangat berguna dalam perpindahan data serial maupun pemecahan word menjadi beberapa bagian, misal 16 bit menjadi 8 bit. Dalam operasi penggeseran aritmetika,, data diperlakukan sebagai integer bertanda dan tidak akan menggeser bit tandanya. Pergeseran ini biasanya untuk menangani overflow maupun underflow. Operasi rotasi berfungsi untuk membawa seluruh bit secara berurutan ke bit yang paling kiri. Bit bit tersebut dapat diidentifikasikan dengan pemeriksaan tanda dari datanya (diperlakukan sebagai bilangan).

110 Konversi Page 110 / 349 Instruksi konversi adalah instruksi yang mengubah format data. Contoh Pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner atau sebaliknya. Pengubahan kode 8 bit menjadi kode lainnya

111 Input/Output Page 111 / 349 Instruksi input/output telah dibahas pada matakuliah Organisasi Komputer. Instruksi ini berhubungan dengan kerja modul I/O terhadap CPU

112 Kontrol Sistem Page 112 / 349 Instruksi ini merupakan instruksi khusus (priveleged instruction) yang hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam kondisi khusus atau sedang mengeksekusi program yang berada pada areal khusus. Instruksi ini digunakan dalam sistem operasi. Contoh Instruksi untuk membaca atau mengubah kunci proteksi penyimpanan (S/370), Instruksi untuk akses blok kontrol proses pada sistem multiprogramming, mode kernel, dan lain - lain

113 Pemindahan Kontrol Page 113 / 349 Instruksi kali ini akan sangat berbeda karena instruksi instruksi sebelumnya adalah operasi bagi operand, sedangkan kali ini adalah instruksi yang dilakukan oleh instruksi berikutnya

114 Operasi transfer kontrol untuk apa? Page 114 / 349 Adanya aplikasi yang berulang dilakukan Adanya fungsi fungsi persyaratan, yaitu operasi akan dilakukan apabila kondisi syaratnya terpenuhi Untuk kemudahan dalam pemrograman, yaitu program besar dapat dipecah pecah menjadi program kecil yang modular

115 Set instruksi Operasi transfer kontrol Page 115 / 349 Branch (percabangan( percabangan) Skip (lompat/lewati( lompat/lewati) Subroutine call

116 Instruksi percabangan BRE R1, R2, X ; bercabang ke X bila isi R1 = R2 Page 116 / 349

117 Instruksi skip Page 117 / 349 Merupakan bentuk pemindahan kontrol lainnya. Menyatakan bahwa sebuah instruksi dapat dilewati. Tidak memerlukan field alamat tujuan ISZ R1 ; Increment and Skip if Zero (tambahkan program counter (PC) dengan nilai 1 dan melompat ke instruksi berikutnya bila nilai register 1 adalah zero (0)).

118 Subrutin Page 118 / 349 adalah bentuk pemindahan kontrol lainnya adalah program modular yang merupakan bagian dari program komputer yang lebih besar. berguna bila potongan program tersebut digunakan berulang kali sehingga akan memudahkan dalam pemrograman

119 Mekanismenya bagaimana? Page 119 / 349 Melibatkan dua instruksi dasar Instruksi pemanggilan (call instruction) yang bercabang ke lokasi subrutin Instruksi kembali (return instruction) yang menggembalikan ke program pemanggilnya

120 Urutan eksekusi bersarang Page 120 / 349

121 Mengapa menyimpan informasi? Page 121 / 349 Karena pemanggilan subrutin dari sembarang tempat Untuk mekanisme kembali dari subrutin ke program utamanya. Tempat yang digunakan untuk penyimpanan adalah Register Awal Subrutin (Start of Subroutine) Puncak Stack (Top of Stack)

122 Ada Contoh? Page 122 / 349 Operasi CALL X, X apa yang terjadi? RN PC + PC X RN adalah register yang digunakan untuk menyimpan alamat kembali. X adalah lokasi subrutin. Proses ini X sebagai alamat subrutin dimasukkan ke dalam program counter (PC) untuk dieksekusi. Subrutin yang dipanggil dapat menyimpan RN untuk digunakan dalam return nantinya. Sedangkan dalam metode penyimpanan awal subrutin, operasi CALL X ditandai dengan tindakan : X PC + PC X + 1 Dengan operasi tersebut, maka subrutin secara otomatis menyimpan alamat untuk mekanisme kembali ke program utama

123 Ada Contoh? Page 123 / 349 Sistem stack sebagai penyimpanan Saat CPU mengeksekusi perintah CALL CPU akan menaruh alamat pengembalian di atas stack. Metode ini lebih umum dan baik, Why? Pendekatan ini mampu mengakomodasikan subrutin reentrant. Subrutin reentrant adalah subrutin yang memungkinkan pembukaan beberapa call dalam waktu bersamaan. Instruksi CALL mengharuskan adanya pelewatan paramater (parameter passing) pada register. Parameter tersebut sekaligus dapat disimpan pada stack

124 Penggunakan stack pada instruksi pemanggilan Page 124 / 349

125 Mode Pengalamatan Pertemuan 6 Page 125 / 349

126 3.3. Mode Pengalamatan Page 126 / 349 Mengatasi keterbatasan format instruksi Dapat mereferensi lokasi memori yang besar Mode pengalamatan yang mampu menangani keterbatasan tersebut Masing masing prosesor menggunakan mode pengalamatan yang berbeda beda. Memiliki pertimbangan dalam penggunaannya. Ada beberapa teknik pengelamatan Immediate Addressing Direct Addressing Indirect Addressing Register Addressing Register Indirect Addressing Displacement Addressing Stack Addressing

127 Immediate Addressing (1) Page 127 / 349 Bentuk pengalamatan ini yang paling sederhana? Operand benar benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = Operand sama dengan field alamat. Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplemen dua. Bit paling kiri sebagai bit tanda. Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda akan digeser ke kiri hingga maksimum word data Contoh : ADD 5 ; tambahkan 5 pada akumulator

128 Immediate Addressing (+)&(-) Page 128 / 349 Keuntungan Mode ini adalah tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand. Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat. Kerugiannya Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

129 Direct Addressing (2) Page 129 / 349 Pengalamatan langsung Kelebihan : Field alamat berisi efektif address sebuah operand. Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil. Hanya memerlukan sebuah memerlukan kalkulasi khusus. referensi memori dan tidak Kelemahan : Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word Contoh : ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

130 Indirect Addressing (3) Page 130 / 349 Mode pengalamatan tak langsung Field alamat mengacu pada alamat word di dalam memori,, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang Contoh : ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

131 Indirect Addressing (+)&(-) Page 131 / 349 Keuntungan Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi. Kerugian Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

132 Register Addressing (4) Page 132 / 349 Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung. Perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama. Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose.

133 Register Addressing (+)&(-) Page 133 / 349 Keuntungan pengalamatan register Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori. Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat. Kerugian Ruang alamat menjadi terbatas

134 Register Indirect Addressing (5) Page 134 / 349 Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung. Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register. Letak operand berada pada memori yang ditunjuk oleh isi register. Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung. Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak. Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan,, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung

135 Displacement Addressing (6) Page 135 / 349 Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung. Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit. Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register

136 Displacement Addressing (6) Page 136 / 349 Operand berada pada alamat A ditambah isi register. Tiga model displacement Relative Addressing Base Register Addressing Indexing

137 Displacement Addressing Page 137 / 349 Relative addressing, register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC). Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat. Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand operand berikutnya. Base register addressing, register yang direferensikan berisi sebuah alamat memori, dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu. Referensi register dapat eksplisit maupun implisit. Memanfaatkan konsep lokalitas memori. Indexing adalah field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut. Merupakan kebalikan dari model base register. Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing. Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program program iteratif

138 Stack Addressing (7) Page 138 / 349 Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in in-first-out-queue. Stack merupakan blok lokasi yang terbalik. Butir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap saat blok akan terisi secara parsial. Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack. Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack ponter mereferensi ke elemen ketiga stack. Stack pointer tetap berada di dalam register. Dengan demikian, referensi referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

139 Mode pengalamatan (tabel tabel) Page 139 / 349

140 3.4. Mode Pengalamatan Pentium Page 140 / 349 Pentium dilengkapi bermacam macam mode pengalamatan untuk memudahkan bahasa bahasa tingkat tinggi mengeksekusinya secara efisien.

141 Page 141 / 349

142 Mode pengalamatan pentium Page 142 / 349 Keterangan : SR = register segment PC = program counter A = isi field alamat B = register basis I = register indeks S = faktor skala

143 Mode pengalamatan pentium Page 143 / 349 Mode immediate Operand berada di dalam instruksi. Operand dapat berupa data byte, word maupun doubleword Mode operand register, operand adalah isi register. Beberapa macam jenis register register 8 bit (AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL, DL) register 16 bit (AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP, BP) register 32 bit (EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, ESP, EBP) register 64 bit yang dibentuk dari register 32 bit secara berpasangan. register 8, 16 dan 32 merupakan register untuk penggunaan umum (general purpose register). register 64 bit biasanya untuk operasi floating point. register segmen (CS, DS, ES, SS, FS, GS)

144 Mode pengalamatan pentium Page 144 / 349 Mode displacement Alamat efektif berisi bagian bagian instruksi dengan displacement 8, 16, atau 32 bit. Dengan segmentasi, seluruh alamat dalam instruksi mengacu ke sebuah offset di dalam segmen. Dalam Pentium, mode ini digunakan untuk mereferensi variabel variabel global

145 Mode Pengalamatan Pertemuan 7 Page 145 / 349

146 3.3. Mode Pengalamatan Page 146 / 349 Mengatasi keterbatasan format instruksi Dapat mereferensi lokasi memori yang besar Mode pengalamatan yang mampu menangani keterbatasan tersebut Masing masing prosesor menggunakan mode pengalamatan yang berbeda beda. Memiliki pertimbangan dalam penggunaannya. Ada beberapa teknik pengelamatan Immediate Addressing Direct Addressing Indirect Addressing Register Addressing Register Indirect Addressing Displacement Addressing Stack Addressing

147 Mode pengalamatan pentium Page 147 / 349 Mode base Pengalamatan indirect yang menspesifikasi saru register 8, 16 atau 32 bit berisi alamat efektifnya. Base with displacement mode Instruksi mempunyai diplacement yang akan ditambahkan ke register basisi. Umumnya termasuk general purpose register. Contoh penggunaan mode ini adalah digunakan kompiler untuk menunjuk awal daerah variabel, untuk mengindeks suatu larik, dan digunakan untuk mengakses field sebuah record

148 Mode pengalamatan pentium Page 148 / 349 Mode scaled index with diplacement Instruksi mengandung diplacement yang akan ditambahkan ke register indeks. Register indeks dapat berupa sembarang register kecuali ES yang umumnya untuk pengolahan stack. Dalam perhitungan alamat efektif, isi register indeks dikalikan dengan 1, 2, 4, atau 8 dan kemudian ditambahkan ke diplacement. Mode ini sangat cocok untuk pengindekan larik. Faktor skala 2 digunakan untuk larik integer 16 bit, skala 4 untuk larik integer 32 bit dan faktor skala 8 untuk bilangan floating point

149 Mode Pengalamatan pentium Page 149 / 349 Base with index and diplacement mode menjumlahkan isi register basis, register indeks, dan diplacement untuk mendapatkan alamat efektifnya. Register basis dan register indeks dapat berupa sembarang register, kecuali ESP. Contoh : Untuk mengakses larik lokal pada stack frame. Mode ini juga dapat digunakan untuk mendukung larik dua dimensi, diplacement menunjuk awal larik dan satiap register menangani satu dimensi larik

150 Mode Pengalamatan pentium Page 150 / 349 Base scaled index with diplacement mode Alamat efektif diperoleh dari penjumlahan isi register indeks yang dikalikan dengan faktor skala Isi register basis, dan diplacement. Mode ini sangat berguna untuk pengaksesan larik pada stack frame

151 Mode pengalamatan pentium Page 151 / 349 Mode relative addressing Digunakan dalam instruksi instruksi tranfer kontrol. Diplacement ditambahkan ke program counter (PC), yang menunjuk ke instruksi berikutnya

152 3.5. Format Instruksi Page 152 / 349 Format instruksi menentukan susunan dan tata letak bit suatu instruksi. Format intruksi harus mencakup opcode serta implisit dan eksplisit operand. Biasanya set instruksi memiliki lebih dari satu format instruksi. Inti dari format instruksi adalah menentukan panjang instruksi dan alokasi bit dalam instruksi tersebut

153 Panjang Instruksi Page 153 / 349 Penentuan panjang intruksi mempengaruhi dan dipengaruhi oleh Ukuran memori Organisasi memori Struktur bus Kompleksitas CPU Kecepatan CPU - Bahasan RISC -

154 Penentuan panjang instruksi? Page 154 / 349 Pertimbangan : (INSTRUKSI) Instruksi yang kompleks mempengaruhi perancangan perangkat keras prosesor, karena fungsi fungsi yang disajikan CPU harus diimplementasikan dalam perangkat keras. Semakin kompleks perangkat keras, tentunya akan meningkatkan faktor biaya walau belum tentu meningkatkan kinerja komputer secara keseluruhan. Penentuan panjang instruksi menjadi sangat essensi untuk mencapai kinerja komputer yang maksimal

155 Penentuan panjang instruksi? Page 155 / 349 Pertimbangan : (PROGRAMMER) Menginginkan opcode,, operand, dan mode pengalamatan yang lebih banyak serta range alamat yang lebih besar karena semua itu akan mempermudah pemrogram mengimplementasikan keinginannya dalam program. Pertimbangannya bahwa opcode,, operand dan mode pengalamatan yang lebih banyak akan membutuhkan ruang yang lebih besar. Instruksi 32 bit akan menempati ruang dua kali lebih banyak daripada instruksi 16 bit, namun kegunaannya mungkin tidak akan dua kali lebih banyak

156 Penentuan panjang instruksi? Pertimbangan lain : Page 156 / 349 Panjang instruksi harus sama dengan panjang perpindahan memori (pada sistem bus, panjang bus data) dan panjang instruksi seharusnya merupakan kelipatan panjang instruksi lainnya. Hal ini harus dipertimbangkan untuk mendapatkan optimalisasi proses eksekusi instruksi nantinya, baik kecepatan perpindahan maupun alokasi memorinya. Kecepatan perpindahan data tidak dapat diatasi dengan menambah kecepatan prosesor. Kecepatan prosesor hanya berhubungan dengan eksekusi insternalnya, sedangkan kecepatan perpindahan tergantung bus, memori, dan data itu sendiri. Cara meningkatkan kecepatan perpindahan data adalah dengan menggunakan cache memori dan menggunakan instruksi instruksi yang lebih pendek

157 Penentuan panjang instruksi? Page 157 / 349 Panjang instruksi harus merupakan kelipatan panjang karakter,, yang umumnya 8 bit, dan kelipatan panjang bilangan fixed point. Diabaikan? Terjadi pemborosan bit pada setiap word ketika sejumlah karakter disimpan di dalamnya Keputusan salah yang pernah diambil IBM Mengeluarkan arsitektur prosesor 36 bit, terjadi banyak pemborosan karena ukuran karakter 8 bit. Arsitektur tersebut diganti dengan arsitektur 32 bit

158 Bagaimana dengan Alokasi Bit? Page 158 / 349 Inti dalam alokasi bit adalah berada pada untung rugi antara jumlah opcode dengan kemampuan pengalamatannya. Opcode yang banyak akan menyebabkan bit yang lebih banyak pada field opcode,, yang secara otomatis akan mengurangi jumlah bit untuk pengalamatan. Faktor yang merupakan hal hal yang penting dalam menentukan penggunaan bit bit pengalamatan : Jumlah mode pengalamatan Jumlah operand Register vs memori Jumlah set register Jangkauan alamat Granularitas alamat

159 Page 159 / 349 Jumlah mode pengalamatan Mode pengalamatan dapat dilakukan secara implisit atau eksplisit,, yang kesemuanya memerlukan jumlah bit yang berbeda Jumlah operand Jumlah operand sangat mempengaruhi kemampuan instruksi. Jumlah operand yang sedikit biasanya akan menjadikan instruksi yang panjang dalam suatu fungsi Register vs memori Penggunaan register maupun memori membutuhkan jumlah bit yang berbeda. Pada pengalamatan implisit dengan register akan dibutuhkan bit lebih kecil dari pada mode pengalamatan langsung ke memori

160 Page 160 / 349 Jumlah set register Jumlah set register juga mempengaruhi penggunaan bit bit instruksi. General purpose register yang umumnya dimiliki hampir seluruh arsitektur komputer dapat digunakan untuk register alamat maupun register instruksi Jangkauan alamat untuk alamat alamat yang mereferensi memori secara eksplisit, jangkauan ditentukan oleh jumlah bit yang digunakan untuk pengalamatan. Pertimbangan menggunakan mode displacement patut dipertimbangkan untuk memiliki jangkauan pengalamatan yang besar Granularitas alamat : Pengalamatan yang mereferansi memori dapat digunakan pengalamatan yang mereferensi word atau byte

161 3.6. Format Instruksi Pentium Page 161 / 349 Arsitektur Pentium dilengkapi bermacam macam format instruksi. Instruksi instruksinya dibangun mulai dari nol hingga empat prefiks instruksi opsional, sebuah opcode satu atau dua byte, specifier alamat opsional,, yang terdiri dari Mod r/m byte dan scale index byte (SIB), sebuah opsional displacement, dan opsional immidiate

162 Format Instruksi Pentium Page 162 / 349

163 Bagian prefix byte Page 163 / 349 Instruction Prefixes Biasa Berisi : Prefiks Lock dan Prefiks perulangan. Prefiks Lock yang digunakan untuk keamanan penggunaan shared memory yang eksklusif dalam lingkugan multiprosesor. Prefiks perulangan berguna untuk uperasi perulangan yang dapat diproses lebih cepat daripada menggunakan loop perangkat lunak biasa Segment Override Menspesifikasi register segmen yang harus dipakai instruksi Mengesampingkan (override) pilihan register segmen default yang dihasilkan Pentium untuk instruksi tersebut

164 Bagian prefix byte Page 164 / 349 Address Size Prosesor dapat mengalamati memori dengan menggunakan alamat 16 bit atau 32 bit. Ukuran alamat menentukan ukuran displacement dalam instruksi dan ukuran offset alamat yang dihasilkan selama perhitungan alamat efektif berlangsung. Prefiks ukuran alamat digunakan untuk mengubah alamat 16 bit ke 32 bit dan sebaliknya Operand Size Instruksi memiliki ukuran operand default 16 bit dan 32 bit Prefiks operand mengubah operand 16 bit ke 32 bit dan sebaliknya

165 Field Instruksi Page 165 / 349 Opcode Opcode dapat mencakup bit bit yang menspesifikasikan apakah suatu data merupakan byte atau full-size, arah operasi data, dan apakah immediate data field harus merupakan sign-extended Mod r/m SIB Memberikan informasi pengalamatan. Byte Mod r/m menspesifikasikan apakah operand berada di dalam register atau berada di dalam memori. Apabila operand berada di dalam memori, maka field field yang berada di dalam byte akan menspesifikasi mode pengalamatan yang akan dipakai Berisi skala indeks register dan base register Displacement Bila mode pengalamatan menggunakan mode ini maka akan ditambahkan field displacement integer bertanda 8 bit, 16 bit atau 32 bit Immadiate Memberikan nilai operand 8 bit, 16 bit atau 32 bit

166 Offset vs Flexibilitas Page 166 / 349 Format Pentium memungkinkan menggunakan offset tidak hanya 1 byte saja tetapi dapat 2 byte atau 4 byte yang ditujukan untuk keperluan indexing. Walaupun pemakaian offset menyebabkan instruksi lebih panjang, tetapi fitur ini memberikan fleksibilitas yang dibutuhkan

167 Kesimpulan Page 167 / 349 Instruksi = biner Bagian opcode Bagian alamat Tipe data dan jenis instruksi digolongkan kebeberapa kelompok Panjang bit Opcode mempengaruhi jumlah jenis instruksi Jumlah bit Alamat mempengaruhi jangkauan alamat yang bisa digunakan Terdapat berbagai macam mode pengalamatan digunakan sesuai dengan kondisi

168 Soal - Soal Page 168 / 349 Jelaskan hubungan antara jumlah bit pada opcode dengan jumlah instruksi yang ada! Jelaskan hubungan antara jumlah bit pada Alamat yang ada di set instruksi dengan jumlah alamat yang bisa di jangkau! Bagaimana cara agar set instrusi jumlah dapat menambah jangkauan pada memori! Jelakan kapan dan pada saat apa mode pengalamatan digunakan

169 Struktur dan Fungsi CPU Pertemuan 8 Page 169 / 349

170 Tujuan Page 170 / 349 Mengerti struktur dan Fungsi CPU yaitu dapat melakukan Fech Instruksi,, Interpreter instuksi, Fech data, exekusi, dan menyimpan kembali. Serta struktur dari register macam-macam register dan fungsinya Mengerti aliran data pada siklus pengambilan, siklus tak langsung, siklus interupt, Mengerti pipelining, dan mengerti teknik-teknik menangani percabangan pada pipelining

171 Materi Page 171 / 349 Bagian ini membahas aspek aspek struktur dan fungsi CPU untuk dasar pembahasan bab berikutnya, yaitu RISC. Fokus bab struktur dan fungsi CPU adalah organisasi prosesor dan register, siklus instruksi dan strategi dalam metode pipelining

172 4.1. Organisasi Prosesor Perhatikan mekanisme dan persyaratan yang terdapat pada CPU Page 172 / 349 Aktivitas yang dilakukan CPU Apa saja?

173 ? Aktivitas CPU Page 173 / 349 Fetch Instruction/Mengambil Instruksi,, CPU harus membaca instruksi dari memori Interpret Data/Mengambil Data, eksekusi suatu instruksi mungkin memerlukan pembacaan data dari memori atau modul I/O Fetch Data/Mengambil Data, ksekusi suatu instruksi mungkin memerlukan pembacaan data dari memori atau modul I/O Process Data/Mengolah Data, eksekusi suatu instruksi mungkin memerlukan operasi aritmetika atau logika terhadap data Writa Data/Menulis Data, hasil eksekusi mungkin memerlukan penulisan data ke memori

174 CPU vs Tugas Page 174 / 349 Agar dapat melakukan tugas,, CPU harus : CPU menyimpan data untuk sementara waktu. CPU harus mengingat lokasi instruksi terakhir sehingga CPU akan dapat mengambil instruksi berikutnya. CPU perlu menyimpan instruksi dan data untuk sementara waktu pada saat instruksi sedang dieksekusi. CPU memerlukan memori internal berukuran kecil yang dikenal dengan register

175 Blok Diagram CPU Page 175 / 349

176 Remember please? What s CPU and its components? Page 176 / 349

177 CPU Page 177 / 349 ALU melakukan komputasi atau pengolahan data berdasar instruksi yang diberikan padanya Komponen-komponen utama CPU Arithmetic and logic unit (ALU) Register Control unit (CU). Control unit Mengontrol perpindahan data dan instruksi ke CPU atau dari CPU dan mengontrol operasi ALU. Selain itu menunjukkan memori internal minimum, yang terdiri dari beberapa lokasi penyimpan,, yang disebut register

178 CPU Page 178 / 349 Lintasan perpindahan data dan kontrol logika digambarkan, termasuk elemen yang diberi label bus CPU internal. Elemen ini dibutuhkan untuk memindahkan data antara bermaca-macam macam register dengan ALU, karena pada kenyataannya ALU hanya beroperasi pada data yang berada di dalam memori CPU internal Menunjukkan elemen- elemen dasar ALU

179 4.2. Organisasi Register Page 179 / 349 Sistem komputer menggunakan hirarki memori. Pada tingkatan yang atas, memori yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih mahal (per bit). Di dalam CPU terdapat sekumpulan register yang tingkatan memorinya berada di atas hirarki memori utama dan cache Apa fungsi register pada CPU?

180 Fungsi register CPU Page 180 / 349 User-visible Registers Register ini memungkinkan pemogram bahasa mesin dan bahasa assembler meminimalkan referensi main memori dengan cara mengoptimasi penggunaan register Control and Status Registers Register ini digunakan oleh unit kontrol untuk mengontrol operasi CPU dan oleh program sistem operasi untuk mengontrol eksekusi program Tidak terdapat pemisahan yang jelas antara kedua jenis register di atas

181 User Visible Register adalah register yang dapat direferensikan Page 181 / 349 dengan menggunakan bahasa mesin yang dieksekusi CPU. Kategorinya : General Purpose Data Alamat Kode-kode Kondisi

182 Page 182 / 349 General-purpose register dapat digunakan untuk berbagai fungsi oleh pemrogram. General-purpose register dapat berisi operand sembarang opcode. Pada kasus-kasus tertentu,, general-purpose register dapat digunakan untuk fungsi-fungsi pengalamatan (misalnya,, register indirect, displacement). Pada kasus lainnya, terdapat partial atau batasan yang jelas antara register data dengan register alamat

183 Register Data dan Alamat? Page 183 / 349 Register data hanya dapat dipakai untuk menampung data dan tidak dapat digunakan untuk kalkulasi dan alamat operand. Register alamat menyerupai general- purpose register, atau register-register tersebut dapat digunakan untuk mode pengalamatan tertentu Bagaimana Contohnya?

184 Page 184 / 349 Segment Pointer, Register segmen menyimpan alamat berbasis segmen. Mungkin terdapat beberapa register, misalnya satu register untuk sistem operasi dan satu register untuk proses saat itu Register Index, Untuk alamat-alamat yang terindeks dan mungkin autoindexed Stack Pointer, apabila terdapat pengalaman stack yang user-visible, maka biasanya stack berada di dalam memori dan terdapat register dedicated yang menunjuk ke bagian atas stack. Memungkinkan pengalamatan implisit, yaitu push, pop, dan instruksi stack lainnya tidak perlu operand stack eksplisit

185 ? Masalah Page 185 / 349 Apakah perlu menggunakan general- purpose register seluruhnya atau hanya untuk keperluan-keperluan khusus saja? Jumlah register yang harus tersedia, baik general-purpose maupun register data dan register alamat?

186 Sharing (1) Page 186 / 349 Specifier operand hanya perlu mengidentifikasi salah satu kumpulan register khusus saja, dan tidak perlu mengidentifikasi seluruhnya, karena itu akan dapat menghemat bit. Kekhususan ini membatasi fleksibilitas pemrogram. Tidak terdapat solusi akhir bagi masalah rancangan ini, namun seperti telah dinyatakan di atas, kecenderungan mengarah ke penggunaan register yang khusus

187 Sharing (2) Page 187 / 349 Jumlah register sangat menentukan kinerja suatu prosesor. Jumlah register juga berpengaruh pada rancangan set instruksi karena register yang lebih banyak akan memerlukan bits operand specifier yang lebih banyak pula. Register yang berukuran antara 8 hingga 32 dapat dikatakan optimum. Register yang jumlahnya lebih sedikit akan menghasilkan referensi memori yang lebih banyak,, register yang lebih banyak tidak akan mengurangi jumlah referensi memori secara berarti.

188 Control and Status Register Page 188 / 349 Bermacam-macam register CPU yang digunakan untuk mengontrol operasi CPU Non Visible vs Visible? Tidak visible bagi pengguna Visible terhadap instruksi mesin yang dieksekusi pada mode kontrol atau sistem operasi

189 Register yang penting bagi eksekusi instruksi Page 189 / 349 Program Counter (PC) atau Pencacah Program berisi alamat instruksi yang akan diambil Instruction Register (IR) berisi instruksi yang terakhir diambil Memori Address Register (MAR) berisi alamat sebuah lokasi di dalam memori Memori Buffer Register (MBR) berisi sebuah word data yang akan dituliskan ke dalam memori atau word yang terakhir dibaca

190 Program Status Word (PSW) adalah semua rancangan CPU mencakup sebuah register atau sekumpulan register Page 190 / 349 Berisi informasi status. Berisi kode kondisi dan informasi status lainnya

191 Common field atau flag, Apa saja? Page 191 / 349 Sign Berisi bit tanda hasil operasi aritmetika terakhir, negatif atau positf Zero Diset bila hasil sama dengan nol Carry Diset apabila operasi yang dihasilkan di dalam carry (penambahan) ke dalam bit yang lebih tinggi atau borrow (pengurangan( pengurangan) dari bit yang lebih tinggi. Digunakan untuk operasi aritmetika multiword

192 Common field atau flag, Apa saja? Page 192 / 349 Equal Disetel apabila hasil pembandingan logikanya sama Overflow Digunakan untuk mengindikasikan overflow perhitungan operasi aritmetika Interrupt Enable/Disable Digunakan untuk mengizinkan atau mencegah interrupt Supervisor Mengindikasikan apakah CPU sedang mengeksekusi dalam mode supervisor atau mode user. Instruksi tertentu hanya dapat dieksekusi dalam mode supervisor saja, dan daerah-daerah tertentu di dalam memori hanya dapat diakses dalam mode supervisor saja

193 Page 193 / 349 Terdapat beberapa register lainnya yang berkaitan dengan status dan kontrol yang dapat ditemukan di dalam rancangan CPU tertentu. Selain PSW, mungkin terdapat suatu pointer ke blok memori yang berisi informasi status tambahan (misalnya blok-blok kontrol proses). Pada mesin yang memakai interrupt bervektor, dapat disediakan register vektor interrupt

194 Page 194 / 349 Perancang harus menentukan jumlah informasi kontrol yang harus berada di dalam register dan jumlah yang berada di dalam memori. Keuntungan atau kerugiannya didasari pada pertimbangan biaya dengan kecepatan

195 Struktur dan Fungsi CPU Pertemuan 9 Page 195 / 349

196 Tujuan Page 196 / 349 Mengerti struktur dan Fungsi CPU yaitu dapat melakukan Fech Instruksi,, Interpreter instuksi, Fech data, exekusi, dan menyimpan kembali. Serta struktur dari register macam-macam register dan fungsinya Mengerti aliran data pada siklus pengambilan, siklus tak langsung, siklus interupt, Mengerti pipelining, dan mengerti teknik-teknik menangani percabangan pada pipelining

197 Materi Page 197 / 349 Bagian ini membahas aspek aspek struktur dan fungsi CPU untuk dasar pembahasan bab berikutnya, yaitu RISC. Fokus bab struktur dan fungsi CPU adalah organisasi prosesor dan register, siklus instruksi dan strategi dalam metode pipelining

198 4.3. Siklus Instruksi Ada beberapa sub-siklus siklus Apa saja? Page 198 / 349

199 Sub-siklus instruksi Page 199 / 349 Fetch Adalah siklus pengambilan data ke memori atau register Execute Menginterpretasikan opcode dan melakukan operasi yang diindikasikan Interrupt Apabila interrupt diaktifkan dan interrupt telah terjadi, simpan status proses saat itu dan layani interupsi

200 Siklus Tidak Langsung, Apa itu? Page 200 / 349 Eksekusi sebuah instruksi melibatkan sebuah operand atau lebih di dalam memori,, yang masing-masing operand memerlukan akses memori Pengambilan alamat-alamat tak langsung dapat dianggap sebagai sebuah subsiklus instruksi atau lebih

201 Siklus instruksi Page 201 / 349

202 Apakah ada cara pandang yang lain? Page 202 / 349 ADA Bagaimana?

203 Sifat siklus instruksi Page 203 / 349 Sekali instruksi telah diambil, maka operand specifier-nya harus diidentifikasikan. Kemudian seluruh operand input yang berada di dalam memori akan diambil, dan proses ini mungkin memerlukan pengalamatan tak langsung. Operand berbasis register tidak perlu diambil. Apabila opcode telah dieksekusi, proses yang sama akan diperlukan untuk menyimpan hasilnya di dalam memori

204 Diagram status siklus instruksi Page 204 / 349

205 Aliran data siklus pengambilan Urutan kejadian selama siklus instruksi tergantung pada rancangan CPU. Asumsi: sebuah CPU yang menggunakan register memori alamat (MAR), register memori buffer (MBR), pencacah program (PC), dan register instruksi (IR). Page 205 / 349 Prosesnya : Pada saat siklus pengambilan (fetch cycle), instruksi dibaca dari memori. PC berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diambil. Alamat ini dipindahkan ke MAR dan ditaruh di bus alamat. Unit kontrol meminta pembacaan memori dan hasinya disimpan di bus data dan disalin ke MBR dan kemudian dipindahkan ke IR. PC naik nilainya 1, sebaai persiapan untuk pengambilan selanjutnya. siklus selesai,, unit kontrol memeriksa isi IR untuk menentukan apakah IR berisi operand specifier yang menggunakan pengalamatan tak langsung

206 Aliran data siklus tak langsung Page 206 / 349 N bit paling kanan pada MBR, yang berisi referensi alamat, dipindahkan ke MAR. Unit kontrol meminta pembacaan memori, agar mendapatkan alamat operand yang diinginkan ke dalam MBR Siklus pengambilan dan siklus tak langsung cukup sederhana dan dapat diramalkan. Siklus instruksi (instruction cycle) mengambil banyak bentuk karena bentuk bergantung pada bermacam-macam instruksi mesin yang terdapat di dalam IR. Siklus meliputi pemindahan data di antara register-register, register, pembacaan atau penulisan dari memori atau I/O, dan atau penggunaan ALU

207 Aliran data siklus interupsi Page 207 / 349 Isi PC saat itu harus disimpan sehingga CPU dapat melanjutkan aktivitas normal setelah terjadinya interrupt. Cara: isi PC dipindahkan ke MBR untuk kemudian dituliskan ke dalam memori. Lokasi memori khusus yang dicadangkan untuk keperluan ini dimuatkan ke MAR dari unit kontrol. Lokasi ini berupa stack pointer. PC dimuatkan dengan alamat rutin interrupt. Akibatnya, siklus instruksi berikutnya akan mulai mengambil instruksi yang sesuai

208 4.4. Strategi Pipelining Page 208 / 349 Pipelining, Apa itu? Input baru akan diterima pada sebuah sisi sebelum input yang diterima sebelumnya keluar sebagai output di sisi lainnya Pendekatan : Pipelining instruksi mirip dengan penggunaan rangkaian perakitan pada pabrik. Rangkaian perakitan memanfaatkan kelebihan yang didapat dari fakta bahwa suatu produk diperoleh dengan melalui berbagai tahapan produksi. Dengan menaruh proses produksi di luar rangkaian perakitan, maka produk yang berada diberbagai tahapan dapat bekerja secara bersamaan.

209 Pipeline instruksi dua tahap Page 209 / 349

210 Pipeline? Pengolahan instruksi 1. Pengambilan instruksi 2. Pengeksekusian instruksi. Page 210 / 349 Terdapat waktu yang dibutuhkan selama proses eksekusi sebuah instruksi pada saat memori sedang tidak diakses. Waktu ini dapat digunakan untuk mengambil instruksi berikutnya secara paralel (bersamaan) dengan eksekusi instruksi saat itu

211 Tahapan Pipeline Tahapannya Independen Mengapa? Page 211 / 349 Tiap tahapan bekerja sendiri Kedua bekerja dalam waktu yang bersamaan Ada berapa?

212 Page 212 / 349 Ada 2 tahap Tahapan pertama mengambil instruksi dan mem-buffer buffer-kannya. Ketika tahapan kedua bebas, tahapan pertama mengirimkan instruksi yang di-buffer buffer-kan tersebut. Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membufferkan instruksi berikutnya. Proses ini disebut instruction prefetch atau fetch overlap

213 Efek Pipeline Mempercepat eksekusi instruksi. Page 213 / 349 Apabila tahapan pengambilan dan eksekusi instruksi memerlukan waktu yang sama, maka siklus instruksi akan berkurang menjadi separuhnya

214 Penggandaan kecepatan eksekusi tidak akan terjadi apabila beberapa hal terjadi Page 214 / 349 Apa saja alasannya? Bagaimana mengatasinya?

215 Alasan? Page 215 / 349 Umumnya waktu eksekusi akan lebih lama dibandingkan dengan pengambilan instruksi. Kenapa? Eksekusi akan meliputi pembacaan dan penyimpanan operand serta kinerja sejumlah operasi sehingga tahapan pengambilan mungkin perlu menunggu beberapa saat sebelum mengosongkan buffer-nya Instruksi pencabangan bersyarat akan membuat alamat instruksi berikutnya yang akan diambil tidak diketahui. Tahapan pengambilan harus menunggu sampai menerima alamat instruksi berikutnya dari tahapan eksekusi. Dengan demikian tahapan eksekusi harus menunggu pada saat fetch

216 Solusi Kerugian waktu yang diakibatkan tahapan kedua dapat dikurangi dengan cara : Page 216 / 349 Menebak = Prediksi

217 Aturan Prediksi? Page 217 / 349 Aturannya sederhana Instruksi pencabangan bersyarat dikirimkan dari tahapan pengambilan ke tahapan eksekusi, tahapan pengambilan mengambil instruksi berikutnya di dalam memori setelah terjadinya instruksi pencabangan itu. Apabila pencabangan tidak dilakukan, maka tidak akan terdapat watu yang hilang. Apabila pencabangan dilakukan, instruksi yang diambil harus dibuang dan instruksi yang baru harus diambil

218 Page 218 / 349 Faktor-faktor di atas mengurangi efektivitas pipeline dua tahap, namun terjadi juga beberapa percepatan. Untuk memperoleh percepatan lebih lanjut,, pipeline harus memiliki lebih banyak tahapan

219 Dekomposisi pengolahan instruksi Page 219 / 349 Fetch Instruction (FI) membaca instruksi berikutnya ke dalam buffer Decode Instruction (DI) menentukan opcode dan operand specifier Calculate Operand (CO) menghitung alamat efektif seluruh operand sumber.. Hal ini mungkin melibatkan displacement, register indirect, atau bentuk kalkulasi alamat lainnya Fetch Operand (FO) mengambil semua operand dari memori.. Operand-operand yang berada di register tidak perlu diambil Execute Instruction (EI) melakukan operasi yang diindikasikan dan menyimpan hasilnya Write Operand (WO) menyimpan hasilnya di dalam memori

220 Efek dekomposisi diatas apa? Page 220 / 349 Bermacam tahapan dapat memiliki durasi yang hampir sama Contoh bagaimana? Pipeline enam tahap dapat mengurangi waktu eksekusi 9 buah instruksi dari 54 satuan waktu menjadi 14 satuan waktu Bagaimana gambar prosesnya?

221 Diagram pewaktuan operasi Page 221 / 349

222 Faktor menghambat peningkatan kinerja? Page 222 / 349 Keenam tahapan memiliki durasi yang tidak sama, terjadi waktu tunggu pada beberapa tahapan pipeline Instruksi pencabangan bersyarat,, yang dapat mengagalkan beberapa pengambilan instruksi

223 Contoh Branch Page 223 / 349 Asumsi: Instruksi 3 adalah pencabangan bersyarat instruksi 15. Sampai saat instruksi dieksekusi, tidak terdapat cara untuk mengetahui instruksi mana yang akan terjadi kemudian. Instruksi 4 sampai 14 tidak dilakukan eksekusi sehingga data harus dibersihkan dari jalurnya. Eksekusi dilanjutkan saat pencabangan ke instruksi 15 sudah sampai

224 Rancangan Pipeline IBM S/360 Ada 2 faktor hambatan, APA? Masih terjadi sampai sekarang Page 224 / 349

225 Page 225 / Setiap tahapan pipeline terdapat sejumlah overhead yang terjadi pada pemindahan data dari buffer ke buffer dan pada saat melakukan persiapan dan pengiriman fungsi fungsi.. Overhead akan memperpanjang waktu eksekusi instruksi tunggal. Pertambahan waktu ini akan makin terasi apabila instruksi saling tergantung secara logika 2. Jumlah kontrol logika yang diperlukan untuk menangani ketergantungan memori dan register akan meningkat seiring banyaknya tahapan.. Hal ini menyebabkan kerumitan dan waktu fungsi pengontrolan

226 Penanganan Pencabangan Page 226 / 349 Untuk apa? Menjamin terjadinya aliran instruksi yang stabil Kestabilan akan terganggu saat instruksi mengalami pencabangan karena belum bisa ditentukan tujuan pencabangan tersebut Beberapa metode pendekatan masalah digunakan untuk mengatasi hal tersebut?

227 Teknik pendekatan 1. Multiple Streams 2. Prefetch branch target Page 227 / Loop buffer 4. Branch prediction 5. Delayed branch

228 1. Multiple Streams Kedua instruksi percabangan diambil dengan dua buah stream. Page 228 / 349 Kelemahan : Adanya persaingan dalam mengakses register dan memori untuk dimasukkan dalam pipeline. Bila dalam percabangan terdapat percabangan lagi, tidak mampu ditangani oleh dua stream. Walaupun terdapat kelemahan tapi terbukti meningkatkan kinerja pipelining. Teknik ini diterapkan pada IBM 370/168 dan IBM 3033

229 2. Prefetch branch target Apabila pencabangan bersyarat telah diketahui Page 229 / 349 Prosesnya : Dilakukan pengambilan awal (prefetch) terhadap instruksi setelah pencabangan dan target pencabangan. Diterapkan pada IBM 360/91. Masalah : Diperlukan buffer dan register untuk prefetch

230 3. Loop buffer Page 230 / 349 Apabila terdapat pencabangan maka perangkat keras memeriksa apakah target pencabangan telah ada dalam buffer, bila telah ada maka instruksi berikutnya diambil dari buffer. Perbedaan dengan prefetch adalah pada loop buffer akan membuffer instruksi ke depan dalam jumlah yang banyak, sehingga bila target tidak berjauhan lokasinya maka secara otomatis telah terbuffer. Terkesan teknik ini seperti cache memori, namun terdapat perbedaan karena loop buffer masih mempertahankan urutan instruksi yang diambilnya

231 4. Branch prediction Penganalisaan sejarah instruksi. Kenapa? Instruksi komputer seringkali terjadi berulang. Page 231 / 349 Sehingga : Teknik prediksi ini juga diterapkan dalam pengambilan instruksi pada cache memori. Diperlukan algoritma khusus untuk melakukan prediksi tersebut. Patokan memprediksi target pencabangan Penganalisaan eksekusi eksekusi yang telah terjadi dan aspek lokalitas. Aspek lokalitas memori adalah kecenderungan penyimpanan instruksi yang berhubungan dalam tempat yang berdekatan

232 5. Delayed branch Page 232 / 349 Eksekusi pada tahapan pipeline yang melibatkan pencabangan akan dilakukan penundaan proses beberapa saat sampai didapatkan hasil pencabangan. Namun tahapan pipelining lainnya dapat berjalan seiring penundaan tersebut. Teknik penundaan ini menggunakan instruksi NOOP

233 Diagram alir prediksi Page 233 / 349

234 Penanganan Interupsi Page 234 / 349 Interupsi adalah fasilitas yang disediakan untuk mendukung sistem operasi Pengolahan interupsi memungkinkan suatu program aplikasi dapat ditahan,, agar kondisi kondisi insterupsi dapat dilayani, kemudian program dilanjutkan. Interupsi adalah suatu masalah dalam pipeline, karena mengganggu aliran instruksi yang telah tersusun. Hal yang sering dilakukan dalam perancangan adalah interupsi ditangguhkan beberapa saat sampai program utama mendapatkan titik pemberhentian. Hal ini efektif dilakukan sehingga tidak terlalu mengganggu pipelining instruksi.

235 Diagram alir penanganan Page 235 / 349

236 Interupsi? Page 236 / 349 Ada 2 macam : 1. Interupsi yang dilakukan oleh perangkat keras 2. Interupsi dari program (Exception)

237 Kesimpulan Page 237 / 349 Syarat agar bisa disebut CPU adalah bisa mengambil instruksi, menterjemahkan, mengambil data, mengolah dan menyimpan kembali CPU dibantu memori internal yang disebut register Terdapat dua group register yaitu register yang dapat diakses oleh programer (user visible register) dan register yang tidak bisa diakses oleh programer (control status word) Siklus instruksi terdiri dari fetch, execute dan interupt Dengan cara pipelining kinerja CPU dapat ditingkatkan

238 Latihan Page 238 / 349 Apa fungsi dari general purpose register, data register, address register? Jelaskan kembali alur data pada siklus pengambilan! Jelaskan kembali alur data pada siklus tak langsung! Jelaskan kembali alur data pada siklus interupt! Mengapa Pipelining mempercepat proses? Bagaimana Mengantisipasi kalau terjadi percabangan saat melakukan pipelining? Jelaskan tentang NOOP!

239 Dukungan Sistem Operasi Pertemuan 10 Page 239 / 349 1

240 Tujuan Page 240 / Memahami tentang system operasi 2. Memahami tentang penjadwalan proses 3. Memahami Jenis-jenis memori management Mengerti tentang Swaping dan Partition 4. Memahami konsep Paging, segmentation 5. Mengerti konsep Vitual memori. 6. Mengerti implemantasi pengaturan mememori pada powerpc

241 Pengertian Sistem Operasi Page 241 / 349 Program yang mengatur sumber daya komputer, menyediakan layanan bagi pemrogram, dan menjadwal eksekusi program lainnya. Program yang mengontrol eksekusi program- program aplikasi dan berfungsi sebagai antarmuka antara pengguna komputer dan perangkat keras komputer

242 Fungsi Sistem Operasi Page 242 / 349 Fungsi kenyamanan, suatu sistem operasi akan membuat sistem komputer lebih mudah digunakan. Fungsi efisiensi, sistem operasi memungkinkan sumber daya sistem komputer dapat digunakan dengan cara efisien.

243 Aplikasi Komputer Page 243 / 349 Sesuatu yang dibutuhkan end user dan bukan arsitektur komputer Diekspresikan dalam bentuk bahasa pemrograman kumpulan instruksi mesin yang bertanggung jawab terhadap pengontrolan perangkat keras komputer Punya utilitas mengimplementasikan fungsi-fungsi yang digunakan dalam proses pembuatan program, manajemen file, dan pengontrolan perangkat I/O

244 Layanan Sistem Operasi (1) Page 244 / 349 Pembuatan program, sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu pemrogram dalam pembuatan program. Layanan ini dikenal dengan istilah utilitas (utility). Eksekusi Eksekusi program, sistem operasi menangani instruksi- instruksi seperti menyimpan ke memori utama, akses modul I/O, inisialisasi hard ware. Intinya menginterpretasikan instruksi pemrogram untuk dapat dimengerti oleh mesin. Akses Akses ke perangkat I/O, sistem operasi menjembatani pemrogram dalam pengaksesan perangkat I/O sehingga menjadi sederhana.

245 Layanan Sistem Operasi (2) Page 245 / 349 AksesAkses terkontrol ke file, dalam hal ini sistem operasi menyediakan mekanisme perlindungan dan pengontrolan pada pengaksesan ke sumber daya yang digunakan bersama, seperti file-file. file. AksesAkses sistem, sistem operasi mengontrol akses sistem secara keseluruhan ke sumber daya sistem.

246 Sistem Operasi sebagai Manajer Sumber Daya Page 246 / 349

247 Sistem Operasi sebagai Manajer Sumber Daya Page 247 / 349

248 Jenis SO berdasar Sifat Karakteristik (1) Sistem Iinteraktif Page 248 / 349 Pengguna atau pemrogram berinteraksi secara langsungdengankomputer melalui keyboard atau monitor untukmeminta eksekusi tugas atau membentuk transaksi. Mesin ini biasanya beroperasi dari sebuah console, yang terdiri dari tampilan, switch, beberapa bentuk input, dan printer. Program program yang berbentuk kode mesin dimuatkan melalui perangkat input i (misalnya, pembaca kartu). Bila sebuah error menghentikan program, maka kondisi error ditandai dai dengan nyala lampu. Sistem ini memiliki dua kelemahan utama, yaitu: masalah penjadwalan operasi dan waktu setup yang lama.

249 Jenis SO berdasar Sifat Karakteristik (2) Page 249 / 349 Sistem batch sistem ini kebalikan dari sistem interaktif. program pengguna ditampung bersama-sama dengan program lainnya, kemudian diserahkan kepada operator komputer. setelah program diselesaikan, hasilnya dicetak. Sistem ini sudah jarang digunakan terutama untuk batch murni. untuk sistem batch yang sederhana biasanya tidak efisien pada penggunaan prosesor, karena terdapat banyak waktu tunggu bagi prosesor. Hal ini terjadi karena perangkat I/O yang lambat. Untuk sistem batch yang canggih, kondisi menunggu tersebut digunakan untuk mengerjakan program lainnya.

250 Jenis Sistem Batch berdasar Jumlah Eksekusi Program Page 250 / 349 Single-programming mesin batch hanya menjalankan satu program saja. Hal ini sangat tidak efisien karena prosesor banyak menunggu (idle). Multi-programming dimaksudkan untuk menjaga prosesor selalu berada dalam keadaan sibuk dengan mengharuskan prosesor menjalankan lebih dari satu program pada satu saat.

251 Proses Single-Programming dan Multi-Programming Page 251 / 349

252 Paradigma Sistem Operasi Modern Page 252 / 349 Multi-programming Sejumlah job atau programming dipertahankan beraada di memori, setiap job atau program saling bergantian dieksekusi procesor. Procesor dalam keadaan selalu sibuk Hal yang paling penting : penjadwalan

253 Level Penjadwalan Page 253 / Penjadwalan Jangka Panjang 2. Penjadwalan Jangka Pendek

254 Penjadwalan Jangka Panjang/Tinggi Page 254 / 349 Menentukan program yang diloloskan kepada sistem untuk diproses Mengontrol derajat multi-programming Mampu membatasi derajat multi-programming untuk memberikan layanan maksimal bagi sekumpulan proses saat ini. Melakukan eksekusi relatif tidak sering Membuat keputusan secara garis besar tentang diambail atau tidaknya suatu proses

255 Penjadwalan Jangka Pendek Sering disebut dispatcher Seringkali mengeksekusi dan membuat keputusan yang lebih detail tentang job yang akan dieksekusi untuk kesempatan selanjutnya. Page 255 /

256 Dukungan Sistem Operasi Pertemuan 11 Page 256 / 349 1

257 Tujuan Page 257 / Memahami tentang system operasi 2. Memahami tentang penjadwalan proses 3. Memahami Jenis-jenis memori management Mengerti tentang Swaping dan Partition 4. Memahami konsep Paging, segmentation 5. Mengerti konsep Vitual memori. 6. Mengerti implemantasi pengaturan mememori pada powerpc

258 Representasi Proses dalam Sistem Operasi melalui Blok Kontrol Proses Page 258 / 349

259 Page 259 / 349 Identifier : setiap proses saat itu memiliki identifikasi yang unik State : keadaan proses saat itu (new, ready, dsb) Priority : tingkatan proiritas relatif. Program Counter : alamat instruksi berikutnya di dalam program yang akan dieksekusi. Memori Pointers : lokasi awal dan akhir proses di dalam memori. Context Data : data yang berada di dalam register prosesor pada saat proses dieksekusi. I/O Status Information : meliputi request I/O yang belum dipenuhi, perangkat I/O yang terpakai oleh proses ini. Accounting Information : meliputi jumlah waktu prosesor dan clock time yang digunakan, batas waktu, nomer account.

260 Elemen-elemen elemen Sistem Operasi Page 260 / 349

261 Elemen dan Penjadwalan Proses Page 261 / 349 Sistem operasi menerima kontrol prosesor pada interupt handler Hal ini bila terjadi interupsi dan pada service-call call handler bila terjadi panggilan layanan Sekali interupsi atau panggilan layanan ditangani maka penjadwal jangka pendek dipanggil untuk mengambil proses untuk selanjutnya diproses

262 Representasi Diagram Antrian Penjadwalan Page 262 / 349

263 Manajemen Memori Page 263 / 349 Melakukan pengaturan prosesor sehubungan penjadwalan proses yang harus dilakukannya untuk mempersiapkan proses multi-programming diperlukan pengaturan memori. Dalam sistem single-programming, memori utama dibagi menjadi dua bagian, yaitu: satu bagian untuk sistem operasi (monitor resident) dan bagian lainnya untuk program yang sedang berjalan. Dalam sistem multi-programming, bagian pengguna dari memori harus dibagi lagi untuk mengakomodasikan sejumlah proses. Tugas pembagian dilakukan secara dinamis oleh sistem operasi yang dikenal dengan manajemen memori. Ada beberapa istilah dalam manajemen memori yang akan dijelaskan, yaitu: : swapping, partitioning, paging, virtual memory.

264 Page 264 / 349 Swapping Kalau kita memperhatikan proses paga gambar (Representasi diagram antrian penjadwalan) Kerja prosesor lebih cepat dari pada perangkat I/O maka akan terjadi antrian keluaran, yaitu proses yang memerlukan akses ke perangkat I/O. Pendekatan untuk masalah diatas adalah swapping. Kita memiliki antrian panjang permintaan proses, yang umumnya tersimpan dalam memori utama. Apabila proses telah selesai, maka proses proses tersebut akan dikeluarkan dari memori utama. Sekarang, situasi yang terjadi adalah tidak ada proses di dalam memori utama yang siap, daripada prosesor idle maka prosesor akan malakukan swap salah satu tersebut kembali ke disk di antrian menengah. Antrian ini merupakan antrian proses yang telah dikeluarkan sementara dari memori.

265 Swapping Page 265 / 349 Kemudian sistem operasi mengambil proses lain dari antrian menengah, atau memenuhi permintaan proses yang baru dari antrian panjang. Setelah itu eksekusi akan dilanjutkan dengan memproses proses yang baru tiba. Swapping merupakan operasi I/O, karenanya dapat membuat keadaan menjadi buruk, namun karena I/O disk umumnya lebih cepat dari I/O lainnya maka swapping ini mampu meningkatkan kinerja prosesor

266 Partitioning Page 266 / 349 Sistem operasi akan menempati bagian memori yang tetap. Sisa memori dibagi bagi untuk keperluan sejumlah proses. Partitioning adalah teknik membagi memori menjadi beberapa bagian sesuai kebutuhan. Terdapat dua macam partisi, yaitu partisi tetap (fixed size partitioning) dan partisi variabel (variable size partitioning). Dalam partisi tetap, proses akan disimpan dalam partisi memori yang dapat menampungnya. Partisi biasanya dibuat tidak sama kapasitasnya. Pendekatan ini kurang efisien karena tidak bisa diubah ukuran partisinya dan biasa terjadi sisa memori dari alokasi partisinya sehingga terjadi lobang (hole) memori

267 Page 267 / 349 Partitioning Pendekatan yang lebih efisien adalah partisi variabel, dimana ukuran partisi disesuaikan kebutuhan memorinya. Suatu blok memori akan diisi proses lain apabila tidak digunakan lagi oleh suatu proses. Akibat dari proses ini adalah terjadinya fragmentasi dari program atau proses yang dijalankan sehingga utilitas memori akan menurun. Teknik untuk mengatasi hal ini adalah compaction. Dari waktu ke waktu, sistem operasi memindahkan proses di dalam memori untuk menempatkan seluruh memori yang bebas secara bersama sama pada sebuah blok. Dengan adanya pemindahan blok blok proses maka akan terjadi perubahan alamat memori. Namun perlu diketahui bahwa terdapat dua macam alamat dalam hal ini, yaitu alamat fisik dan alamat logik. Alamat fisik adalah alamat sebenarnya pada memori, sedangkan alamat logik adalah alamat yang berhubungan dengan akses instruksi ke prosesor.

268 Efek Partisi Variabel Page 268 / 349

269 Paging Page 269 / 349 Penggunaan partisi tidak cukup efisien dalam penggunaan memori. Terdapat metode lain yang disebut paging. Paging adalah membagi memori utama menjadi frame frame kecil berukuran sama. Setiap proses dibagi menjadi page page berukuran sama dengan frame. Proses yang lebih kecil membutuhkan page yang lebih sedikit, sedangkan proses proses besar akan memerlukan page yang lebih banyak. Ketika sebuah proses dibawa ke dalam memori, page page- nya dimuatkan ke dalam frame yang tersedia, dan kemudian page tabel dibentuk. Page tabel digunakan untuk mengubah alamat logik menjadi alamat fisik dan juga sebaliknya.

270 Proses Transformasi Alamat pada Paging Table Page 270 / 349

271 Paging Page 271 / 349 Pada saat suatu proses sedang berjalan, sebuah register menyimpan alamat awal page table proses tersebut. Nomer halaman alamat virtual digunakan untuk mengindeks tabel tersebut dan meng-look up nomer frame-nya nya.. Hal ini dikombinasikan dengan bagian offset dari alamat virtual untuk menghasilkan alamat real yang diinginkan. Tabel ini bisa sangat besar, sehingga sebagian besar teknik ini menyimpan tabel pada memori virtual, bukan pada real memori. Pada saat suatu proses sedang berjalan, sedikitnya bagian page table-nya harus berada di memori utama, termasuk page table entry yang sedang dieksekusi.

272 Paging Page 272 / 349 Sebagian prosesor menggunakan teknik dua tingkat untuk mengorganisasikan page table yang besar. Dalam sistem ini, terdapat page directory sama dengan X, dan apabila panjangnya Y, maka sebuah proses dapat berisi sampai dengan X x Y page. Umumnya panjang maksumum page table dibatasi sampai sama dengan satu page. Struktur inverted page table manerapkan teknik ini dan telah digunakan pada komputer IBM AS/400 dan pada semua produk RISC, termasuk PowerPC. Terdapat hash table yang berisi sebuah pointer ke page table yang diinversikan, yang berisi page table entry. Dengan struktur seperti ini maka hash table hanya akan terdapat sebuah entry dan page table yang diinversikan bagi setiap real memory page, bukannya satu per virtual page.

273 Struktur inverted page table Page 273 / 349

274 Virtual Memory (1) Page 274 / 349 Untuk memahami vertual memori perlu diawali dari pemahaman mendalam tentang paging. demand paging, yaitu hanya page page dari proses yang dibutuhkan saat itu saja yang dimuatkan ke memori utama.. Hal ini merupakan solusi bahwa memori utama biasanya berukuran kecil dan mahal. Apabila ada sebuah program besar maka akan tidak efektif apabila semua page dari program tersebut diletakkan dalam memori utama. Hanya page yang akan digunakan saja yang dimuatkan dalam memori utama membuat kinerja memori lebih baik.

275 Page 275 / 349 Virtual Memory (2) Hanya page yang akan digunakan saja yang dimuatkan dalam memori utama membuat kinerja memori lebih baik. Apabila page yang akan dieksekusi tidak didapatkan di memori utama, maka sinyal page fault diaktifkan. Sinyal ini menyatakan bahwa sistem operasi harus mengambil page yang dimaksud. Karena proses hanya mengeksekusi di dalam memori utama saja, maka memori tersebut disebut real memory. Namun pemrogram atau pengguna dapat menggunakan memori yang lebih besar,, yang dikenal sebagai virtual memory. Memori virtual merupakan solusi efektif bagi pengguna atau pemrogram sehubungan masalah keterbatasan memori utama.

276 Dukungan Sistem Operasi Pertemuan 12 Page 276 / 349 1

277 Tujuan Page 277 / Memahami tentang system operasi 2. Memahami tentang penjadwalan proses 3. Memahami Jenis-jenis memori management Mengerti tentang Swaping dan Partition 4. Memahami konsep Paging, segmentation 5. Mengerti konsep Vitual memori. 6. Mengerti implemantasi pengaturan mememori pada powerpc

278 Translation Lookaside Buffer Page 278 / 349 Pada prinsipnya, setiap referensi ke virtual memori terdapat dua jenis akses, yaitu akses untuk mengambil page table entry yang diinginkan dan akses untuk pengambilan datanya. Akibat hal ini terjadi penggandaan waktu akses yang menurunkan kinerja. Solusi persoalan penggandaan waktu akses adalah dengan menggunakan cache khusus untuk page table entry, yang biasa disebut translation lookaside buffer (TLB). Yang harus diperhatikan juga,, TLB harus berinteraksi dengan sistem cache memori utama, seperti terlihat pada gambar Pertama, sistem akan memeriksa TLB untuk mengetahui apakah page table entry yang cocok tersedia, bila ada maka alamat fisik (real) akan dibuat dengan mengkombinasikan nomer frame dengan offset. Bila tidak ada,, entry diakses dari sebuah page table. Setelah alamat real dibuat, yang berbentuk sebuah tag dan remainder, cache diperiksa untuk mengetahui keberadaan blok yang berisi word tersebut. Bila ada, maka akan dikembalikan ke CPU. Sedangkan bila tidak ada, a, word akan dicari dari memori utama.

279 Segmentasi Page 279 / 349 Teknik paging tidak dapat diakses atau digunakan pemrogram secara langsung. Terdapat teknik manajemen pengalamatan lain yang dapat diakses dan digunakan pemrogram untuk memudahkan dalam mengorganisasikan program dan data, juga sebagai alat untuk privilege dan proteksi yang berkaitan dengan instruksi dan data. Teknik ini dinamakan segmentasi. Segmentasi memungkinkan pemrogram untuk menganggap memori sebagai seuatu yang yang terdiri dari sejumlah ruang alamat atau segmen. Ukuran segmen variabel dan dinamik

280 Keuntungan Segmentasi Page 280 / 349 Menyederhanakan perkembangan struktur data. Memungkinkan program dapat diubah dan dikompilasi ulang secara independen. Memungkinkan suatu segmen yang merupakan bagian dari suatu proses digunakan oleh proses lainnya. Memungkinkan adanya proteksi, karena pemrogram dapat dengan mudah memberikan akses privilege

281 Operasi interaksi TLB dan memori cache Page 281 / 349

282 Memori Power PC (1) Page 282 / 349 PowerPC menyediakan pengalamatan yang komprehensif. Untuk implementasi arsitektur 32 bit menggunakan teknik paging dengan mekanisme segmentasi yang sederhana. Bagi implementasi 64 bit digunakan paging dengan mekanisme segmentasi yang lebih baik. Selain itu terdapat mekanisme alternatif bagi keduanya,, yang dikenal sebagai penerjemahan alamat blok. Teknik pengalamatan blok ditujukan untuk menutupi kelemahan teknik paging. Dengan pengalamatan blok memungkinkan prosesor untuk memetakan empat buah blok besar memori intruksi dan empat buah blok memori data yang berukuran besar dengan tidak menggunakan mekanisme paging.

283 Memori Power PC (2) Page 283 / 349 PowerPC 32 bit menggunakan alamat efektif 32 bit. Alamat tersebut meliputi identifier page 16 bit dan selektor 12 bit. Dengan 12 bit dapat mereferensi 4 Kbyte page. Empat bit dari alamat diguakan utuk menandakan salah satu dari 16 segmen meliputi bit bit kontrol akses dan sebuah identifier 24 bit, sehingga alamat efektif 32 bit memetakan ke dalam alamat virtual 52 bit.

284 Mekanisme pengalamatan PowerPC 32 bit Page 284 / 349

285 Page 285 / 349 PowerPC PowerPC menggunakan inverted page table tunggal. Alamat virtual digunakan untuk mengindekskan ke dalam page table. Nomer virtual page diisikan ke bagian kiri (sisi yang paling berarti) dengan tiga buah nol untuk membentuk bilangan 19 bit. Kemudian bit per bit exclusisive-or dihitung ke bilangan tersebut dan 19 bit paling kanan dari ID segmen vitual untuk membentuk kode hash 19 bit. Tabel diatur menjadi n kelompok yang terdiri dari 8 buah entry. Dari 10 sampai 19 bit kode hash (tergantung pada ukuran page table) digunakan untuk memilih salah satu kelompok di dalam tabel. Kemudian hardware manajemen memori malacak 8 entry dalam kelompok untuk dicocokkan dengan alamat virtualnya

286 PowerPC Page 286 / 349 Dalam mencari kecocokan tersebut, setiap page table entry meliputi ID segmen virtual 6 bit paling kiri dari nomer virtual page, yang disebut abbreviated page index (karena( sedikitnya 10 bit dari nomer virtual page 16 bit selalu berpartisipasi di dalam hash untuk memilih kelompok page table entry, hanya bentuk singkat nomer virtual page yang perlu dibawa ke page table entry agar cocok secara unik dengan alamat virtual). Bila terdapat kecocokan, maka nomer real page 20 bit dari alamat dirangkaikan dengan 12 bit terandah alamat efektif untuk membentuk alamat fisik 32 bit untuk diakses.

287 PowerPC Page 287 / 349 Bila tidak terdapat kecocokan maka kode hash dikomplemenkan untuk menghasilkan indeks page table yang baru yang berada pada posisi relatif sama di sisi lain tabel. Kemudian kelompok ini dilacak untuk dicocokkan. Bila tidak ada yang cocok lagi, sebuah page fault interrupt akan terjadi Pada manajemen pengalamatan 64 bit PowerPC dirancang untuk kompatible dengan 32 bit. Prinsipnya sama dengan mekanisme pengalamatan 32 bit.

288 Kesimpulan Page 288 / 349 Operating sistem bertugas sebagai penghubung antara user dan perangkat keras,, agar user dapat menggunakan perangkat keras secara Nyaman dan efisien Operating sistem mengatur sumber daya perangkat keras. Penjadwalan kerja perangkat keras oleh operating sistem dapat mengoptimalkan kecepatan CPU. Ada beberapa istilah dalam manajemen memori, yaitu: swapping, partitioning, paging, virtual memory. Memori virtual merupakan bagian dari secondary yang dianggap sebagai memori utama

289 Latihan Soal Page 289 / 349 Jelaskan fungsi Sistem Operasi! Dalam membedakan jenis sistem operasi adalah berdasarkan sifat eksekusinya, sebutkan dan jelaskan jenisnya! Dalam sistem batch terdapat Single-programming & Multi- programming Jelaskan 2 hal tesebut! Jelaskan tentang translation lookaside buffer! Jelaskan tentang swapping, partitioning, paging, virtual memory!

290 Reduced Instruction Set Computer(RISC) Pertemuan 13 Page 290 / 349

291 Tujuan Page 291 / 349 Memahami Alasan mengapa digunakan menggunakan RISC Memahami Kareteristik RISC Memahami Ciri-ciri RISC dan CISC Memahami proses pipelining pada RISC Memahami mesin RISC

292 family concept Tonggak Perkembangan Arsitektur Komputer microprogrammed control unit Page 292 / 349 cache memory pipelining multiprocessor RISC

293 Reduced Instruction Set Computer (RISC) Page 293 / 349 rancangan arsitektur CPU yang mengambil dasar filosofi bahwa prosesor dibuat dengan arsitektur yang tidak rumit dengan membatasi jumlah instruksi hanya pada instruksi dasar yang diperlukan saja. Kata reduced, berarti pengurangan pada set instruksinya. Rancangan ini berawal dari pertimbangan pertimbangan dan analisa model perancangan lain yang kompleks, sehingga harus ada pengurangan set instruksinya.

294 Perkembangan RISC Page 294 / oleh John Cocke di IBM dengan menghasilkan minikomputer eksperimental kelompok Barkeley yang dipimpin David Patterson mulai meneliti rancangan RISC menghasilkan RISC-1 dan RISC John Hennessy dari Standford merancang RISC walau agak berbeda dengan nama MIPS

295 Pemakai Teknik RISC Page 295 / 349 Didominasi oleh IBM dengan Intel Inside-nya Prosesor PowerPC adalah prosesor buatan Motorola yang menjadi otak utama komputer Apple Macintoch memakai teknik RISC dalam desainnya Macintosh, DEC, dan SUN adalah komputer yang handal dengan sistem pipelining, superscalar, operasi floating point

296 Karakteristik RISC Page 296 / 349 Siklus instruksi. Operasi Pertukaran data. Mode pengalamatan. Format instruksi.

297 Siklus Instruksi Page 297 / 349 Satu instruksi per siklus mesin. Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya ke dalam register. RISC adalah rancangan prosesor yang sederhana, tetapi dalam kesederhanaan tersebut didapatkan kecepatan operasi tiap tiap siklus instruksinya. Instruksi dibatasi hanya menyediakan instruksi dasar saja. Fungsi fungsi yang kompleks akan diterjemahkan dalam operasi instruksi instruksi dasar

298 Operasi Pertukaran Data Page 298 / 349 Berbentuk pertukaran data dari register ke register. Dengan mengoptimalkan penggunaan memori register diharapkan siklus operasi semakin cepat. Register adalah memori yang paling cepat dibandingkan cache maupun memori utama. Dengan penyederhanaan instruksi maka operasi unit kontrol juga akan sederhana dan cepat. Penekanan penggunaan operasi dari register ke register adalah hal yang unik pada rancangan RISC. Rancangan kontemporer lainnya memiliki instruksi register ke register juga, namun juga melibatkan operasi langsung ke memori utama dalam fetch

299 Mode Pengalamatan Page 299 / 349 Fitur rancangan ini juga dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol. Dengan mode pengalamatan yang sederhana akan didapatkan operasi pengambilan data dan penyimpanan data semakin cepat.

300 Format Instruksi Page 300 / 349 Umumnya hanya digunakan sebuah format atau beberapa format saja untuk menyederhanakan implementasi perangkat kerasnya. Panjang instruksi tetap dan disamakan dengan panjang word yang digunakan. Panjang field dibuat sama dan tetap. Kelebihannya adalah, dengan menggunakan field yang tetap maka pengkodean opcode dan pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersamaan. Format yang sederhana juga akan memudahkan kerja unit kontrol.

301 Ringkasan Rancangan RISC (1) Page 301 / Instruksi berukuran tunggal. 2. Ukuran instruksi umumnya 4 byte. 3. Jumlah mode pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari lima macam. Tidak mengenal pengalamatan tak langsung. 4. Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi ambil data dan simpan data dengan operasi operasi aritmetika.

302 Ringkasan Rancangan RISC (2) Page 302 / Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi. 6. Jumlah maksimum pemakaian memory menegement unit (MMU) bagi suatu alamat data adalah satu instruksi. 7. Jumlah bit bagi integer integer specifier sama dengan lima atau lebih. Ini berarti sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit. 8. Jumlah bit bagi floating point register specifier sama dengan empat atau lebih, sehingga sedikitnya 16 buah register floating point dapat direferensikan bersama secara eksplisit.

303 Kelebihan Rancangan RISC (1) Page 303 / 349 Kinerja Sistem CPU optimalisasi dan pengefektifan kompiler dengan menggunakan instruksi yang sederhana terdapat kemungkinan untuk : memindahkan fungsi-fungsi keluar loop melakukan reorganisasi kode untuk efisiensi memaksimalkan pemakaian register melakukan perhitungan bagian instruksi kompleks pada saat waktu kompilasi Memudahkan kerja unit kontrol Memudahkan implementasi pipelining

304 Kelebihan Rancangan RISC (2) Page 304 / 349 Implementasi Perangkat Keras Kesederhanaan instruksi dan unit kontrol menghasilkan hardware sederhana Hardware sederhana dapat diletakkan dalam satu keping tunggal Hardware sederhana menghasilkan proses hardware, dimensi yang lebih kecil, konsumsi daya rendah dan lebih ekonomis

305 RISC versus CISC Page 305 / 349 Procesor Power PC dari Motorola adalah otak utama komputer Apple Macintosh RISC : Macintosh SUN DEC Procesor Intel Pentium sebagai procesor CISC (Complex Instruction Set Computer).

306 RISC versus CISC Page 306 / 349 Perbedaan utama dari keduanya adalah jumlah set instruksi Mana yang lebih baik antara set instruksi yang sedikit atau banyak? Sebagai pembanding adalah RISC (keluarga PIC12/16CXX dari Microchip dan COP8 buatan National Semiconductor) CICS (68HC11 buatan Motorola dan 80C51 dari Intel)

307 Pipelining RISC Page 307 / 349 metode untuk meningkatkan kinerja sistem komputer. instruksi yang bisa dilakukan akan dikerjakan tanpa menunggu instruksi sebelumnya selesai. sangat baik untuk mengantisipasi waktu tunggu prosesor terhadap kerja komponan lainnya.

308 Reduced Instruction Set Computer(RISC) Pertemuan 14 Page 308 / 349

309 Tujuan Page 309 / 349 Memahami Alasan mengapa digunakan menggunakan RISC Memahami Kareteristik RISC Memahami Ciri-ciri RISC dan CISC Memahami proses pipelining pada RISC Memahami mesin RISC

310 Fase - Fase Operasi Komputer Page 310 / 349 F : instruksi fetch (pengambilan dari register atau memori) E : eksekusi (melakukan operasi pada ALU) M : memori (operasi penyimpanan dari register ke memori)

311 Operasi tanpa Pipelining Page 311 / 349

312 Operasi Pipelining 2 Arah Page 312 / 349

313 Operasi Pipelining 3 Arah Page 313 / 349

314 Page 314 / 349 Pipelining (1) Pipelining akan lebih mudah diimplementasikan bila set instruksi sederhana dan teratur. Kebanyakan rancangan komputer memiliki panjang set instruksi yang sama sehingga tidak ada masalah dalam hal ini. Hal yang perlu diperhatikan adalah durasi antar set instruksi, karena tidak semua operasi memiliki waktu operasi yang sama. Operasi perpindahan data antar register lebih cepat daripada akses ke memori utama. Keteraturan dan durasi akan sulit diantisipasi bila set instruksi beragam, ada yang sederhana dan ada yang kompleks seperti rancangan CISC.

315 Pipelining (2) Page 315 / 349 Karena pertimbangan inilah RISC lebih mudah menerapkan pipelining untuk meningkatkan kinerjanya. Instruksi instruksi RISC dibuat sederhana sehingga hampir durasi eksekusi instruksi sama sehingga akan mudah melakukan penjadwalan operasi pada teknik pipelining-nya. Disamping keteraturan instruksi, untuk memperoleh pipelining yang optimal harus dipertimbangkan kecepatan kerja komponen komponen komputer, penjadwalan instruksi yang tepat dan alokasi register yang dinamis.

316 Kesimpulan (1) Page 316 / 349 Prosesor RISC, yang berkembang dari riset akademis telah menjadi prosesor komersial yang terbukti mampu beroperasi lebih cepat dengan penggunaan luas chip yang efisien. Bila teknik emulasi terus dikembangkan maka pemakai tidak perlu lagi mempedulikan prosesor apa yang ada di dalam sistem komputernya, selama prosesor tersebut dapat menjalankan sistem operasi ataupun program aplikasi yang diinginkan.

317 Kesimpulan (2) Page 317 / 349 Perkembangan kontroversi RISC dan CISC disebabkan karena terjadinya semakin konvergensinya teknologi. Dengan semakin bertambahnya kerapatan keeping dan semakin cepatnya perangkat keras, maka system RISC menjadi semakin kompleks. Bersamaan dengan hal itu, untuk mencapai kinerja yang maksimum, rancangan CISC telah difokuskan terhadap masalah-masalah tradisional yang berkaitan dengan RISC, seperti misalnya pertambahan jumlah register general purpose dan penekanan pada rancangan pipeline instruksi.

318 Pertanyaan Page 318 / 349 Sebutkan ciri-ciri operasi RISC! Mengapa program yang ada pada Mesin RISC lebih panjang dari mensin CISC! Kenapa CISC cenderung menggunakan instruksi sederhana! Jelaskan mengapa NOOP dapat mengatasi masalah percabangan? Apakah pada mesin RISC terdapat mode pengalamatan inderect?, mengapa?

319 Operasi Unit Kontrol Pertemuan 15 Page 319 / 349

320 Tujuan Page 320 / Mengetahui tetang unit kontrol 2. Memahami operasi mikro pada pada siklus pengambilan, siklus tak langsung, siklus Interupt, siklus eksekusi, siklus instruksi. 3. Memahami cara kerja unit kontrol secara explisit, memahami sinyal kontrol 4. memahami implementasi hardwired, input- input unit control, Logika unit Control 5. memahami unit kontrol pada Intel 8085

321 Unit Kontrol Page 321 / 349 bagian CPU yang menyebabkan fungsi komputer dapat tercapai. mengeluarkan sinyal sinyal kontrol yang bersifat internal bagi CPU untuk memindahkan data antar register, agar ALU melakukan fungsinya dan untuk mengatur operasi operasi insternal lainnya. mengeluarkan sinyal kontrol eksternal bagi pertukaran data memori dan modul modul I/O.

322 Fungsi CPU Page 322 / Fungsi operasi (opcode) 2. Fungsi mode pengalamatan 3. Fungsi register 4. Fungsi antarmuka modul I/O 5. Fungsi modul memori 6. Fungsi pengolahan interrupt

323 Siklus Intruksi merupakan rangkaian tahapan operasi, operasi pengambilan (fetch), indirect, eksekusi dan pengolahan interupsi bila ada Page 323 / 349 dalam pembahasan unit kontrol, kita akan melihat tahapan operasi tersebut lebih mikro lagi,, yang biasa disebut operasi mikro (micro operation) Operasi fungsional atau atomik suatu CPU

324 Elemen Eksekusi Program Page 324 / 349

325 4 Register Operasi Pengambilan Page 325 / Memory Address Register (MAR), dihubungkan pada bus alamat, untuk menspesifikasi alamat di dalam memori untuk operasi baca atau simpan. 2. Memory Buffer Register (MBR), dihubungkan pada bus data, untuk menyimpan data yang akan digunakan untuk operasi dan data akan disimpan ke memori. 3. Program Counter (PC), untuk menampung alamat instruksi berikutnya yang akan diambil. 4. Instruction Register (IR), untuk menampung instruksi terakhir yang diambil.

326 Langkah-langkah Siklus Pengambilan Page 326 / Alamat instruksi berikutnya dimuatkan ke PC. 2. Pindahkan alamat ke MAR pada bus alamat. 3. Kontrol unit menspesifikasi perintah READ. 4. Hasil (data dari memori) diletakkan ke bus data. 5. Data di bus data dikirim ke MBR. 6. PC menambah 1 nilainya. 7. Data (instruksi) dipindahkan dari MBR ke IR. 8. MBR sekarang bebas untuk fetch berikutnya.

327 Penulisan Simbolik PerpindahanData Page 327 / 349 t1 : MAR ç (PC) ; memindahkan isi PC ke MAR t2 : MBR ç (memory) ; memindahkan isi lokasi memori yang dispesifikasi MAR ke MBR PC ç (PC) +1 ; menambah 1 ke isi PC t3 : IR ç (MBR) ; memindah isi MBR ke IR

328 Aturan Pengelompokan Siklus Page 328 / Rangkaian kejadian yang benar harus dipenuhi. Jadi operasi MAR (PC) harus mendahului MBR (memory) karena operasi pembacaan memori menggunakan alamat yang terdapat di dalam MAR. Kesimpulannya, rangkaian harus dibuat sesuai urutan kejadiannya. 2. Terjadinya konflik harus dihindari. Sebuah operasi mikro tidak diperbolehkan membaca dari register yang sama atau menulis ke register yang sama, karena hasilnya akan sulit diprediksi. Misalnya operasi mikro MBR (memory) dan IR (MBR) tidak boleh terjadi dalam satu satuan waktu yang sama.

329 Siklus Tak Langsung Page 329 / 349 Setelah siklus pengambilan, siklus berikutnya adalah mengambil operand sumber. Dengan asumsi format instruksi satu alamat, dimana pengalamatan langsung dan tak langsung diijinkan. Apabila instruksi tersebut menspesifikasi alamat tak langsung, maka siklus tak langsung harus mendahului siklus eksekusi. Contoh aliran data tak langsung dalam operasi mikro : t1 : MAR ç (IRaddress) t2 : MBR ç (memory) t3 : IRaddress ç (MBRaddress( MBRaddress)

330 Siklus Interrupt Page 330 / 349 Pada akhir siklus eksekusi, dilakukan pengujian keberadaan interupsi. Bila terjadi interupsi, maka akan dijalankan siklus interupsi tersebut. Sifat siklus interupsi sebuah mesin berbeda sekali dengan interupsi pada mesin lainnya. Berikut sebuah contoh siklus interupsi dalam operasi mikro : t1: MBR ç (PC) t2: MAR çsave-address address PC çroutine-address t3: memory ç (MBR)

331 Siklus Eksekusi Page 331 / 349 Lebih kompleks dan banyak dibandingkan siklus siklus sebelumnya yang telah dijelaskan. Pada siklus pengambilan,, indirect dan interrupt cenderung sama untuk bermacam macam program. Pada siklus eksekusi tergantung perintah eksekusinya. contoh operasi mikro untuk beberapa eksekusi instruksi Operasi eksekusi penambahan Operasi ISZ (increment and skip if zero)

332 Page 332 / 349 Operasi eksekusi penambahan : ADD R1,X ; tambahkan isi lokasi X ke R1 dan simpan hasilnya pada R1 Operasi mikronya : t1: MAR ç (IRaddress) t2: MBR ç (memory) t3: R1 çr1 + (MBR) Operasi ISZ (increment and skip if zero): ISZ X ; tambah X dengan 1, bila hasil = 0, loncati instruksi berikutnya. Operasi mikronya : t1: MAR ç (IRaddress) t2: MBR ç (memory) t3: MBR ç (MBR) + 1 t4: memory ç (MBR) if (MBR) = 0 then PC ç (PC) + 1

333 Kontrol Procesor Page 333 / 349 Terdapat persyaratan fungsional bagi unit kontrol, yaitu fungsi fungsi ini merupakan fungsi yang harus dilakukan unit kontrol. Definisi persyaratan fungsional ini merupakan dasar untuk perencanaan dan implementasi unit kontrol. Proses tiga langkah di bawah ini akan mampu memberikan karakterisasi unit kontrol : 1. Menentukan elemen dasar CPU. 2. Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan CPU. 3. Menentukan fungsi fungsi yang harus dilakukan unit kontrol.

334 Operasi Unit Kontrol Pertemuan 16 Page 334 / 349

335 Tujuan Page 335 / Mengetahui tetang unit kontrol 2. Memahami operasi mikro pada pada siklus pengambilan, siklus tak langsung, siklus Interupt, siklus eksekusi, siklus instruksi. 3. Memahami cara kerja unit kontrol secara explisit, memahami sinyal kontrol 4. memahami implementasi hardwired, input- input unit control, Logika unit Control 5. memahami unit kontrol pada Intel 8085

336 Unit Kontrol Page 336 / 349 bagian CPU yang menyebabkan fungsi komputer dapat tercapai. mengeluarkan sinyal sinyal kontrol yang bersifat internal bagi CPU untuk memindahkan data antar register, agar ALU melakukan fungsinya dan untuk mengatur operasi operasi insternal lainnya. mengeluarkan sinyal kontrol eksternal bagi pertukaran data memori dan modul modul I/O.

337 Fungsi Unit Kontrol Eksplisit Page 337 / 349 Pengurutan (sequencing) : unit kontrol bertugas mengontrol sejumlah operasi mikro dalam urutan yang benar. Eksekusi (execution) : unit kontrol menyebabkan setiap opeasi mikro dilakukan.

338 Unit Kontrol Page 338 / 349 Memiliki input untuk menentukan status sistem Memiliki output untuk mengontrol tingkah laku sistem Secara internal memiliki logika-logika pengontrolan untuk membentuk fungsi pengurutan dan fungsi eksekusi Dipandang sebagai suatu sistem dengan input dan output

339 Input Unit Kontrol Page 339 / 349 Pewaktu (clock) : berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar komponen komponen komputer, termasuk juga unit kontrol. Register Instruksi (instruction register) : opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro yang akan dilakukan selama siklus eksekusi. Flag : flag flag ini diperlukan unit kontrol untuk mengetahui status CPU. Control signal to Control Bus : memberi jalur ke unit kontrol untuk sinyal sinyal seperti sinyal interrupt dan acknowledgment.

340 Output Unit Kontrol Page 340 / 349 Sinyal kontrol di dalam CPU (control signals within CPU) : Output ini terdiri dua macam sinyal, yaitu sinyal sinyal yang menyebabkan perpindahan data antar register sinyal sinyal yang dapat mengaktifkan fungsi ALU yang spesifik. Sinyal kontrol bagi bus kontrol (control signals to control bus) : sinyal ini juga terdiri atas 2 sinyal, yaitu sinyal kontrol bagi memori dan sinyal kontrol bagi modul modul I/O.

341 Struktur Unit Kontrol Page 341 / 349

342 Implementasi Unit Kontrol Page 342 / Implementasi hardwired. 2. Implementasi microprogrammed

343 Implementasi Hardwired (1) Page 343 / 349 Intinya unit kontrol merupakan rangkaian kombinatorial. Sinyal sinyal logika inputnya akan didekodekan menjadi sekumpulan sinyal sinyal logika output, yang merupakan sinyal sinyal kontrol ke sistem komputer. Input unit kontrol meliputi sinyal sinyal register instruksi, pewaktu,, flag, dan sinyal bus kontrol. Sinyal sinyal input tersebut sebagai masukan bagi unit kontrol dalam mengetahui status komputer Selanjutnya didekodekan menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan sistem kerja komputer.

344 Implementasi Hardwired (2) Page 344 / 349 n buah input biner akan menghasilkan 2n output biner. Setiap instruksi memiliki opcode yang berbeda beda. Opcode yang berbeda dalam instruksi akan menghasilkan sinyal kontrol yang berbeda pula. Pewaktu unit kontrol mengeluarkan rangkaian pulsa yang periodik. Pulsa waktu ini digunakan untuk mengukur durasi setiap operasi mikro yang dijalankan CPU, intinya digunakan untuk sinkronisasi kerja masing masing bagian

345 Masalah dalam Merancang Implementasi Hardwired Page 345 / 349 Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan operasi mikronya. Sulit didesain dan dilakukan pengetesan. Tidak fleksibel Sulit untuk menambah instruksi baru.

346 Implementasi Microprogramed Page 346 / 349 Unit kontrol memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program kontrolnya Implementasi yang paling reliabel saat ini Fungsi fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program kontrol yang tersimpan pada unit kontrol Fungsi fungsi pengontrolan tidak berdasarkan dekode dari input unit kontrol lagi. Teknik ini dapat menjawab kesulitan kesulitan yang ditemui dalam implementasi hardwired.

347 Kesimpulan (1) Page 347 / 349 Sebuah sub instruksi yaitu (pengambilan, siklus tak langsung, dan interupt) pada saat dijalankan harus dibagi lagi menjadi instruksi yang lebih kecil. Kebanyakan komputer dewasa ini telah dirancang dengan menggunakan kendali yang dimikroprogram sebagai pengganti system kendali perangkat keras. Tabel pemikroprogramman dan rangkaian rangkaian yang bersangkutan dari komputer dewasa saat ini jauh lebih kompleks, Akan tetapi gagasan utamanya tetap sama

348 Kesimpulan (2) Page 348 / 349 Mikrointruksi disimpan didalam sebuah ROM kendali dan diakses dengan memberikan alamat mikrointruksi yang diinginkan. Fungsi dasar dari Unit Control adalah Pengurutan dan pengeksekusian. Teknik implementasi unit kontrol dapat digolonkan menjadi dua yaitu: Implementasi hardwired dan Implementasi microprogrammed

349 Pertanyaan Page 349 / 349 Jelaskan kembali Operasi micro pada siklus pengambilan/fetch! Jelaskan kembali Operasi micro pada siklus tak langsung/indirect! Jelaskan kembali Operasi micro pada siklus Interupt! Fungsi dasar dari Unit Control adalah Pengurutan dan pengeksekusian Jelaskan hal tersebut! Apa kegunan Clock pada Unit Control!