ORGANISASI KOMPUTER

Pertemuan ke-1

Pengantar Organisasi Komputer

Tujuan

1.

Menjelaskan tentang Org.Komputer

2.

Menjelaskan Perbedaan utama organisasi

komputer dan arsitektur Komputer

3.

Menjelaskan struktur dan fungsi utama

komputer

4.

Menjelaskan konsep dasar operasi

Arsitektur & Organisasi 1



Arsitektur Komputer

◦ Atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer

◦ Contoh : set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O



Organisasi Komputer

◦ Bagian yang terkait erat dengan unit-unit operasional

◦ Berhubungan dengan interkoneksi komponen penyusun sistem komputer

◦ Contoh : Teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal-sinyal kontrol

Arsitektur & Organisasi 2



Semua keluarga Intel x86 mempunyai arsitektur

dasar yang sama



Sistem IBM / keluarga 370 mempunyai

arsitektur dasar yang sama



Memberikan kompatibilitas instruksi level

◦ At least backwards



Mesin Organisasi antar versi memiliki

perbedaan

Struktur & Fungsi



Struktur

◦ Sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar



Fungsi

◦ Operasi dari masing-masing komponen yang merupakan bagian dari struktur

Arsitektur & Organisasi 1



Fungsi Utama dari Komputer

◦ Fungsi Operasi Pengolahan Data ◦ Fungsi Operasi Penyimpanan Data ◦ Fungsi Operasi Pemindahan Data ◦ Fungsi Operasi Kontrol

Unit Fungsional Dasar Komputer

Input

Output

Memori

Aritmetika dan Logika

Gambar Fungsi



Gambar dari Fungsi Komputer

Data Movement

Apparatus

Control Mechanism

Data Storage

Facility

Data Processing

Operasi [1]



Fungsi Operasi Pemindahan Data

◦ Contoh : operasi pemindahan data dari keyboard ke screen

Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility

Operasi [2]



Fungsi Operasi Penyimpanan Data

◦ Contoh : Internet download to Disk

Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility

Operasi [3]



Proses dari / ke unit penyimpanan

◦ Contoh : Updating Bank Statement

Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility

Operasi [4]



Proses dari unit penyimpanan ke I/O

◦ Contoh : Printing a bank statement

Data Movement Apparatus Control Mechanism Data Storage Facility Data Processing Facility

Struktur - Top Level

Computer Main Memory Input Output Systems Interconnection Peripherals Communication lines Central Processing Unit Computer

Struktur - CPU

Computer Arithmetic and Logic Unit Control Unit Internal CPU Interconnection Registers CPU I/O Memory System Bus CPU

Struktur

–

Unit Kontrol

CPU Control Memory Control Unit Registers and Decoders Sequencing Logic Control Unit ALU Registers Internal Bus Control Unit

Kesimpulan

 Komputer adalah sebuah mesin elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasi tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah

 Organiasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer

 Arsitektur Komputer lebih cenderung pada kajian atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer

 Struktur internal komputer meliputi : Central Processing Unit (CPU), Memori Utama, I/O, Sistem Interkoneksi

 Stuktur internal CPU meliputi : Control Unit, Aritmetic dan Logic Unit (ALU), Register, CPU Interkoneksi.

 Fungsi dasar sistem komputer adalah Fungsi Operasi Pengolahan Data, Penyimpana Data, Fungsi Operasi Pemindahan Data, Fungsi

Pertemuan ke-2

Evolusi & Kinerja Komputer [

1

_]

Computer Organization

Tujuan

1.

Menjelaskan tentang sejarah teknologi

Komputer

2.

Menjelaskan trend teknologi yang telah

membuat untuk kerja yang menjadi fokus

rancangan sistem komputer

3.

Meninjau bermacam-macam teknik dan

strategi yang digunakan untuk mencapai

unjuk kerja yang seimbang

4.

Menjelaskan perkembangan pentium dan

ENIAC

–

Latar Belakang



Electronic Numerical Integrator And Computer



Eckert and Mauchly



University of Pennsylvania



Pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru

kendali dalam pembuatan senjata baru



Dimulai pada tahun 1943



Selesai pada tahun 1946

 Too late for war effort

ENIAC

–

Detail



Decimal (not binary)



20 Akumulator masing-masing menampung 10

digit desimal



Diprogram secara manual dengan Switch



18.000 Tabung Vakum



30 Ton



15.000 Meter persegi



140 kW konsumsi daya listrik

von Neumann / Turing



Menggunakan konsep penyimpanan



Memori

Utama,

untuk

menyimpan

data

maupun instruksi



Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah

data biner



Control

Unit,

untuk

melakukan

kontrol

terhadap instruksi-instruksi didalam memori



I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar



Princeton Institute for Advanced Studies

von Neumann / Turing



Ahli matematika : Konsultan pembuatan ENIAC



1945 memperbaiki kelemahan ENIAC : EDVAC



EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)



Stored Program Concept



1946 Dipublikasikan



Dikenal dengan Komputer IAS (Computer of

Institute for Advanced Studies)

Struktur dari von Neumann machine

Main Memory Arithmetic

Logic Unit

Program Control Unit Input

Output Equipment

IAS - Detail



1000 Lokasi Penyimpanan x 40 bit words

 Binary Number

 2 x 20 bit instructions

Struktur IAS - Detail

Main Memory

Arithmetic and Logic Unit

Program Control Unit Input

Output Equipment

MBR

Arithmetic & Logic Circuits MQ Accumulator MAR Control Circuits IBR IR PC Address Instructions & Data

ALU

–

IAS (

Computer of Institute for Advanced Studies

)



Memory Buffer Register (MBR)



Memory Address Register (MAR)



Instruction Register (IR)



Instruction Buffer Register (IBR)



Program Counter (PC)



Accumulator (AC)

ALU

–

IAS (

Computer of Institute for Advanced Studies

)



Siklus Instruksi IAS



Data Transfer



Unconditional branch



Conditional branch



Arithmetic

Komputer Komersial



1947

–

Eckert Mauchly mendirikan Eckert

Mauchly Computer Corporation



UNIVAC I (Universal Automatic Computer)



UNIVAC I menjadi tulang punggung perhitungan

sensus di USA



Tahun kelahiran industri komputer dengan

munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu

mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM



Tahun 1950 diluncurkan UNIVAC II, Karakteristik

 Lebih cepat

Transistors



Pengganti tabung vakum



Lebih kecil



Lebih ringan



Disipasi daya lebih rendah



Solid state device



Terbuat dari silikon



Ditemukan tahun 1947 di Lab. Bell

Transistors Based Computers



Mesin generasi kedua



NCR & RCA membuat small transistor machines



IBM 7000



Dec

–

1957

IBM



Punched Card processing equipment



1953

–

the 701

 IBM first stored program computer

 Scientific calculations



1955

–

the 702

 Aplikasi Bisnis

Microelectronics



Literally

– small electro ics



Komputer terbentuk dari kumpulan gate,

kumpulan memori dan interkoneksinya



Dapat dibuat dengan semikonduktor

Generasi dari Komputer

 Tabung Vakum [1946 – 1957]

 Transistor [1958 – 1964]

 Small scale integration [on 1965]

 Up to 100 devices on a chip

 Medium scale integration [to 1971]

 100 – 3.000 devices on a chip

 Large scale integration [1971 – 1977]

 3.000 – 100.000 devices on a chip

 Very large scale integration [1978 – to date]

 100.000 – 100.000.000 devices on a chip

Moore’s Law

 Kepadatan komponen dalam sebuah Chip meningkat

 Gordon Moore – Co Founder of Intel

 Jumlah transistor dalam chip menjadi dua kali lipat dalam tiap tahun

 Sejak 1970 perkembangan agak lambat  Jumlah transistor berkembang tiap 18 bulan

 Harga dari chip rata-rata tetap / tidak berubah

 Higher packing density berarti jalur elektronik lebih pendek, kemampuan makin meningkat

 Ukuran yang mengecil meningkatkan fleksibilitas

 Mengurangi daya dan membutuhkan pendingin

IBM Series 360



1964



Replaced (& not compatible with) 7000 series



First pla ed family of computers

 Set instruksi mirip atau identik

 Sistem operasi mirip atau identik

 Kecepatan yang meningkat

 Ukuran memori yang lebih besar

 Harga yang meningkat

DEC PDP-8



1964



Minicomputer pertama kali



Tidak memerlukan air conditioned room



Embedded applications & OEM



Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM

terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini

menggunakan omnibus system



Sistem terdiri atas 96 lintasan sinyal yang terpisah



Arsitektur Bus pada PDP-8 nantinya digunakan oleh

komputer

–

komputer modern

Struktur Bus DEC PDP-8

OMNIBUS Console

Controller CPU

Main Memory

I/O Module

I/O Module

Memori Semikonduktor



1970



Fairchild



Size of a single core

 1 bit of magnetic core storage



Holds 256 bits



Non-destructive read



Much faster than core

Kesimpulan [P02]



Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung

Vakum, Transistor, IC dan VLSI



Kinerja sebuah sistem komputer merupakan

hasil proses dari seluruh komponen komputer,

yang melibatkan CPU, memori utama, memori

sekunder, bus dan peripheral

Pertemuan ke 3

Evolusi & Kinerja Komputer [

2

_]

Computer Organization

Integrated Circuit [IC]



Revolusi Elektronika dengan ditemukannya

Integrated Circuit [IC] pada tahun 1958



Penggabungan komponen-komponen

elektronika dalam suatu paket



Mempercepat proses komputer



Kapasitas memori makin besar

IBM System/360



Tahun 1964 di keluarkan IBM System/360 yang

telah menggunakan teknologi IC



Replaced & not compatible with 7000 series



Dalam satu dekade IBM menguasai 70 %

pasaran Komputer



System 360 merupakan kelompok komputer

pertama yang terencana



Saling kompatibel

IBM System/360



Karakteristik dari IBM System/360

 Set Instruksi mirip atau identik

 Sistem Operasi mirip atau identik

 Kecepatan yang meningkat

 Ukuran memori yang lebih besar

 Harga yang meningkat

Digital Equipment Corporation

 PDP-8 th 1964

 Minicomputer pertama kali

 Tidak memerlukan air conditioned room

 Embedded applications & OEM

 Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system

 Sistem terdiri atas 96 lintasan sinyal yang terpisah

 Arsitektur Bus pada PDP-8 nantinya digunakan oleh komputer–komputer modern

Struktur Bus DEC PDP-8

OMNIBUS Console

Controller CPU

Main Memory

I/O Module

I/O Module

Memori Semikonduktor



1970



Fairchild



Size of a single core

 1 bit of magnetic core storage



Holds 256 bits



Non-destructive read



Much faster than core

Scale Integration



Komputer generasi ke 4

 Small scale integration [on 1965]

 Up to 100 devices on a chip

 Medium scale integration [to 1971]

 100 – 3.000 devices on a chip

 Large scale integration [1971 – 1977]

 3.000 – 100.000 devices on a chip

 Very large scale integration [1978 – to date]

 100.000 – 100.000.000 devices on a chip

 Ultra large scale integration

Intel



1971

–

Type 4004

 Micropocessor pertama Intel

 Semua komponen CPU adalah single chip

 4 Bit



Diikuti dengan munculnya 8008 tahun 1972

 8 Bit

 Mikropocessor dengan desain aplikasi khusus

 Instruksinya lebih komples tetapi lebih cepat



1974

–

Type 8080

Generasi Pentium [a]

 8080, keluar tahun 1972 merupakan keluaran Intel dengan mesin 8 bit. Jumlah instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan 16KB

 8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikropcosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64 KB

 80286, dikenalkan tahun 1982, pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi

 80386, dikeluarkan tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah menggunakan sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu

 80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor

Generasi Pentium [b]

 Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar sehingga memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel

 Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan organisasi superscalar untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi cabang, amalisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih

 Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga mampu menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah menggunakan teknologi RISC

 Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D

 Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih

Power PC

 Menerapkan teknologi RISC (Reduced Instruction set Computer)

 Proyek sistem RISC diawali pada tahun 1975 oleh IBM pada komputer mini seri 801

 Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986

 Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC superskalar workstation

 Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER

 IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800

Kelompok Power PC

 601, adalah mesin 32 bit yang merupakan produksi masal arsitektur Power PC untuk lebih dikenal masyarakat

 603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien

 604, seri komputer Power PC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop

 620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan menggunakan arsitektur 64 bit

 740/750, seri dengan cache L2

 G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi paralel

Peningkatan Kinerja & Kemampuan



Peningkatan Kecepatan

 Pipelining

 On Board cache

 On Board Cache L1 & L2

 Branch Prediction

 Data Flow Analisys

 Speculative Execution



Kemampuan

 Kecepatan Processor meningkat

 Kapasitas Memori meningkat

Karakteristik DRAM dan Processor

Teknik Penyelesaian



Meningkatkan jumlah bits yang diterima tiap proses

 Make DRAM ider rather than deeper



Mengubah DRAM interface

 Teknik cache atau pola buffer



Mengurangi frekuensi dari akses memori

 More complex cache and cache on chip



Mengingkatkan interconnection bandwidth

 High speed buses  Hierarchy of buses

Kesimpulan [P0 2 & 3]

 Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung Vakum, Transistor, IC sampai dengan VLSI

 Pentium dari Intel mampu mendominasi pasaran dengan menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya.

 Power PC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers)

 Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus dan peripheral

Pertemuan ke 4

Struktur CPU

Computer Organization

Tujuan



Menjelaskan tentang komponen utama CPU

dan Fungsi CPU



Membahas struktur dan fungsi internal

prosesor, organisasi ALU, Control Unit dan

Register



Menjelaskan fungsi processor dalam

menjalankan instruksi-instruksi mesin



Kapasitas memori makin besar

Komponen Utama CPU



Arithmetic and Logic Unit (ALU)



Control Unit (CU)



Registers

Arithmetic and Logic Unit (ALU)



Aritmetic and Logical Unit

 Bertugas membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer

 Arithmetic Logic Unit sering disebut dengan bahasa mesin (machine language) karena bagian ini

mengerjakan instruksi-instruksi bahasa mesin yang diberikan kepadanya.

 Arithmetic Logic Unit terdiri dari dua bagian yaitu unti arithmetic dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri

Control Unit [CU]

 Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya

 Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambila 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 dan

keluaran

Fungsi CPU

 Menjalankan program-program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menuji 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

Siklus Fetch - 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 dengan Program Counter (PC)

 PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi

 Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam refister instruksi (IR)

 Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode-kode biner yang dapat di interpretasikan 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 Address Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

 Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau mengambil 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), mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

 Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi

Fungsi Interupsi

 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 manajemen 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

Kelas sinyal Interupsi

 Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya : aritmatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal.

 Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan perwaktuan dalam processor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler

 I/O, sinyal interupsi yang dbangkitkan 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 prosessor

 Kemudian prosessor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandle routine interupsi

 Setelah program interupsi selesai, maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programmnya

 Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditolak dan interupsi ditolak

Interupsi Ditangguhkan

Apa yang dilakukan Processor ?

 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

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 :

 Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial

 Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani processor

 Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru ditangani

 Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi

 Interrupr handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu

Contoh Kasus

Suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O : printer, disk

dan saluran komunikasi, masing

–

masing prioritasnya

2,4 dan 5. Bagaimana proses interupsinya ?

Contoh Kasus

 Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi

 Proses selanjutnya adalah oengalihan eksekusi interupsi modul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan

 Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan

 Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk

 Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama

Pertemuan ke 5

Cache Memory

Computer Organization

Tujuan



Menjelaskan tentang memori utama komputer



Menjelaskan tipe dari memori, waktu dan

pengontrolan



Menjelaskan pembetulan kesalahan



Menjelaskan cache memory termasuk

didalamnya adalah fungsi pemetaan

Memori



Memori adalah bagian dari komputer tempat

program-program dan data-data disimpan



Istilah store atau storage untuk memori,

meskipun kata storage sering digunakan untuk

menunjuk ke penyimpanan disket



Tempat informasi, dibaca dan ditulis



Aneka ragam jenis, teknologi, organisasi, unjuk

kerja dan harga

Memori internal dan External



Memori internal adalah memori yang dapat

diakses langsung oleh prosesor

 Register yang terdapat didalam prosesor, cache memori dan memori utama berada diluar prosesor



Memori eksternal adalah memori yang diakses

prosesor melalui piranti I/O

Sifat Sel Memori

 Sel memori memiliki dua keadaan stabil (atau semi-stabil), yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 1 atau 0

 Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi (sedikitnya satu kali)

Lokasi Memori

 Register

 Berada didalam chip prosesor

 Diakses langsung oleh prosesor dalam menjalankan operasinya

 Register digunakan sebagai memori sementara dalam perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor

 Memori Internal

 Berada diluar chip prosesor

 Mengaksesannya langsung oleh prosesor

 Dibedakan menjadi memori utama dan cache memori

 Memori Eksternal

 Diakses oleh prosesor melalui piranti I/O

Kapasitas Memori

 Kapasitas memori internal maupun eksternal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte, (1 byte = 8 bit)

Atau dinyatakan dalam bentuk Word

 Panjang word umumnya 8, 16, 32 bit

 Memori eksternal biasanya lebih besar kapasitasnya daripada memori internal, hal ini disebabkan karena teknologi dan sifat penggunaannya yang berbeda

 Memori internal

 Satuan transfer sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori

 Jumlah saluran ini sering kali sama dengan panjang word, tapi dimungkinkan juga tidak sama

Konsep Satuan Transfer

 Word, merupakan satuan alami organisasi memori. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi

 Addressable units, pada sejumlah sistem, adressable units adalah word. Namun terdapat sistem dengan Atau dinyatakan dalam bentuk Word. Namun terdapat sistem dengan pengalamatan pada tingkatan byte. Pada semua kasus hubungan antara panjang A suatu alamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A = N

 Unit of Transfer, adalah jumlah bit yang dibaca atau dituliskan ke dalam memori pada suatu saat. Pada eksternal, transfer data biasanya lebih besar dari suatu word, yang disebut dengan block

Metode Akses

 Sequential Access

 Memori diorganisasi unit-unit data yang disebut record

 Akses harus dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik

 Informasi pengalamatan yang disimpan dipakai untuk memisahkan record-record dan untuk membantu proses pencarian

 Terdapat shared read/write mechanism untuk penulisan/pembacaan memorinya

 Pita magnetik merupakan memori yang menggunakan metode sequential access

 Direct Access

 Pita sequential access terdapat shared read/write mechanism

 Setiap blok dan record memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya

 Akses dilakukan langsung pada alamat memori

Metode Akses

 Associative Access

 Jenis random akses yang memungkinkan pembandingan lokasi bit yang diinginkan untuk pencocokan

 Data dicari berdasarkan isinya bukan alatamnya dalam memori

 Contoh memori ini adalah cache memori

 Random Access

 Setiap lokasi memori dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara langsung

Parameter Utama

 Access Time

 Bagi random access memory, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis

 Memori non random akses merupakan waktu yang dibutuhkan dalam melakukan mekanisme baca atau tulis pada lokasi tertentu

 Memory Cycle Time

 Konsep ini digunakan pada random access memory

 Terdiri dari access time ditambah dengan waktu yang diperlukan agar hilang pada saluran sinyal

Parameter Utama

 Transfer Rate

Kecepatan data transfer ke unit memori atau dari unit memori

 Random access memory sama dengan 1/cycle time

 Non-random access memory dengan perumusan :

TN = TA + (N/R)

TN = Waktu rata-rata untuk membaca atau menulis N bit TA = Waktu akses rata-rata

N = jumlah bit

Karakteristik Fisik

 Media Penyimpanan volatile dan non-volatile

 Volatile memory, informasi akan hilang apabila daya listriknya dimatikan

 Non-Volatile memory tidak akan hilang walau daya listriknya hilang

 Memori permukaan magnetik adalah contoh non-volatile memory, sedangkan semikonduktor ada yang volatile dan non-volatile

 Media erasable dan nonerasable

 Ada jenis memori semikonduktor yang tidak bisa dihapus kecuali dengan menghancurkan unit storage-nya, memori ini dikenal dengan ROM (Read Only Memory)

Keandalan Memori

 Berapa Banyak ?

 Sesuatu yang sulit dijawab, karena berapapun kapasistas memori tentu aplikasi akan menggunakannya.

 Berapa Cepat

 Memori harus mampu mengikuti kecepatan CPU sehingga terjadi kerja antar CPU dan memori tanpa adanya waktu tunggu karena kompnen lain belum selesai prosesnya

 Berapa Mahal ?

 Relatif. Bagi produsen selalu mencari harga produksi paling murah tanpa mengorbankan kualitasnya untuk memiliki daya saing di pasaran

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 13 Klasifikasi Umum Perangkat I/O

Pendapat orang-orang mengenai I/O berbeda-beda. Seorang insinyur mungkin akan memandang perangkat keras I/O sebagai kumpulan chip-chip, kabel-kabel, catu daya, dan komponen fisik lainnya yang membangun perangkat keras ini. Seorang programmer akan memandangnya sebagai antarmuka yang disediakan oleh perangkat lunak atau perintah yang diterima perangkat keras, fungsi yang dikerjakannya, dan

error yang ditimbulkan.Perangkat I/O dapat dibagi secara umum menjadi dua kategori,

yaitu: perangkat blok (block devices), dan perangkat karakter (character devices).

Perangkat blok menyimpan informasi dalam sebuah blok yang ukurannya tertentu, dan memiliki alamat masing-masing. Umumnya blok berukuran antara 512 bytes sampai 32.768 bytes.

Keuntungan dari perangkat blok ini ialah mampu membaca atau menulis setiap blok secara independen. Disk merupakan contoh perangkat blok yang paling banyak digunakan.Tipe lain perangkat I/O ialah perangkat karakter. Perangkat karakter mengirim atau menerima sebarisan karakter, tanpa menghiraukan struktur blok. Tipe

ini tidak memiliki alamat, dan tidak memiliki kemampuan mencari (seek). Printer dan

antarmuka jaringan merupakan contoh perangkat jenis ini.Pembagian ini tidaklah

sempurna. Beberapa perangkat tidak memenuhi kriteria tersebut. Contohnya: clock

yang tidak memiliki alamat dan juga tidak mengirim dan menerima barisan karakter. Yang ia lakukan hanya menimbulkan interupsi dalam jangka waktu tertentu.

Klasifikasi Perangkat I/O

Perangkat I/O dapat dikelompokkan berdasarkan :

a. Sifat aliran datanya, yang terbagi atas :

 Perangkat berorientasi blok.

Yaitu menyimpan, menerima, dan mengirim informasi sebagai blok-blok berukuran tetap yang berukuran 128 sampai 1024 byte dan memiliki alamat tersendiri, sehingga memungkinkan membaca atau menulis blok-blok secara

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 14 independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain. Contoh : disk,tape,CD ROM,optical disk.

 Perangkat berorientasi aliran karakter.

Perangkat yang menerima, dan mengirimkan aliran karakter tanpa membentuk suatu struktur blok. Contoh: terminal, line printer, pita kertas, kartu-kartu berlubang, interface jaringan, mouse.

b. Sasaran komunikasi, yang terbagi atas :

 Perangkat yang terbaca oleh manusia.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan manusia. Contoh : VDT (video display terminal) : monitor, keyboard, mouse.

 Perangkat yang terbaca oleh mesin.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat elektronik. Contoh : Disk dan tape, sensor, controller.

 Perangkat komunikasi.

Perangkat yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh. Contoh : Modem.

Faktor-faktor yang membedakan antar perangkat :

– Kecepatan transmisi data (data rate).

– Jenis aplikasi yang digunakan.

– Tingkat kerumitan dalam pengendalian.

– Besarnya unit yang ditransfer.

– Representasi atau perwujudan data.

– Kondisi-kondisi kesalahan.

Prinsip Manajemen Perangkat I/O

Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu : a. Efisiensi.

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 15

Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.

b. Generalitas (device independence).

Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.

Software diorganisasikan berlapis. Lapisan bawah berurusan menyembunyikan kerumitan perangkat keras untuk lapisan-lapisan lebih atas. Lapisan lebih atas berurusan memberi antar muka yang bagus, bersih, nyaman dan seragam ke pemakai.

Masalah-masalah manajemen I/O adalah :

a. Penamaan yang seragam (uniform naming).

Nama berkas atau perangkat adalah string atau integer, tidak bergantung pada perangkat sama sekali.

b. Penanganan kesalahan (error handling).

Umumnya penanganan kesalahan ditangani sedekat mungkin dengan perangkat keras.

c. Transfer sinkron vs asinkron.

Kebanyakan I/O adalah asinkron. Pemroses mulai transfer dan mengabaikan untuk melakukan kerja lain sampai interupsi tiba. Program pemakai sangat lebih mudah ditulis jika operasi I/O berorientasi blok. Setelah perintah read, program kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di buffer.

d. Sharable vs dedicated.

Beberapa perangk dapat dipakai bersama seperti disk, tapi ada juga perangkat yang hanya satu pemakai yang dibolehkan memakai pada satu saat. Contoh : printer.

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 16 Direct Memory Access

Dirrect Memory Acces atau biasa disebut DMA adalah suatu alat pengendali khusus yang disediakan untuk memungkinkan transfer blok data langsung antar perangkat eksternal dan memori utama, tanpa interversi terus menerus dari prosesor.Banyak sistem perangkat keras menggunakan DMA termasuk pengendali disk drive, VGA, LAN card dan Sound Card.DMA juga digunakan untuk interaksi chip transfer data dalam prosesor multi core, terutama pada system multiprosesor, di mana elemen pemrosesan dilengkapi dengan memori local (biasa disebut scratchpad memori) dan DMA digunakan untuk mentransfer data antara memori lokal dan memori utama.Komputer yang memiliki saluran DMA dapat mentransfer datanya ke suatu perangkat dengan proses yang jauh lebih kecil dari pada computer yang tidak memiliki saluran DMA.Demikian pula di dalam elemen pemrosesan multi-core prosesor yang dapat mentransfer data, dari memori lokal tanpa menduduki prosesor waktu dan memungkinkan komputasi dan transfer data yang pasti.

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 17 Transfer DMA

Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA

command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang

menunjuk ke tujuan/destinasi transfer, dan jumlah byte yang di transfer ke memori

CPU.CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke DMA controller.sehingga

DMA controller dapat langsung mengperasikan bus memori secara langsung dengan

menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa

bantuan CPU.Tiga langkah dalam transfer DMA :

1) Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyediakan data-data dari devise,

operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang di transfer.

2) DMA controller memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis

dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.

3) DMA controller meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan

tindakan berikutnya.

Internal Memory/Eko Budi Setiawan, S.Kom 18 Dalam skenario ini blok besar data yang akan ditransfer menggunakan DMA hardware.CPU menerima interupsi mengawali DMA hardware dengan

– Sebuah memori mulai alamat

– Jumlah data yang di transfer

– Perangkat yang digunakan (harddisk, CD, DVD, dll)

– arah transfer (input atau output)

DMA controller kemudian mentransfer data.setelah selesai controller memberitahu CPU bahwa transfer telah selesai.

Pada dasarnya DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer

data,Metode yang ertama ialah metode yang sangat baku dan sederhana disebut HALT

, atau Burst Mode DMA,karena pengendali DMA memegang control dari system bus

dan mentransfer semua blok data kea tau dari memori pada single burst.selagi transfer

masih dalam proses, system mikroprosessoe di-set idle, tidak melakukan intruksi

operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada

kebanyakan komputer.

Metode yang kedua adalah mengikut sertakan pengendali DMA untuk memegang control dari system bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessoe sibuk dengan operasi internal dan tidak

membutuhkan akses ke system bus. Metode DMA ini disebut dengan cycle stealing

mode.Cycle stealing modeDMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan

HALT DMA, karena pengendali DMA harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka.