Struktur Sistem Komputer Dan Fúngi
Struktur Sistem Komputer
Haddad Sammir, M.Kom
October 21, 2015
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
1 / 40
Komponen-Komponen Komputer
Rancang bangun komputer kontemporer berbasiskan kepada konsep
yang kembangkan oleh John Von Neumann,
Arsitektur Von Neumann berlandaskan kepada tiga konsep utama:
◮
◮
◮
Data dan instruksi tersimpan dalam sebuah memory baca-tulis.
Isi dari memory tersebut berada pada lokasi yang dapat dialamatkan.
Eksekusi dilakukan secara berurutan (sequential) - kecuali jika secara
eksplisit diubah - dari satu instruksi ke instruksi berikutnya.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
2 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Hardware
Pendekatan hardware adalah pendekatan eksekusi instruksi pada level
hardware.
Hardware dirangkai untuk melakukan instruksi tertentu.
Hasil dari ”program” adalah sebuah bentuk hardware yang disebut
sebagai program hardwired.
Perubahan program dilakukan dengan mengubah rangkaian hardware.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
3 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Pendekatan software menggunakan perangkat yang menggunakan
konfigurasi atitmatika dan fungsi logika yang bersifat general-purpose.
Sekumpulan hardware teresebut akan melakukan beragam operasi
terhadap data tergantung kepada sinyal control yang diberikan.
Perubahan program dilakukan dengan mengubah sekumpulan sinyal
kontrol.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
4 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Pembuatan program melalui pendekatan software jauh lebih mudah.
Yang dibutuhkan adalah sekumpulan kode.
Masing-masing kode adalah sebuah instruksi dan terdapat komponen
tertentu pada hardware yang bertugas untuk menginterpretasikan
masing-masing instruksi dan menghasilkan sinyal kontrol.
Urutan kode atau instruksi tersebut disebut sebagai software.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
5 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Ada dua modul utama dalam pendekatan software yaitu:
1
2
Instruction interpreter.
General-purpose arithmetic and logic function.
Dua modul utama tersebut merupakan CPU.
Modul berikutnya yang diperlukan adalah modul yang bertugas untuk
menerima instruksi dan data serta memberikan laporan berupa hasil
eksekusi. Modul tersebut disebut sebagai modul I/O.
Selain itu diperlukan modul untuk menampung data dan instruksi
yang akan dieksekusi yang disebut main memory.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
6 / 40
Komponen Komputer
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
7 / 40
Komponen Komputer
Register
Memory address register (MAR): Menampung alamat memory
berikutnya yang akan dibaca atau ditulis.
Memory buffer register (MBR): Menampung data yang akan
dituliskan atau data yang telah dibaca dari main memory.
Input/Output address register (I/O AR): Menspesifikasikan
perangkata I/O yang digunakan.
Input/Output buffer register (I/O BR): Register yang digunakan
untuk perpindahan data antara modul I/O dan CPU.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
8 / 40
Eksekusi Sebuah Program
Secara sederhana proses eksekusi instruksi melibatkan dua langkah:
1
2
Prosesor membaca instruksi dari memory (fetch).
Prosesor mengeksekusi (execute) instruksi.
Eksekusi program terdiri dari perulangan proses instruction fetch dan
instruction execute.
Pemrosesan yang dibutuhkan untuk satu instruksi disebut instruction
cycle.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
9 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Instruction Cycle
Pada permulaam instruction cycle, prosesor menjemput (fetch)
istruksi dari memory dengan menggunakan alamat yang ditentukan
oleh program counter (PC).
Program counter manampung alamat instruksi berikutnya pada
memory.
Kecuali diperintahkan berbeda, prosesor selalu menaikkan nilai PC
sihingga prosor akan selalu menjemput instruksi berikutnya dalam
sebuah urutan.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
10 / 40
Instruction Fetch
Instruksi yang telah dijemput, ditempatkan pada register yang
terdapat pada prosesor yang bernama instruction register (IR).
Instruksi tersebut mengandung bits yang menetapkan aksi yang perlu
dilakukan prosesor.
Prosesor menginterpretasikan aksi tersebut dan melakukan aksi yang
diarahkan.
Aksi yang ditentukan umumnya terbagi atas empat kategori:
1
2
3
4
Prosesor - Memory: Data dipindahkan dari prosesor ke memory dan
sebaliknya.
Prosesor - I/O: Data dipindahkan dari dan ke periferal dengan
melakukan perpindahan data dari prosesor dan ke modul I/O.
Data Processing: Prosesor melakukan operasi aritmatika dan logika.
Control: Sebuah instruksi dapat menetapkan urutan pengerjaan
instruksi untuk diubah.
Contoh: Instruksi control pada alamat memory 149 dapat menetapkan
bahwa instruksi selanjutnya berada pada alamat memory 182, sehingga
instruksi selanjutnya yang dijemput adalah instruksi yang berada pada
alamat memory 182, bukannya 150.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
11 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Sebuah mesin hipotesis, memiliki prosesor dengan satu data register
yang disebut sebagai accumulator (AC).
Instruksi dan data memiliki panjang 16 bit.
Format instruksi berjumlah 4 bit sehingga memungkinkan menampug
24 = 16 opcode berbeda.
Memiliki hingga 212 = 4096 (4K) memory word yang dapat diakses
secara langsung.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
12 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Register internal CPU:
Program Counter (PC) = Alamat instruksi.
Instruction Register (IR) = Instruksi yang sedang dieksekusi.
Accumulator (AC) = Tempat penyimpanan data sementara.
Daftar sebagian opcode:
0001 (1) = Muat AC dari memory.
0010 (2) = Simpan AC ke memory.
0101 (5) = Jumlahkan nilai data pada memory ke AC dan simpan
hasilnya ke AC.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
13 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
14 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
1
PC mengandung nilai 300 yang berarti instruksi dijemput pada alamat
300 yang berisi data 1940 (dalam hexadecimal) yang berikutnya
dimmuat di IR. Nilai PC dinaikkan.
2
Nilai empat bit (digit hexadecimal pertama) mengindikasikan agar AC
diisi dengan sebuah nilai yang berada pada alamat memory 940 (tiga
digit hexadecimal berikutnya).
3
Instruksi berikutnya (5941) dijemput dari alamat memory 301. Nilai
PC dinaikkan.
4
Instruksi ”5” mengarahkan agar menjumlahkan nilai yang tersimpan
pada AC dengan nilai yang tersimpan pada alamat memory 941
(0002) dan menyimpan hasil penjumlahan ke AC.
5
Instruksi berikutnya (2941) diambil dari instruksi 302. Nilai PC
dinaikkan.
6
Nilai dari AC disimpan ke alamat 941.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
15 / 40
Instruction Cycle State Diagram
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
16 / 40
Instruction Cycle State Diagram
Instruction address calculation (IAC): Menentukan alamat dari
instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi selanjutnya.
Instruction fetch (IF): Menjemput instruksi dari alamat memory
tertentu.
Instruction operation decoding (IOD): Menganalisa instruksi dan
menentukan tipe operasi yang akan dijalankan dan operan yang
digunakan.
Operand address calculation (OAC): Jika operasi membutuhkan
operand yang tersimpan pada memory, operasi ini menentukan alamat
dari operand tersebut.
Operand fetch (OF): Menjemput operand dari memory atau
membacanya dari I/O.
Data operation (DO): Melakukan operasi yang ditentukan oleh
instruksi.
Operand store (OS): Menuliskan hasil operasi pada memory atau
meneruskannya ke I/O.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
17 / 40
Interrupt
Interrupt adalah sebuah mekanisme bagi modul-modul yang lain
(misalnya I/O) untuk menginterupsi proses yang sedang dikerjakan
CPU.
Tujuan interupsi adalah untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan.
Operasi I/O sering kali menyebabkan prosesor harus menunggu. Hal
tersebut dikarenakan waktu proses pada perangkat I/O jauh lebih
lambat dibandingkan waktu proses pada prosesor.
Efisiensi dapat ditingkatkan dengan mengalihkan operasi ke instruksi
lain sewaktu prosesor sedang menunggu sebuah operasi - misalnya
operasi I/O - yang memakan waktu lama sedang berjalan.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
18 / 40
Interrupt
Kelasifikasi Interrupt
Program: Dibangkitkan oleh kondisi yang muncul akibat hasil dari
eksekusi sebuah instruksi.
Contoh: arithmetic overflow dan division by zero.
Timer: Dibangkitkan oleh timer yang memungkinkan komputer
melakukan sebuah operasi secara teratur.
I/O: Dibangkitkan oleh modul I/O untuk mengirimkan sinyal operasi
telah selesai atau terjadi kesalahan.
Hardware Failure: Dibangkitkan oleh kegagalan perangkat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
19 / 40
Interrupt
Kendali Alur Program
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
20 / 40
Interrupt
Program Timing
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
21 / 40
Interrupt
Instruction Cycle State Diagram Dengan Interrupt
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
22 / 40
Struktur Interkoneksi
Komputer terdiri dari sekumpulan komponen dari tiga tipe dasar
yaitu: prosesor, memory dan I/O yang saling terhubung.
Kumpulan jalur yang menghubungkan komponen-komponen tersebut
disebut sebagai struktur interkoneksi.
Rancangan struktur tersebut akan mengacu kepada pertukaran data
yang harus dilakukan antar modul.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
23 / 40
Struktur Interkoneksi
Memory
Secara umum modul memory memiliki N-word data yang sama
panjang.
Masing-masing word memiliki alamat (0, 1, 2 ... N - 1).
Sejumlah N-word data dapat dibaca dari atau dituliskan ke memory.
Operasi baca-tulis ditandai dengan sinyal kontrol read / write.
Lokasi operasi ditandai dengan alamat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
24 / 40
Struktur Interkoneksi
Modul I/O
Dari sudut pandang internal sistem komputer, modul I/O memiliki
fungsi yang serupa dengan memory.
Terdapat dua operasi yaitu read dan write.
Modul I/O dapat mengelola lebih dari satu perangkat yang
masing-masing perangkat ditandai oleh alamat (0, 1, ... M - 1).
Modul I/O dapat mengirimkan sinyal interrupt.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
25 / 40
Struktur Interkoneksi
Prosesor
Prosesor membaca instruksi dan data.
Prosesor menuliskan data setelah diproses.
Prosesor menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan semua
operasi serta menerima sinyal interrupt.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
26 / 40
Bus Interconnection
Bus interconnection adalah jalur komunikasi yang menghubungkan
dua atau lebih perangkat.
Jika terdapat banyak perangkat terhubung pada bus, satu sinyal yang
dikirimkan oleh sebuah perangkat tersedia untuk diterima oleh semua
perangkat yang terhubung pada bus tersebut.
Jika dua perangkat mengirimkan sinyal pada waktu yang bersamaan,
sinyal tersebut akan tumpang tindih.
Hanya ada satu perangkat pada satu waktu yang dapat mengirimkan
sinyal dengan sukses.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
27 / 40
Bus Interconnection
Secara umum bus memiliki banyak jalus komunikasi / line.
Masing-masing line dapat mengirimkan sinyal yang merepresentasikan
binary 1 atau 0.
Seiring waktu, satu urutan binary dapat dikirimkan.
Gabungan beberapa line dapat mengirimkan sinyal secara simultan.
Contoh: 8 bit unit data dapat dikirimkan secara simultan melalui 8
line.
Sistem komputer memiliki beberapa jenis bus berbeda yang
menyediakan jalur komunikasi antar komponen yang berbeda level
pada hirarki sistem komputer.
Bus yang menghubunkan komponen utama (prosesor, memory, I/O)
disebut sistem bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
28 / 40
Struktur Bus
Sebuah sistem bus secara umum terdiri dari 50 - beberapa ratus line
terpisah.
Masing-masing line memiliki fungsinya tersendiri yang dapat
dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu: data, address dan
control line.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
29 / 40
Struktur Bus
Tiga Kelompok Line
Data Line: menyediakan jalur untuk memindahkan data antar modul
sistem. Line jenis ini secara koletif disebut sebagai data bus. Data
bus dapat terdiri dari 32, 64, 128 atau lebih line terpisah yang ukuran
tersebut disebut width.
Address Line: dirancang untuk menunjuk sumber atau tujuan data
pada data bus.
Control Line: digunakan untuk mengendalikan akses dan penggunaan
data line dan address line. Karena baik data line dan address line
dapat digunakan secara bersama oleh semua komponen, maka
dibutuhkan mekanisme untuk menggunakannya. Sinyal kontrol
mengirimkan command dan timing antara modul sistem.
◮
◮
Command menentukan operasi yang harus dikerjakan.
Timing menentukan validitas data dan informasi alamat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
30 / 40
Operasi Yang Ditentukan Oleh Control Line I
Memory write: menyebabkan data yang berada pada bus ditulis pada
alamat memory bersangkutan.
Memory read: menyebabkan data yang berada pada alamat memory
tertentu diletakkan pada bus.
I/O write: data pada bus dikeluarkan pada alamat I/O tertentu.
I/O read: menyebabkan data pada alamat I/O tertentu diletakkan
pada bus.
Transfer ACK: mengindikasikan bahwa data telah diterima dari bus
atau diletakkan pada bus.
Bus request: mengindikasikan bahwa sebuah modul membutuhkan
akses terhadap bus.
Bus grant: mengindikasikan bahwa modul bersangkutan mendapatkan
akses terhadap bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
31 / 40
Operasi Yang Ditentukan Oleh Control Line II
Interrupt request: mengindikasikan bahwa sebuah interrupt sedang
tertunda.
Interrupt ACK: menyatakan bahwa interrupt yang tertunda telah
dikenali.
Clock: digunakan untuk mensinkronisasikan operasi.
Reset: digunakan untuk menginisialisasikan semua modul.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
32 / 40
Hirarki Multiple-Bus
Jika terdapat banyak perangkat yang terhubung ke bus, maka akan terjadi
penurunan kinerja. Hal tersebut terjadi karena:
1
Secara umum, semakin banyak perangkat yang terhubung, maka
panjang bus akan meningkat dan waktu propagasi sinyal akan
meningkat pula.
2
Bus dapat mengalami bottleneck. Seiring dengan bertambahnya
jumlah perangkat yang terhubung dan semakin meningkatnya ukuran
data seiring dengan perkembangan perangkat (seperti VGA, dan LAN
Card) jumlah data yang melewati bus tidak dapat lagi ditangani oleh
lebar bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
33 / 40
Konfigurasi Bus
Arsitektur Bus Tradisional
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
34 / 40
Konfigurasi Bus
Arsitektur Bus Kinerja Tinggi
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
35 / 40
Tipe Bus
1
Dedicated
◮
◮
◮
2
Secara permanen ditentukan untuk satu fungsi tertentu atau satu
komponen komputer tertentu.
Salah satu contoh dedicated bus adalah pemisahan address line dan
data line.
Penggunaan dedicate bus dapat meningkatkan performa, namun dapat
pula menambah ukuran perangkat (karena ada penambahan jalur)
serta meningkatkan biaya.
Multiplexed
◮
◮
◮
Penggunaan jalur secara bersama.
Salah satu contoh multiplexed bus adalah menggunakan jalur yang
sama untuk data line dan address line.
Penggunaan multiplexed line dapat mengurangi ukuran perangkat
(karena jumlah jalur sedikit) dan dapat meminimalkan harga, namun
kendali menjadi lebih kompleks dan kinerja dapat menurun.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
36 / 40
Interkoneksi Antar Komponen Periferal
Interkoneksi antar periferal dilakukan dengan menggunakan
antarmuka Peripheral Component Interconnect (PCI).
PCI memberikan kinerja sistem yang lebih baik untuk subsistem I/O
berkecepatan tinggi seperti kartu grafis (VGA), LAN card controller
dan harddisk controller.
Diluncurkan oleh intel sebagai public domain sehingga antar muka
PCI menjadi antar muka yang banyak digunakan untuk komputer
personal, workstation dan server.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
37 / 40
Peripheral Component Interconnect (PCI)
PCI Pada Komputer Desktop
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
38 / 40
Peripheral Component Interconnect (PCI)
PCI Pada Komputer Server
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
39 / 40
Referensi
Stallings, William. Computer Organization and Architecture:
Designing for Performance. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall,
2000. Print.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
40 / 40
Haddad Sammir, M.Kom
October 21, 2015
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
1 / 40
Komponen-Komponen Komputer
Rancang bangun komputer kontemporer berbasiskan kepada konsep
yang kembangkan oleh John Von Neumann,
Arsitektur Von Neumann berlandaskan kepada tiga konsep utama:
◮
◮
◮
Data dan instruksi tersimpan dalam sebuah memory baca-tulis.
Isi dari memory tersebut berada pada lokasi yang dapat dialamatkan.
Eksekusi dilakukan secara berurutan (sequential) - kecuali jika secara
eksplisit diubah - dari satu instruksi ke instruksi berikutnya.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
2 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Hardware
Pendekatan hardware adalah pendekatan eksekusi instruksi pada level
hardware.
Hardware dirangkai untuk melakukan instruksi tertentu.
Hasil dari ”program” adalah sebuah bentuk hardware yang disebut
sebagai program hardwired.
Perubahan program dilakukan dengan mengubah rangkaian hardware.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
3 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Pendekatan software menggunakan perangkat yang menggunakan
konfigurasi atitmatika dan fungsi logika yang bersifat general-purpose.
Sekumpulan hardware teresebut akan melakukan beragam operasi
terhadap data tergantung kepada sinyal control yang diberikan.
Perubahan program dilakukan dengan mengubah sekumpulan sinyal
kontrol.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
4 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Pembuatan program melalui pendekatan software jauh lebih mudah.
Yang dibutuhkan adalah sekumpulan kode.
Masing-masing kode adalah sebuah instruksi dan terdapat komponen
tertentu pada hardware yang bertugas untuk menginterpretasikan
masing-masing instruksi dan menghasilkan sinyal kontrol.
Urutan kode atau instruksi tersebut disebut sebagai software.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
5 / 40
Pendekatan Hardware dan Software
Pendekatan Software
Ada dua modul utama dalam pendekatan software yaitu:
1
2
Instruction interpreter.
General-purpose arithmetic and logic function.
Dua modul utama tersebut merupakan CPU.
Modul berikutnya yang diperlukan adalah modul yang bertugas untuk
menerima instruksi dan data serta memberikan laporan berupa hasil
eksekusi. Modul tersebut disebut sebagai modul I/O.
Selain itu diperlukan modul untuk menampung data dan instruksi
yang akan dieksekusi yang disebut main memory.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
6 / 40
Komponen Komputer
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
7 / 40
Komponen Komputer
Register
Memory address register (MAR): Menampung alamat memory
berikutnya yang akan dibaca atau ditulis.
Memory buffer register (MBR): Menampung data yang akan
dituliskan atau data yang telah dibaca dari main memory.
Input/Output address register (I/O AR): Menspesifikasikan
perangkata I/O yang digunakan.
Input/Output buffer register (I/O BR): Register yang digunakan
untuk perpindahan data antara modul I/O dan CPU.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
8 / 40
Eksekusi Sebuah Program
Secara sederhana proses eksekusi instruksi melibatkan dua langkah:
1
2
Prosesor membaca instruksi dari memory (fetch).
Prosesor mengeksekusi (execute) instruksi.
Eksekusi program terdiri dari perulangan proses instruction fetch dan
instruction execute.
Pemrosesan yang dibutuhkan untuk satu instruksi disebut instruction
cycle.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
9 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Instruction Cycle
Pada permulaam instruction cycle, prosesor menjemput (fetch)
istruksi dari memory dengan menggunakan alamat yang ditentukan
oleh program counter (PC).
Program counter manampung alamat instruksi berikutnya pada
memory.
Kecuali diperintahkan berbeda, prosesor selalu menaikkan nilai PC
sihingga prosor akan selalu menjemput instruksi berikutnya dalam
sebuah urutan.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
10 / 40
Instruction Fetch
Instruksi yang telah dijemput, ditempatkan pada register yang
terdapat pada prosesor yang bernama instruction register (IR).
Instruksi tersebut mengandung bits yang menetapkan aksi yang perlu
dilakukan prosesor.
Prosesor menginterpretasikan aksi tersebut dan melakukan aksi yang
diarahkan.
Aksi yang ditentukan umumnya terbagi atas empat kategori:
1
2
3
4
Prosesor - Memory: Data dipindahkan dari prosesor ke memory dan
sebaliknya.
Prosesor - I/O: Data dipindahkan dari dan ke periferal dengan
melakukan perpindahan data dari prosesor dan ke modul I/O.
Data Processing: Prosesor melakukan operasi aritmatika dan logika.
Control: Sebuah instruksi dapat menetapkan urutan pengerjaan
instruksi untuk diubah.
Contoh: Instruksi control pada alamat memory 149 dapat menetapkan
bahwa instruksi selanjutnya berada pada alamat memory 182, sehingga
instruksi selanjutnya yang dijemput adalah instruksi yang berada pada
alamat memory 182, bukannya 150.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
11 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Sebuah mesin hipotesis, memiliki prosesor dengan satu data register
yang disebut sebagai accumulator (AC).
Instruksi dan data memiliki panjang 16 bit.
Format instruksi berjumlah 4 bit sehingga memungkinkan menampug
24 = 16 opcode berbeda.
Memiliki hingga 212 = 4096 (4K) memory word yang dapat diakses
secara langsung.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
12 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Register internal CPU:
Program Counter (PC) = Alamat instruksi.
Instruction Register (IR) = Instruksi yang sedang dieksekusi.
Accumulator (AC) = Tempat penyimpanan data sementara.
Daftar sebagian opcode:
0001 (1) = Muat AC dari memory.
0010 (2) = Simpan AC ke memory.
0101 (5) = Jumlahkan nilai data pada memory ke AC dan simpan
hasilnya ke AC.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
13 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
14 / 40
Instruction Fetch & Instruction Execute
Contoh Operasi
1
PC mengandung nilai 300 yang berarti instruksi dijemput pada alamat
300 yang berisi data 1940 (dalam hexadecimal) yang berikutnya
dimmuat di IR. Nilai PC dinaikkan.
2
Nilai empat bit (digit hexadecimal pertama) mengindikasikan agar AC
diisi dengan sebuah nilai yang berada pada alamat memory 940 (tiga
digit hexadecimal berikutnya).
3
Instruksi berikutnya (5941) dijemput dari alamat memory 301. Nilai
PC dinaikkan.
4
Instruksi ”5” mengarahkan agar menjumlahkan nilai yang tersimpan
pada AC dengan nilai yang tersimpan pada alamat memory 941
(0002) dan menyimpan hasil penjumlahan ke AC.
5
Instruksi berikutnya (2941) diambil dari instruksi 302. Nilai PC
dinaikkan.
6
Nilai dari AC disimpan ke alamat 941.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
15 / 40
Instruction Cycle State Diagram
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
16 / 40
Instruction Cycle State Diagram
Instruction address calculation (IAC): Menentukan alamat dari
instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi selanjutnya.
Instruction fetch (IF): Menjemput instruksi dari alamat memory
tertentu.
Instruction operation decoding (IOD): Menganalisa instruksi dan
menentukan tipe operasi yang akan dijalankan dan operan yang
digunakan.
Operand address calculation (OAC): Jika operasi membutuhkan
operand yang tersimpan pada memory, operasi ini menentukan alamat
dari operand tersebut.
Operand fetch (OF): Menjemput operand dari memory atau
membacanya dari I/O.
Data operation (DO): Melakukan operasi yang ditentukan oleh
instruksi.
Operand store (OS): Menuliskan hasil operasi pada memory atau
meneruskannya ke I/O.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
17 / 40
Interrupt
Interrupt adalah sebuah mekanisme bagi modul-modul yang lain
(misalnya I/O) untuk menginterupsi proses yang sedang dikerjakan
CPU.
Tujuan interupsi adalah untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan.
Operasi I/O sering kali menyebabkan prosesor harus menunggu. Hal
tersebut dikarenakan waktu proses pada perangkat I/O jauh lebih
lambat dibandingkan waktu proses pada prosesor.
Efisiensi dapat ditingkatkan dengan mengalihkan operasi ke instruksi
lain sewaktu prosesor sedang menunggu sebuah operasi - misalnya
operasi I/O - yang memakan waktu lama sedang berjalan.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
18 / 40
Interrupt
Kelasifikasi Interrupt
Program: Dibangkitkan oleh kondisi yang muncul akibat hasil dari
eksekusi sebuah instruksi.
Contoh: arithmetic overflow dan division by zero.
Timer: Dibangkitkan oleh timer yang memungkinkan komputer
melakukan sebuah operasi secara teratur.
I/O: Dibangkitkan oleh modul I/O untuk mengirimkan sinyal operasi
telah selesai atau terjadi kesalahan.
Hardware Failure: Dibangkitkan oleh kegagalan perangkat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
19 / 40
Interrupt
Kendali Alur Program
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
20 / 40
Interrupt
Program Timing
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
21 / 40
Interrupt
Instruction Cycle State Diagram Dengan Interrupt
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
22 / 40
Struktur Interkoneksi
Komputer terdiri dari sekumpulan komponen dari tiga tipe dasar
yaitu: prosesor, memory dan I/O yang saling terhubung.
Kumpulan jalur yang menghubungkan komponen-komponen tersebut
disebut sebagai struktur interkoneksi.
Rancangan struktur tersebut akan mengacu kepada pertukaran data
yang harus dilakukan antar modul.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
23 / 40
Struktur Interkoneksi
Memory
Secara umum modul memory memiliki N-word data yang sama
panjang.
Masing-masing word memiliki alamat (0, 1, 2 ... N - 1).
Sejumlah N-word data dapat dibaca dari atau dituliskan ke memory.
Operasi baca-tulis ditandai dengan sinyal kontrol read / write.
Lokasi operasi ditandai dengan alamat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
24 / 40
Struktur Interkoneksi
Modul I/O
Dari sudut pandang internal sistem komputer, modul I/O memiliki
fungsi yang serupa dengan memory.
Terdapat dua operasi yaitu read dan write.
Modul I/O dapat mengelola lebih dari satu perangkat yang
masing-masing perangkat ditandai oleh alamat (0, 1, ... M - 1).
Modul I/O dapat mengirimkan sinyal interrupt.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
25 / 40
Struktur Interkoneksi
Prosesor
Prosesor membaca instruksi dan data.
Prosesor menuliskan data setelah diproses.
Prosesor menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan semua
operasi serta menerima sinyal interrupt.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
26 / 40
Bus Interconnection
Bus interconnection adalah jalur komunikasi yang menghubungkan
dua atau lebih perangkat.
Jika terdapat banyak perangkat terhubung pada bus, satu sinyal yang
dikirimkan oleh sebuah perangkat tersedia untuk diterima oleh semua
perangkat yang terhubung pada bus tersebut.
Jika dua perangkat mengirimkan sinyal pada waktu yang bersamaan,
sinyal tersebut akan tumpang tindih.
Hanya ada satu perangkat pada satu waktu yang dapat mengirimkan
sinyal dengan sukses.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
27 / 40
Bus Interconnection
Secara umum bus memiliki banyak jalus komunikasi / line.
Masing-masing line dapat mengirimkan sinyal yang merepresentasikan
binary 1 atau 0.
Seiring waktu, satu urutan binary dapat dikirimkan.
Gabungan beberapa line dapat mengirimkan sinyal secara simultan.
Contoh: 8 bit unit data dapat dikirimkan secara simultan melalui 8
line.
Sistem komputer memiliki beberapa jenis bus berbeda yang
menyediakan jalur komunikasi antar komponen yang berbeda level
pada hirarki sistem komputer.
Bus yang menghubunkan komponen utama (prosesor, memory, I/O)
disebut sistem bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
28 / 40
Struktur Bus
Sebuah sistem bus secara umum terdiri dari 50 - beberapa ratus line
terpisah.
Masing-masing line memiliki fungsinya tersendiri yang dapat
dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu: data, address dan
control line.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
29 / 40
Struktur Bus
Tiga Kelompok Line
Data Line: menyediakan jalur untuk memindahkan data antar modul
sistem. Line jenis ini secara koletif disebut sebagai data bus. Data
bus dapat terdiri dari 32, 64, 128 atau lebih line terpisah yang ukuran
tersebut disebut width.
Address Line: dirancang untuk menunjuk sumber atau tujuan data
pada data bus.
Control Line: digunakan untuk mengendalikan akses dan penggunaan
data line dan address line. Karena baik data line dan address line
dapat digunakan secara bersama oleh semua komponen, maka
dibutuhkan mekanisme untuk menggunakannya. Sinyal kontrol
mengirimkan command dan timing antara modul sistem.
◮
◮
Command menentukan operasi yang harus dikerjakan.
Timing menentukan validitas data dan informasi alamat.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
30 / 40
Operasi Yang Ditentukan Oleh Control Line I
Memory write: menyebabkan data yang berada pada bus ditulis pada
alamat memory bersangkutan.
Memory read: menyebabkan data yang berada pada alamat memory
tertentu diletakkan pada bus.
I/O write: data pada bus dikeluarkan pada alamat I/O tertentu.
I/O read: menyebabkan data pada alamat I/O tertentu diletakkan
pada bus.
Transfer ACK: mengindikasikan bahwa data telah diterima dari bus
atau diletakkan pada bus.
Bus request: mengindikasikan bahwa sebuah modul membutuhkan
akses terhadap bus.
Bus grant: mengindikasikan bahwa modul bersangkutan mendapatkan
akses terhadap bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
31 / 40
Operasi Yang Ditentukan Oleh Control Line II
Interrupt request: mengindikasikan bahwa sebuah interrupt sedang
tertunda.
Interrupt ACK: menyatakan bahwa interrupt yang tertunda telah
dikenali.
Clock: digunakan untuk mensinkronisasikan operasi.
Reset: digunakan untuk menginisialisasikan semua modul.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
32 / 40
Hirarki Multiple-Bus
Jika terdapat banyak perangkat yang terhubung ke bus, maka akan terjadi
penurunan kinerja. Hal tersebut terjadi karena:
1
Secara umum, semakin banyak perangkat yang terhubung, maka
panjang bus akan meningkat dan waktu propagasi sinyal akan
meningkat pula.
2
Bus dapat mengalami bottleneck. Seiring dengan bertambahnya
jumlah perangkat yang terhubung dan semakin meningkatnya ukuran
data seiring dengan perkembangan perangkat (seperti VGA, dan LAN
Card) jumlah data yang melewati bus tidak dapat lagi ditangani oleh
lebar bus.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
33 / 40
Konfigurasi Bus
Arsitektur Bus Tradisional
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
34 / 40
Konfigurasi Bus
Arsitektur Bus Kinerja Tinggi
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
35 / 40
Tipe Bus
1
Dedicated
◮
◮
◮
2
Secara permanen ditentukan untuk satu fungsi tertentu atau satu
komponen komputer tertentu.
Salah satu contoh dedicated bus adalah pemisahan address line dan
data line.
Penggunaan dedicate bus dapat meningkatkan performa, namun dapat
pula menambah ukuran perangkat (karena ada penambahan jalur)
serta meningkatkan biaya.
Multiplexed
◮
◮
◮
Penggunaan jalur secara bersama.
Salah satu contoh multiplexed bus adalah menggunakan jalur yang
sama untuk data line dan address line.
Penggunaan multiplexed line dapat mengurangi ukuran perangkat
(karena jumlah jalur sedikit) dan dapat meminimalkan harga, namun
kendali menjadi lebih kompleks dan kinerja dapat menurun.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
36 / 40
Interkoneksi Antar Komponen Periferal
Interkoneksi antar periferal dilakukan dengan menggunakan
antarmuka Peripheral Component Interconnect (PCI).
PCI memberikan kinerja sistem yang lebih baik untuk subsistem I/O
berkecepatan tinggi seperti kartu grafis (VGA), LAN card controller
dan harddisk controller.
Diluncurkan oleh intel sebagai public domain sehingga antar muka
PCI menjadi antar muka yang banyak digunakan untuk komputer
personal, workstation dan server.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
37 / 40
Peripheral Component Interconnect (PCI)
PCI Pada Komputer Desktop
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
38 / 40
Peripheral Component Interconnect (PCI)
PCI Pada Komputer Server
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
39 / 40
Referensi
Stallings, William. Computer Organization and Architecture:
Designing for Performance. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall,
2000. Print.
Haddad Sammir, M.Kom
Struktur Sistem Komputer
October 21, 2015
40 / 40