Edy Winarno 1

ARSITEKTUR DANORGANISASI KOMPUTER

TEKNIK INFORMATIKAUNISBANK SEMARANG

Edy Winarno 2

Buku Pegangan

1. Computer Architecture, a Quantitative Approach, 2nd Edition,John L. Hennessy, David A Patterson,Morgan Kaufmann Publisher Inc., 1996

2. Computer Organization, fourth edition,V. Carl Hamacher-Zvonko G.Vranesic-Safwat G. Zaky, Mc Graw Hill International Edition, 1996

Edy Winarno 3

Bagaimana cara kerja sebuah sistem komputer

Bagaimana analisis kinerja sebuah sistem komputer

Aspek arsitektural yang berpengaruh pada kinerjakomputer

Interaksi antara hardware dan software

Edy Winarno 4

(1) 3 ; 4.1(2) 7.1 - 7

- Konsep Dasar- Pipeline Hazard- Keparalelan Level

Instruksi

IV Pipelining5 & 6

(1) 2.1-5(2) 2.1-4

- Klasifikasi Arsitektur- Pengalamatan- Tipe Operasi- Tipe Operand

III Instruction Set3 & 4

(1)(2) 3.1 -2

- Struktur CPU- Eksekusi Instruksi

II CPU2

(1) I.1-5(2) I.1-3

- Definisi Arsitektur danOrganisasi Komputer

- Perkembangan SistemArsitektur Komputer

- Struktur Dasar- Pengukuran Kinerja

I Pendahuluan1

BacaanMateriTopikMingguke

Edy Winarno 5

(1) 8(2) 10.1 - 6

- Struktur Paralel- Jaringan Interkoneksi

VII Sistem Kom-puter Paralel

13

(1) 5(2) 5

V.2 Pengingat CacheV Sistem Pengingat(lanjutan)

9

V.1 Pengingat HierarkisV Sistem Pengingat8

V.3 Pengingat VirtualV Sistem Pengingat(lanjutan)

10

(1) 8(2) 10.1 - 6

- Shared Memory Multi-prosesor

- Message Passing Multi-processor

VII Sistem Kom-puter Paralel

14 & 15

(1) 6(2) 4.1 4 ; 9

-Teknik teknik I/O- Bus

VI Sistem I/O11 & 12

Materi Minggu 1 s/d 7Ujian TengahSemester

7

Edy Winarno 6

I PENDAHULUANApakah Arsitektur Komputer itu ?

Arsitektur komputer adalah atribut atribut sebuah sistem komputer, dilihatdari sudut pandang seorang programmer.

struktur konseptual dan perilaku fungsional sistem komputer.

Struktur konseptual menyangkut bagaimana komponen komponentersebut disalinghubungkan (diinterkoneksikan).

Perilaku fungsional (fungsional behaviour ) menyangkut fungsikomponen2 secara individual, dan sebagai bagian dari struktur(aliran informasi dan kendali antar komponen2 dalam struktur).

Edy Winarno 7

ORGANISASI KOMPUTERadalah implementasi arsitektur komputer secara fisik,bagaimana mewujudkan arsitektur komputer secara perangkat keras

4bitADDER

A

B

S

cout

4bit 4bit

4bit

arsitektur

organisasi

contoh 1: Adder cadd

Edy Winarno 8

contoh 2 : pipeline instruksi

IF ID EX Mem WB

arsitektur

organisasi

Edy Winarno 9

Edy Winarno 10

Tantangan :Adanya berbagai variasi produk (teknologi, harga, unjuk kerja,ukuran, aplikasi)

Fakta : konsep-konsep dasar arsitektur komputer tidak banyakberubah !

Konsep Dasar : Konsep Von Neumann (1943)Konsep Stored Program Computer = Mesin yang melakukankomputasi berdasarkan pada program yang tersimpan didalamnya.

CPU

Memory

I/O

Program+ data

Memory

Program+ data

(1)

(2)

Arsitekturvon Neumann

Edy Winarno 11

Memory : Menyimpan program dan data

ALU : Mengerjakan operasi operasi Aritmatik (Add, subtract, ) dan Logika

Control : Mengkoordinasikan operasi operasi ALU, Memory dan I/O, sesuai

dengan yang diinginkan oleh program.

Input : Memasukkan program dan data dari luar komputer

Output : Mengeluarkan hasil komputasi komputer

ALU

I/O

Program

Data

Komponen DasarSistem Komputer

Edy Winarno 12

level-level diskripsisistem komputer

Physical level

Digital circuits

Computerorganization

Instruction set

OperatingSystem Compilers

Applications

Lw r1,32(r0)Add r2,r1,#10Sw 32(r0),r2

beginread(a)a := a+1;writeln(a);

end;

Software

Hardware

Arsitektur &OrganisasiKomputer

Sebagai interface antara software dan hardware

Edy Winarno 13

Perkembangan Sistem Komputer

1946: ENIAC Stored Program Computer pertama50 x 30 feet, 30 Ton, 25 kWatt, 100 k Kalkulasi/detik

200_ : Komputer meja (PC),PDA, Bionic,

- Penurunan : (1) Ukuran fisik(tabung transistor IC

(2) Biaya

- Peningkatan (1) Kapasitas memory(2) Kinerja (kecepatan)

1960: Main frameComputer

1970: Mini Computer

1980: Mikrokomputer

Produk utama: PC, workstation. Mainframe digantikan multiprosesor.

Minicomputer digantikan server.

optimalisasikinerja - biaya

Edy Winarno 14

Generasi Komputer berdasarkan teknologinya

Vacuum tube - 1946-1957

Transistor - 1958-1964

Small Scale Integration, 1965 (100 transistor/chip)

Medium Scale Integration, s/d 1971 (100-3000transistor/chip)

Large Scale Integration, 1971-1977 (3000-100 000transistor/chip)

Very Large Scale Integration, 1978 sekarang

(100 000 100 000 000 transistor/chip)

Ultra Large Scale Integration > 100 000 000 transistor/chip

IC

Edy Winarno 15

Multicore

Edy Winarno 16

Tran

sist

ors

/ chi

p10G10G

1G1G

100M

10M10M

1M1M

100K

10K

1K1K1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Memory(DRAM)

Microprocessor4 Kb16 Kb

64 Kb

256 Kb

1 Mb4 Mb

16 Mb

64 Mb

256 Mb1 Gb

4 Gb

40048080

80858086

6800080286

68020

8038680486,680

PentiumPII

PIII

PentiumIV

Edy Winarno 17

PendekatanSoftware Efisiensi program

(algoritma), strukturdata

PendekatanTeknologis/hardware

Penggunaankomponen2 ICkecepatan tinggi,

PendekatanArsitektural Peningkatan aspek

fungsional dan struk-tural

Peningkatankinerja

Contoh :- Arsitektur Instruction set- Struktur pipeline dalam CPU- Pengingat cache- Memory interleaving- Struktur Bus- Prosesor paralel

Arsitektur

teknologi/hardware

software

Peningkatan Kinerja Komputer

Edy Winarno 18

Komponen komponen Dasar Sistem Komputer

MainMemory

InputOutput

Interconnection

CentralProcessingUnit

Computer

Pengembangan Arsitektural pada :

CPUpipeline, co-procesor, vector-processor, . . .

Memorycache, pengingat interleave, . . .

I/OI/O controller, I/O processor, . . .

InterkoneksiBus, multi-bus, multi-level bus,

Edy Winarno 19

Evolusi Pentium (1) 8080

first general purpose microprocessor 8 bit data path Used in first personal computer Altair

8086 much more powerful 16 bit instruction cache, prefetch few instructions 8088 (8 bit external bus) used in first IBM PC

80286 16 Mbyte memory addressable up from 1Mb

80386 32 bit Support for multitasking

Edy Winarno 20

80486

sophisticated powerful cache and instruction pipelining

built in maths co-processor

Pentium

Superscalar

Multiple instructions executed in parallel

Pentium Pro

Increased superscalar organization

Aggressive register renaming

branch prediction

data flow analysis

speculative execution

Evolusi Pentium (2)

Edy Winarno 21

Pentium II

MMX technology

graphics, video & audio processing

Pentium III

Additional floating point instructions for 3D graphics

Pentium 4

Further floating point and multimedia enhancements

Itanium

64 bit

Multicore

Multiprocessor

Evolusi Pentium (3)

Edy Winarno 22

CPU

I/O Unit

Main Memory

ALU

ControlUnit

I/O device I/O device I/O device

Peripheral

Sistem Bus

Lima komponenutama :1. ALU2. Control unit3. Memory4. Input5. Output

CPU

Arsitektur berbasiskan Bus

STRUKTUR DASAR

Edy Winarno 23

CPU (Central Processing Unit)Bagian sistem komputer yang bertugas mengeksekusi program.

Komponen utama CPU :(1) ALU (Arithmetic and Logic Unit)

Mengerjakan operasi operasi aritmatik dan operasi operasi logika

terhadap data.Operasi aritmatik : add, subtract, multiply, divide,...

Operasi Logika : AND, OR, NOT, Shift, ...(2) Control unit

Mengendalikan seluruh operasi didalam komputer, dengan

- Menginterpretasikan instruksi instruksi yangterdapat didalam program,

- Membangkitkan sinyal sinyal kendali untuk mengen-dalikan aktifitas komponen komponen sistem komputer

eksekusiinstruksi

Edy Winarno 24

(Main) Memory UnitBagian komputer yang menyimpan program dan data yang sedangatau siap dieksekusi oleh CPU.

Jenis Main Memory :1. Random Access Memory (RAM) atau Read Write Memory (RWM)

Isi memory dapat dibaca (read) dan diubah (write) secara online.

AddressDecoder

0123456

2n

n bit

data

address

2. Read Only Memory (ROM)Isi memory hanya dapatdibaca pada saat online.Penulisan dilakukan padasaat off-line (diluar operasikomputer)

Edy Winarno 25

Input/Output UnitBagian komputer yang bertugas menangani komunikasi denganpiranti piranti diluar sistem komputer (periferal)

Format data masuk/keluar :- Bit Serial- Bit Paralel

Modul I/OParalel

Modul I/OSerial

bit paralel

bits serial

bit paralel

Bus Sistem

CPU

MU

0 1