Rangkuman Mata Kuliah Arsitektur dan Organisasi Komputer

 BAB I

EVOLUSI DAN KINERJA KOMPUTER

1. ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)

ENIAC merupakan komputer yang sangat legendaris dirancang oleh John Mauchly dan John Presper Enkert. Komputer ini dirancang di Universitas Pennsylvania. ENIAC memiliki berat hingga 30 ton yang berusu lebih dari 18000 tabung vakum. Komputer ini rata-rata mengkonsumsi daya hingga 140KW. ENIAC memiliki kemampuan operasi penjumlahan hingga 5000 operasi tiap detik.

2. EDVAC Computer

EDVAC (Electronic Discreate Variable Computer) muncul pada tahun 1945 karena Von Neumann  mencetuskan ide mengenai konsep stored-program dan dipublikasikan dalam bentuk proposal. Hingga muncul desain komputer baru uang didesain oleh Von Neuman dan koleganya. Komputer baru ini diberi sebutan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

3. EDSAC Computer

EDSAC adalah komputer generasi pertama yang dikembangkan oleh University Cambridge, England. EDSAC (Electonic Delay Storage Automatic Calculator), dimana komputer ini mulai menggunakan raksa(merkuri) kedalam tabung. Tabung tersebut nantinya akan digunakan untuk penyimpanan data.

4. Commersial Computer (Komputer komersial)

UNIVAC I (Universal Automatic Calculator) diciptakan oleh Dr. Mauchly dan Eckert pada tahun 1947. UNIVAC I mulai dioperasikan untuk penghitungan sensus tahun 1950 di USA. Hingga komputer ini dikembangkan dan ber evolusi menjadi UNIVAC  II yang dirilis tahun 1950. UNIVAC  II memiliki kapasitas penyimpanan yang lebih besar dan memiliki performa yang lebih baik dari UNIVAC I.

Bab 2

(BUS & Interupsi)

Bus system merupakan sebuah sirkuit elektronik yang ada didalam komputer dan terdapat jalur-jalur yang digunakan untuk komunikasi antara dua elemen atau lebih. Lintas atau jalur di mana data dipindahkan inilah yang disebut BUS. Data atau program yang dimasukin melalui perangkat I/O dan tersimpan dalam memori akan dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU jika terdapat sistem Bus. Hasil eksekusi yang muncul di layar monitor juga melalui sistem Bus.

Jenis-Jenis Bus

Bus dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu dedicated bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja. Lalu ada multiplexed bus yang dilalui informasi berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data.

Metode Arbitrasi

Metode ini adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas dua yaitu:

  1. Tersentralisasi yaitu menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral
  2. Terdistribusi yaitu setiap Bus memiliki accesscontrollogic

Jenis-Jenis Transfer Data

Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah :

  1. Operasi Read
  2. Operasi Write
  3. Operasi Read Modify Write
  4. Operasi Read After Write
  5. Operasi Block

Contoh Bus Komputer

Beberapa contoh bus yang banyak digunakan pada komputer modern saat ini adalah sebagai berikut:

Bus AGP (Accelerated Graphic Port)

Bus AGP (Accelerated Graphic Port)merupakan bus yang didesain secara spesifik untuk kartu grafis. Bus ini berjalan pada kecepatan 66 MHz (mode AGP 1x), 133 MHz (mode AGP 2x), atau 533 MHz (mode AGP 8x) pada lebar jalur 32-bit, sehingga bandwidth maksimum yang dapat diraih adalah 2133 MByte/s. Umumnya, bus ini terkoneksi ke chipset pengatur memori (Northbridge, Intel Memory Controller Hub, atau NVIDIA nForce SPP). Sebuah sistem hanya dapat menampung satu buah bus AGP. Mulai tahun 2005, saat PCI Express mulai marak digunakan, bus AGP ditinggalkan.

Bus Processor

Bus Processor merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke cache atau memori utama ke chipset kontrolir memori (Northbridge, MCH, atau SPP). Bus ini juga terbagi atas beberapa macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport bus, dan beberapa bus lainnya. Sistem komputer selain Intel x86 mungkin memiliki bus-nya sendiri-sendiri. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz. Umumnya, bus ini memiliki lebar lajur 64-bit, sehingga setiap detaknya ia mampu mentransfer 8 byte.

Bus MCA (Micro Channel Architecture)

Bus MCA (Micro Channel Architecture) adalah bus I/O dengan bandwidth 32 bit diciptakan untuk menggakntikan bus ISA 8/16 bit yang lambat. Kala itu terdapat sebuah processor 32 bit yakni Intel 80386DX, namun bus ISA hanya dapat mengirimkan 16 bit dalam satu waktu, sehingga IBM memutuskan untuk membuat MCA bus. Bus ini benar-benar baru, sehingga slotnya tidak bisa dipasang dengan ISA 8bit/16 bit. Namun komputer yang menggunakan bus ini sedikit, karena IBM mewajibkan para vendor membayar royaliti untuk mendapat licensi bus MCA. Karena itu banyak vendor yang tidak setuju dan akhirnya membuat sebuah bus yang diberi nama EISA.

Siklus Interupsi

Pada umumnya dapat diartikan suatu mekanisme yang disediakan bagi modul-modul lain misalnya I/O untuk dapat menginterupsi operasi normal CPU. pada program biasanya terdapat pada overflow, division by zero. Interupsi memiliki beberapa siklus yaitu :

  • Ditambahkan ke intsruction cycle.
  • Processor memeriksa adanya interrupt.
  • Diberitahukan melalui interrupt sinyal.
  • Jika tidak ada interrupt, fetch next instruction.
  • Jika ada interrupt maka akan menunda eksekusi dari suatu program kemudian disimpan ke context dan di set PC awal address dari routine interrupt handler kemudian di proses interrupt dan dikembalikan context dan lanjutkan program yang terhenti.

BAB 3

CACHE

Metode yang digunakan untuk menemukan/menempatkan sebuah alamat memori dalam sebuah cache

Menyalin sebuah blok dari memori utama ke dalam cache dan digunakan juga untuk menerima data dari cache

Terdapat tiga macam MF:

  1. Direct
  2. Associative
  3. Set Associative

DIRECT MAPPING

Setiap block dari memori utama hanya memetakan ke dalam satu baris cache. Jika suatu block ditemukan di cache, maka block tersebut selalu ditemukan pada tempat yang sama. 

Nomor baris dihitung menggunakan rumus berikut: i = j modulo m

di mana

i = Nomor baris cache 

j = Nomor block pada memori utama

m = Jumlah baris di cache

STRUKTUR ALAMAT DIRECT MAPPING

Setiap alamat memori utama dibagi menjadi 3 bagian

Least Significant Bits (LSB) w mengidentifikasikan word unik dalam sebuah block 

Remaining Bits (RB) s menetapkan block yang terdapat dalam memori. RB dibagi menjadi dua bagian

  • LSB r  dari total s  mengidentifikasikan baris yang ditempati dalam cache
  • Most Significant Bits (MSB) s-r  secara tunggal mengiddentifikasi block dalam baris dari cache

RINGKASAN DIRECT MAPPING

  1. Panjang Alamat (address length) = (s + w) bits
  2. Jumlah unit yang dialamati (number of addressable units) = 2s+w words/ bytes
  3. Ukuran block (block size) = lebar baris (line width) = 2w words/bytes
  4. Jumlah block dalam memori (number of blocks in main memory) = 2s+ w/2w = 2s
  5. Jumlah baris  dalam cache (number of lines in cache) = m = 2r
  6. Ukuran Tag (size of tag) = (s – r) bits

Manfaat Caching

Caching membantu membuat aplikasi lebih cepat dan lebih efisien karena data disimpan secara lokal. Pada browser data cache adalah informasi yang akanmembuat situs web lebih cepat karena mereka bisa mengakses data lebih cepat dari folder lokal. Contohnya gambar di beranda atau situs blog, bisa berukuran relatif besar, sehingga dapat di unduh satu kali, User pasti akan lebih sering meninggalkan situs web jika terlalu lama memuat. karena itu menggunakan caching adalah cara penting bagi pemilik situs untuk meningkatkan pengalaman user.

BAB 4

INTERNAL MEMORI

Fungsi dari memori utama sendiri adalah :

Menyimpan data yang berasal dari peranti masukan data dikirim ke ALU untuk di proses. Menyimpan daya hasil pemrosesan ALU sebelum dikirimkan ke pranti keluaran Mneampung program/intruksi yang berasal dari peranti masukan atau dari peranti pengingat sekunder bagaimana memori internal bekerja dalam sistem komputer.

  • RAM, merupakan singkatan dari Random Accsess Memory sebuah perangkat keras komputer yang berfungsi menyimpan berbagai data dan intruksi program isi dari RAM dapat diakses secara random atau tidak mengacu pada pengaturan letak data. RAM merupakan salah satu jenis memori internal yang mendukung kecepatan prosessor dalam mengolah data dan intruksi. Dengan menggunakan tambahan RAM kedalam komputer dapat menghasilkan pengaruh postif pada kinerja dan kecepatan komputer.
  • ROM, mempunyai tugas untuk menyimpan program yang sifatnya tetap atau permanen, tidak tergantung pada keberadaan arus listrik dan program yang tersimpan dalamn ROM mempunyai sifat hanya bisa dibaca oleh para pengguna komputer. Menyimpan data pada ROM tidak dapat tidak dapat dilakukan dengan mudah, namun membaca data dari ROM dapat dilakukan dengan mudah. ROM modern didapati dalam bentuk IC persis seperti medium penyimpanan memori lainnya seperti RAM. untuk membedakannya perlu membaca teks yang tertera pada IC-nya biasanya dimulai dengan nomer 27xxx, angka 27 menunjukan jenis ROM.
  • Register, merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau intruksi yang sedang di proses. Memori ini bersifat sementara biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. jika di analogikan, register ini dapat diibaratkan sebagai CPU yang berisi ingatan-ingatan satuan kendali tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.

BAB 5

MEMORI EKSTERNAL

Jenis memori eksternal:

  • Magnetik Disk Raid & Removeable
  • Optical (CD-ROM, CD-Writable, CD-R/W, dan DVD)
  • Magnetik Tape

Format dan Organisasi Data

Lingkaran konsentris atau track ada Gap antar track, Grap sempit kapasitas bertambah, Jumlah bit per track sama (kerapatan bervariasi), kecepatan putar tetap. Track dibagi menjadi beberapa sector ukuran minimum block adalah satu sector satu block bisa berisi lebih dari satu sector.

Fixed/Moveable Head Disk

Fixed head, ada satu head r/w per track head diletakkan pada tangkai yang tetap dan Movable head hanya ada satu per side diletakan pada tangkai yang dapat bergerak.

Removable/Nonremovable

Removable disk dapat dilepas dari drive dan diganti dengan disk lain untuk memberikan kapasitas simpanan yang tak terbatas selain itu mudah melakukan transfer data antar sistem dan untuk Nonremovable terpasang permanen dalam drive.

Winchester Hard Disk

Dikembangkan oleh IBM di Winchester (USA) di kemas dalam satu Unit yang berisi satu cakram atau lebih mempunyai Head yang sangat kecil, umum digunakan biayanya murah dan sebagai eksternal storage yang sangat cepat kapasitas juga semakin besar dalam bentuk GB.

Jenis Removable Hard Disk

  1. Zip, 
  2. Jaz, 

BAB 6 

SISTEM OPERASI 7 SEGMEN

Seven segmen ini tersusun atas 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Dioda (LED).

Program yang dibuat adalah perogram untuk menampilkan sebuah karakter angka pada display seven segmen (1 digit). Dalam hal ini kaki-kaki bebas seven segment jenis anode dihubungkan dengan PORTC mikrokontroler AVR ATmega.

$regfile = “m8535def.dat”

Pernyataan ini menunjukan bahwa program yang kita buat ikut melibatkan file pre-prosesor m8535.dat, File ini telah disediakan dalam software BASCOM-AVR sehingga kita dapat memanggil dengan menggunakan perintah $regfile.

7segment Alias Portc

Pernyataan ini berguna untuk mengganti nama register I/O PORTC dengan nama lain atau alias dalam pernyataan tersebut PORTC namanya diganti dengan nama “7segment” hal ini dilakukan agar lebih memudahkan mengingat nama register yang digunakan dalam suatu program karena register akan di panggil tidak dengan nama register asli namun dengan nama yang sudah kita pilih.

Config Portc =- Output

Pernyataan ini adalah melakukan konfigurasi PORTC (Salah satu register I/O dalam mikrokontroler AVR) supaya dapat berfungsi sebagai jalur keluaran (output).

Loop

Blok program di atas merupakan program utama. Blok program ini menggunakan struktur perulangan Do-Loop. Sedang pernyataan/ekspresi yang diulang adalah proses menyalakan display 7segment yang dihubungkan dengan register “7segment” atau PORTC dengan memberikan nilai data 8-bit (&HC0) pada display seven segment. Untuk mengganti display angka yang lain, maka data yang dimasukan kedalam register “7segment” harus diganti dengan nilai yang menampilkan angka 1,2,3,4,5,6,7,8, atau 9.

Do

7segment = &HC0 ‘&B11000000 = angka 0

BAB 7

ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

Arithmetic Logic Unit atau yang biasa di sebut ALU merupakan bagian penting dari pada Central Processing Unit atau yang biasa di sebut CPU. ALU pada umumnya memiliki fungsi untuk melakukan perhitungan aritmatika dan logika .

RANGKAIAN PADA ALU

Bagian dari komponen CPU, bahwa ALU tidak bekerja sendiri. Suatu komponen bernama Control Unit (CU) yang ada pada prosessor akan memberi perintah terlebih dahulu selain control unit terdapat pula register dan setiap komando atau perintah yang diberikan control unit harus sesuai dengan komando yang ada pada register. Register adalah bagian memori dari mikroprosessor yang dapat diakses dengan kecepatan tinggi, Apabila register memberikan perintah untuk menghitung penjumlahan maka secara otomatis komputer juga melakukan hal yang sama. Pada dasarnya rangkaian pada ALU memang terdiri atas gerbang AND dan OR serta rangkaian full adder. Di awal-awal ALU sudah mampu mengoprasikan 4 metode komputasi dasar yakni penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Namun komponen dasar lainya termasuk juga ALU.

BAB 8 

SET INTRUKSI

Set intruksi dapat didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram, Set intruksi adalah sekumpulan lengkap intruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU, set intruksi sering juga disebagai bahasa mesin (machine code) karena sebenarnya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly untuk konsumsi pemrogramer.

Jenis-Jenis Intruksi antara laim Data Processing, Data storage (main memory), Data movement (I/O) dan Program flow control.

Jenis Operasi:

  • Data Transfer
  • Arithmatic
  • Logical
  • Conversation
  • I/O
  • System Control
  • Transfer control

Pada set intruksi memiliki penamaan Byte Order, pada problem ordering dinamakan Endian kemudian pada LSB pada posisi paling kiri (Pada addres terkecil) dinamakan big-endian dan jika pada LSB pada posisi paling kanan dinamakan (Pada addres terbesar) dinamakan little endian

BAB 9 

STRUKTUR CPU

CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. ... CPU terdiri dari dua bagian utama yaitu unit kendali (control unit) dan unit aritmatika dan logika (ALU). Disamping itu, CPU mempunyai beberapa alat penyimpan yang berukuran kecil yang disebut register.

Struktur Internal CPU

CPU berfungsi seperti kalkulator hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya, Fungsi utama CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukan melalui beberapa perangkat keras seperti papan ketik, pemindai, tuas kontrol. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan intruksi perangkat lunak komputer. perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan membacanya dari media penyimpan seperti cakram keras, disket, cakram padat, maupun pita perekam.

Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program, Pengolahan intruksi yang terdiri dari dua langkah yaitu operasi pembacaan intruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan intruksi (execute).

Siklus Fetch-Eksekusi

Pada setiap siklus instruksi CPU awalnya akan membaca intruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung intruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca intruksi. Intruksi-intruksi yang akan dibaca akan dibuat dalam register intruksi. Intruksi-intruksi ini dalam bentuk kode-kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi-aksi ini dikelompokan menjadi empat kategori yaitu :

  • CPU- Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya
  • CPU- I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya
  • Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data
  • Kontrol, merupakan intruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja, Contohnya intruksi pengubahan urusan eksekusi

BAB 10 

INSTRUCT SET COMPUTER

Set intruksi (Instruction set) adalah sekumpulan lengkap intruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU dengan sebuah kamus berisi daftar perintah apa saja yang dapat dilakukan oleh sebuah prosesor dan biasanya terikat dengan sebuah keluarga arsitektur prosesor tertentu misalnya x86 dan x64. Intruksinya berbentuk machine code (bahasa mesin) sebenarnya seluruhnya adalah bilangan biner.

Elemen-Elemen intruksi mesin

  • Operation Code yaitu kode operasi berbentuk biner
  • Source Operand Reference yaitu operand adalah input operasi
  • Result Operand Reference yaitu merupakan hasil atau keluaran operasi
  • Next Instruction Reference elemen ini menginformasikan CPU posisi intruksi berikutnya yang harusn diambil dan dieksekusi

JENIS INTRUKSI :

Data Movement : I/O Instruction, Proses data movement ini adalah memindahkan data-data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dll. ke tempat yang baru. Tempat baru ini bisa kedalam database baru atau memang untuk backup saja. Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu Load & Upload yang difokuskan untuk memindahkan data yang berupa indeks atau data itu sendiri alias isi dari database dan yang kedua adalah Export & Import yang digunakan memindahkan data secara lengkap mulai dari grand, schema, dan seluruhnya.

Data Storage : Memory Instructions, Sering disebut sebagai memori komputer yang merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Penyimpanan data komputer menyediakan salah satu tiga fungsi inti dari komputer modern, yakni mempertahan informasi. Dalam penggunaan kontemporer memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM) dan kadang-kadang dalam bentuk lainnya yang lebih cepat tapi hanya dapat menyimpan data secara sementara.

Control : Test and branch Instruction, Unit kendali (Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arah/kendali terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU. Pada awal-awal desain komputer CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan didalam tempat penyimpanan kontrol (Controln Store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang batang dari word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut termasuk diantaranya adalah register.

BAB 11

INSTRUCTION LEVEL PARALEL

Paralelisme tingkat intruksi adalah ukuran dari beberapa banyak file intruksi disebuah program komputer dapat dijalankan secara bersamaan. Ada dua pendekatan untuk paralelisme tingkat intruksi yaitu Perangkat Keras dan Lunak .

Level perangkat keras bekerja pada paralelisme dinamis sedangkan Level perangkat lunak bekerja pada paralelisme statis. Paralelisme dinamis berarti prosessor memutuskan pada waktu berjalan intruksi mana yang akan dieksekusi secara paralel sedangkan parelisme statis berarti memutuskan intruksi mana yang akan dijalankan secara paralel.

Teknik mikro-arsitektur yang digunakan untuk mengeksploitasi Instruction Level Parallel (ILP) adalah :

  1. Pipelining intruksi dimana eksekusi beberapa intruksi dapat tumpang tindih sebagian.
  2. Superscalar eksekusi VLIW dan yang terkait erat komputasi intruksi paralel secara eksplisit konsep dimana banyak unit eksekusi digunakan untuk menjalankan beberapa intruksi secara paralel.
  3. Eksekusi tidak sesuai pesanan dimana intruksi dijalankan dalam urutan apa pun yang tidak melanggar dependensi data.
  4. Daftar penggantian nama yang mengacu pada teknik yangdiguankan untuk menghindari serialisasi yang tidak perlu dari operasi program yang dipaksakan oleh penggunaan kembali register oleh operasi tersebut.

ILP telah digunakan untuk memberikan peningkatan kinerja meskipun terdapat perbedaan yang semakin besar antara frekuensi pengoperasian prosessor dan waktuakses memori (desain ILP awal seperti IBM system / 360 Model 91 menggunakan teknik ILP untuk mengatasi batasan yang diberlakukan oleh file register yang relatif kecil).

Komentar

Posting Komentar