aRSITEKTUR DAN oRGANISASI komputer??

Arsitektur komputer berkaitan dengan atribute-atribute yang nampak bagi programmer
Set Instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk penyajian data, mekanisme I/O, teknik pengalamantan (addressing techniques).
Contoh: apakah tersedia instruksi untuk perkalian?

Organisasi komputer berkaitan dengan unit-unit operasional dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural
Control signals, interfaces, memory technology.
Contoh: Apakah instruksi perkalian diimplementasikan secara hardware, ataukah dikerjakan dengan penambahan secara berulang?

Struktur & Fungsi

Strukture adalah bagaimana masing-masing komponen saling berhubungan satu sama lain
Fungsi merupakan operasi dari masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur

FUNGSI
Semua komputer memiliki 4 fungsi:
- Pengolahan data - Data processing
- Penyimpanan data - Data storage
- Pemindahan data - Data movement
- Kendali - Control

Fungsi
* Komputer dilihat dari sudut pandang Fungsi.


Fungsi – Pemindahan data
Contoh: dari keyboard ke layar monitor

Fungsi – Penyimpanan data
Contoh: download dari internet


Fungsi – Pengolahan data
Contoh: updating bank statement

Strukture Komputer - Top Level

Strukture - Control Unit

CPU

* Merupakan komponen terpenting dari sistem komputer
* komponen pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya
* Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen

Komponen Utama CPU

1. Arithmetic and Logic Unit (ALU)
2. Control Unit
3. Registers
4. CPU Interconnections

Arithmetic and Logic Unit (ALU)

* Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.
* ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan
instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya.
* Seperti istilahnya ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

Control Unit

* Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya.

* Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.

Registers

* Media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
* Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

CPU Interconnections

* Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus – bus eksternal CPU
* Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register – register.
* Komponen eksternal CPU :sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran

Komponen Internal CPU




Fungsi CPU

* Menjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi –instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.
* Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).

Siklus instruksi

Terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi

* Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori
* Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC)
* PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi
* Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).
* Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan

Aksi CPU

* 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 instruksi untuk pengontrolan
fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan
urusan eksekusi.

Siklus Eksekusi

* Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya.
* Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
* Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.
* Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.
* Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.
* Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.
* Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori

Kesimpulan

1. Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung Vakum, Transistor, IC dan VLSI.
2. Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral.
3. Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya.
4. PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers).

CPU II

* Mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi.
* Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

Tujuan Interupsi

* Secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori.
* Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda.
* Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul

Kelas sinyal interupsi

* Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.
* Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.
* I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
* Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Proses Interupsi

* Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi – instruksi lain.
* Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor
* Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi.
* Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.
* Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak

Interupsi Ditangguhkan

* Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya.
* Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan.
* Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.

CPU III

Central Processing Unit III (CPU)

Sistem operasi kompleks

* Interupsi ganda (multiple interrupt).
Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba.
* Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini

Pendekatan Interupsi ganda

Ada 2 Pendekatan :

1. Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan /
sekuensial
- Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor.
- Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani.
2. Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi
- Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu

Perancangan Kinerja BUS Sistem

Konsep Program

* Pemrograman (hardware) merupakan proses penghu-bungan berbagai komponen logik pada konfigurasi yang diinginkan untuk membentuk operasi aritmatik dan logik pada data tertentu
* Hardwired program tidak flexibel
* General purpose hardware dapat mengerjakan berbagai macam tugas tergantung sinyal kendali yang diberikan
* Daripada melakukan re-wiring, Lebih baik menambah-kan sinyal-sinyal kendali yang baru

Program ?

* Adalah suatu deretan langkah-langkah
* Pada setiap langkah, dikerjakan suatu operasi arithmetic atau logical
* Pada setiap operasi, diperlukan sejumlah sinyal kendali tertentu

Fungsi Control Unit

* Untuk setiap operasi disediakan kode yang unik
Contoh: ADD, MOVE
* Bagian hardware tertentu menerima kode tersebut kemudian menghasilkan sinyal-sinyal kendali
* Jadilah komputer!

Komponen yang diperlukan

* Control Unit (CU) dan Arithmetic and Logic Unit (ALU) membentuk Central Processing Unit (CPU)
* Data dan instruksi harus diberikan ke sistem dan dikeluarkan dari sistem
Input/output
* Diperlukan tempat untuk menyimpan sementara kode instruksi dan hasil operasi.
Main memory

Siklus Instruksi

1. Fetch Cycle

* Program Counter (PC) berisi address instruksi berikutnya yang akan diambil
* Processor mengambil instruksi dari memory pada lokasi yang ditunjuk oleh PC
Naikkan PC
* Kecuali ada perintah tertentu
* Instruksi dimasukkan ke Instruction Register (IR)
* Processor meng-interpret dan melakukan tindakan yang diperlukan

2. Execute Cycle

* Processor-memory
Transfer data antara CPU dengan main memory
* Processor I/O
Transfer data antara CPU dengan I/O module
* Data processing
Operasi arithmetic dan logical pada data tertentu
* Control
Mengubah urutan operasi
Contoh: jump
* Kombinasi diatas

Interrupt

* Suatu mekanisme yang disediakan bagi modul-modul lain (mis. I/O) untuk dapat meng-interupsi operasi normal CPU
* Program
Misal: overflow, division by zero
* Timer
Dihasilkan oleh internal processor timer
Digunakan dalam pre-emptive multi-tasking
* I/O
dari I/O controller
* Hardware failure
Misal: memory parity error

Siklus Interupsi

* Ditambahkan ke instruction cycle
* Processor memeriksa adanya interrupt
Diberitahukan lewat interrupt signal
* Jika tidak ada interrupt, fetch next instruction
* Jika ada interrupt:
* Tunda eksekusi dari program saat itu
* Simpan context
* Set PC ke awal address dari routine interrupt handler
* Proses interrupt
* Kembalikan context dan lanjutkan program yang terhenti.

Multiple Interrupts

* Disable interrupts
* Processor akan mengabaikan interrupt berikutnya
* Interrupts tetap akan diperiksa setelah interrupt ynag pertama selesai dilayani
* Interrupts ditangani dalam urutan sesuai datangnya
* Define priorities
* Low priority interrupts dapat di interrupt oleh higher priority interrupts
* Setelah higher priority interrupt selesai dilayani, akan kembali ke interrupt sebelumnya.

Sambungan

* Semua unit harus tersambung
* Unit yang beda memiliki sambungan yang beda
Memory
Input/Output
CPU

Sambungan Memori

* Menerima dan mengirim data
* Menerima addresses
* Menerima sinyal kendali
Read
Write
Timing

Sambungan Input/Output

* Serupa dengan sambungan memori
* Output
- Menerima data dari computer
- Mengirimkan data ke peripheral
* Input
- Menerima data dari peripheral
- Mengirimkan data ke computer
* Menerima sinyal kendali dari computer
* Mengirimkan sinyal kendali ke peripherals
Contoh: spin disk
* Menerima address dari computer
Contoh: nomor port
* Mengirimkan sinyal interrupt

CPU Connection

* Membaca instruksi dan data
* Menuliskan data (setelah diproses)
* Mengirimkan sinyal kendali ke unit-unit lain
* Menerima (& menanggapi) interrupt

BUS

Bus adalah Jalur komunikasi yang menghubungkan beberapa device. Biasanya menggunakan cara broadcast. Seringkali dikelompokkan.

* Satu bus berisi sejumlah kanal (jalur)
* Contoh bus data 32-bit berisi 32 jalur


Jalur sumber tegangan biasanya tidak diperlihatkan

* Ada beberapa kemungkinan interkoneksi sistem.
* Yang biasa dipakai: Single Bus dan multiple BUS
* PC: Control/Address/Data bus
* DEC-PDP: Unibus

Data Bus

* Membawa data
Tidak dibedakan antara “data” dan “instruksi”
* Lebar jalur menentukan performance
8, 16, 32, 64 bit

Address bus

* Menentukan asal atau tujuan dari data
* Misalkan CPU perlu membaca instruksi (data) dari memori pada lokasi tertentu
* Lebar jalur menentukan kapasitas memori maksimum dari sistem
Contoh 8080 memiliki 16 bit address bus maka ruang memori maksimum adalah 64k

Control Bus

* Informasi kendali dan timing
Sinyal read/write memory (MRD/MWR)
Interrupt request (IRQ)
Clock signals (CK)

Bentuk Fisik

* Bagaimana bentuk fisik bus?
Jalur-jalur parallel PCB
Ribbon cables
Strip connectors pada mother boards
contoh PCI
Kumpulan kabel

Problem pada Single Bus

* Banyak devices pada bus tunggal menyebabkan:
* Propagation delays
- Jalur data yg panjang berarti memerlukan koordinasi pemkaian shg berpengaruh pada performance
- If aggregate data transfer approaches bus capacity
* Kebanyakan sistem menggunakan multiple bus

Jenis Bus

* Dedicated
Jalur data & address terpisah
* Multiplexed
Jalur bersama
Address dan data pada saat yg beda
Keuntungan – jalur sedikit
* Kerugian
- Kendali lebih komplek
- Mempengaruhi performance

Arbitrasi Bus

* Beberapa modul mengendalikan bus
* contoh CPU dan DMA controller
* Setiap saat hanya satu modul yg mengendalikan
* Arbitrasi bisa secara centralised atau distributed

Arbitrasi Centralised

* Ada satu hardware device yg mengendalikan akses bus
* Bus Controller
* Arbitrer
* Bisa berupa bagian dari CPU atau terpisah

Arbitrasi Distributed

* Setiap module dapat meng-klaim bus
* Setiap modules memiliki Control logic

Timing

* Koordinasi event pada bus
* Synchronous
- Event ditentukan oleh sinyal clock
- Control Bus termasuk jalur clock
- Siklus bus ( bus cycle) transmisi 1 ke 0
- Semua devices dpt membaca jakur clock
- Biasanya sinkronisasi terjadi pada tepi naik (leading edge)
- Suatu event biasanya dimualai pada awal siklus

Bus PCI

* Peripheral Component Interconnection
* Dikeluarkan oleh Intel sebagai public domain
* 32 atau 64 bit
* 50 Jalur

Jalur pada Bus PCI (yg harus)

* Jalur System
clock and reset
* Address & Data
32 jalur multiplex address/data
Jalur validasi
* Interface Control
Arbitrasi
Not shared
Direct connection to PCI bus arbiter
* Error lines

Jalur Bus PCI (Optional)

* Interrupt lines
Not shared
* Cache support
* 64-bit Bus Extension
Additional 32 lines
Time multiplexed
2 lines to enable devices to agree to use 64-bit transfer
* JTAG/Boundary Scan
For testing procedures

Gerbang Logika

Gerbang logika atau gerbang logik adalah suatu entitas dalam elektronika dan matematika Boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik. Gerbang logika terutama diimplementasikan secara elektronis menggunakan dioda atau transistor, akan tetapi dapat pula dibangun menggunakan susunan komponen-komponen yang memanfaatkan sifat-sifat elektromagnetik (relay), cairan, optik dan bahkan mekanik.

Ringkasan jenis-jenis gerbang logika
1. Gerbang-AND (AND)

Fungsi : Y = A\,B Logic-gate-and-us.svg
A B Y
0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

2. Gerbang-OR (OR)

Fungsi : Y = A + B\! Logic-gate-or-us.png
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

3. Gerbang-NOT (NOT, Gerbang-komplemen, Pembalik(Inverter))

Fungsi : Y = \overline{A} Logic-gate-inv-us.png
A Y
0 1
1 0

4. Gerbang-NAND (Not-AND)

Fungsi : Y = \overline{A\,B} Logic-gate-nand-us.png
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

5. Gerbang-NOR (Not-OR)

Fungsi : Y = \overline{A + B} Logic-gate-nor-us.png
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

6. Gerbang-XOR (Antivalen, Exclusive-OR)

Fungsi : Y = A \oplus B Logic-gate-xor-us.png
A B Y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0

7. Gerbang-XNOR (Ekuivalen, Not-Exclusive-OR)

Fungsi : Y = \overline{A \oplus B} Logic-gate-xnor-us.png
A B Y
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1