diktat arsitektur & organisasi komputer

of 95 /95
DIKTAT ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER Di Susun Oleh: Yulianingsih Darwin Isasar Panjaitan Dewi Anjani UNIVERSITAS INDRAPRASTA PGRI JAKARTA 2013

Author: yudi-wahyu

Post on 12-Jul-2015

1.524 views

Category:

Technology


13 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • DIKTAT

    ARSITEKTUR DAN ORGANISASI

    KOMPUTER

    Di Susun Oleh:

    Yulianingsih

    Darwin Isasar Panjaitan

    Dewi Anjani

    UNIVERSITAS INDRAPRASTA PGRI

    JAKARTA

    2013

  • i

    DAFTAR ISI

    BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

    1. Definisi Komputer 1

    2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer 2

    3. Evolusi dan Kinerja Komputer 3

    BAB 2. SISTEM BUS

    1. Definisi dan Fungsi Bus 10

    2. Struktur Interkoneksi 11

    3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus 12

    BAB 3. MEMORI

    1. Definisi dan Fungsi Memori 16

    2. Memori Utama Semikonduktor 17

    3. Koreksi Kesalahan 21

    4. Memori Virtual 24

    BAB 4. MEMORI CACHE

    1. Definisi dan Fungsi 26

    2. Metode Pemetaan 27

    3. Algoritma Penggantian 31

    BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

    1. Magnetic Disc 33

    2. Optic Disc 36

  • 3. Blu-Ray Disc 38

    4. Magnetic Tape 38

    BAB 6. STORAGE ARRAY

    1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk) 40

    2. Storage Area Network (SAN) 43

    BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

    1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi 45

    2. Penjadwalan 46

    3. Manajemen Memori 47

    BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN

    1. Definisi dan Fungsi 51

    2. Sistem Masukan dan Keluaran 51

    3. Teknik Masukan dan Keluaran 52

    BAB 9. SET INSTRUKSI

    1. Elemen-elemen Instruksi 54

    2. Format-format Instruksi 55

    BAB 10. MODE PENGALAMATAN

    1. Definisi dan Fungsi 59

    2. Teknik Pengalamatan 59

    BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

    1. Komponen Utama CPU 66

  • 2. Siklus pada CPU 67

    3. RISC dan CISC 72

    BAB 12. CONTROL UNIT

    1. Fungsi dan Operasi Control Unit 75

    2. Microoperation 75

    3. Input dan Output pada Unit Control 77

    BAB 13. KOMPUTASI PARALLEL

    1. Klasifikasi Multiprosesor 79

    2. Komputasi Paralel 81

    3. Klasifikasi Komputer Parallel 82

    4. Analisa Algoritma Parallel 86

    DAFTAR PUSTAKA 90

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 1

    BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

    1. Definisi Komputer

    Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang menerima informasi sebagai masukan

    digital dan mengolah informasi tersebut berdasarkan instruksi yang tersimpan dalam komputer

    sehingga menghasilkan keluaran informasi.

    Penggambaran secara sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama masukan, keluaran

    ,memori , ALU dan kontrol yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri:

    Unit masukan menerima input yang dijadikan sebagai informasi untuk disimpan didalam memori

    selanjutnya informasi dioleh pada unit ALU berdasarkan instruksi yang didapat pada memori.

    Hasil-hasil yang diperoleh dikeluarkan melalui unit keluaran. Sementara seluruh proses diawasi

    oleh unit kontrol.

    Organisasi Komputer

    Organisasi komputer merupakan bagian yang berhubungan dengan unit-unit operasional dan

    interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek

    arsitekturnya. Contoh: perangkat antar muka, teknologi memori, sinyal kontrol dan lain

    sebagainya.

    Masukan Aritmatika dan

    Kontrol Keluaran Memori

    Gambar 1.1. Unit Fungsional dasar pada komputer

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 2

    Arsitektur Komputer

    Arsitektur berhubungan dengan atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang

    programmer. Contoh: set instruksi, teknik pengalamatan dan lain sebagainya.

    2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer Struktur Utama Komputer

    Central Processing Unit (CPU): pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan

    fungsi fungsi komputer. CPU umumnya disebut sebagai prosesor.

    Memori Utama: sebagai penyimpan data.

    I/O: memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

    System Interconnection: sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

    Gambar 1.2. Struktur Dasar Komputer

    Dari keempat komponen tersebut CPU merupakan komponen yang paling kompleks.

    Struktur CPU:

    Control Unit: mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.

    Arithmetic And Logic Unit (ALU): membentuk fungsi fungsi pengolahan data komputer.

    Register: penyimpan internal bagi CPU.

    CPU Interconnection: menghubungkan seluruh bagian dari CPU.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 3

    Fungsi Komputer

    Fungsi operasi dasar sistem komputer:

    Fungsi Operasi Pengolahan Data

    Fungsi Operasi Penyimpanan Data

    Fungsi Operasi Pemindahan Data

    Fungsi Operasi Kontrol

    Gambar 1.3. Operasi-Operasi Komputer

    Gambar a. mengilustrasikan komputer sebagai fungsi operasi pemindahan data. Gambar b

    operasi penyimpanan data sementara c dan d fungsi komputer sebagai fungsi operasi pengolahan

    data.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 4

    3. Evolusi dan Kinerja Komputer

    Sejarah Singkat Komputer

    Generasi Pertama: Tabung Vakum (1945-1955)

    ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat

    oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan

    komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.

    ENIAC dibuat di bawah lembaga Armys Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah

    badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata

    baru.

    ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000

    tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai

    5.000 operasi penambahan perdetik. ENIAC masih merupakan mesin desimal, representasi

    data bilangan dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20

    akumulator, yang masing-masing akumulatornya mampu menampung 10 digit desimal. Setiap

    digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung vakum.

    Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel

    switch switch, memasang dan menanggalkan kabel kabelnya. ENIAC selesai pada tahun

    1946.

    John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC

    pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer

    barunya,bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program

    tersimpan ( stored-program concept ).

    Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang kemudian di

    kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

    Struktur komputer IAS terdiri dari :

    Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 5

    Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.

    Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi instruksi di dalam memori

    sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.

    I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

    Gambar 1.4. Struktur Komputer IAS

    Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40

    binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun

    instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda

    dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing-masing 8 bit kode

    operasi (op code) dan 12 bit alamat.

    Op Code Alamat Op Code Alamat

    Instruksi Kiri Instruksi Kanan

    Gambar 1.5. Format Memori IAS

    0 7 8 19 20 27 28 39

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 6

    Unit kontrol maupun ALU berisi lokasi- lokasi penyimpanan yang disebut register yang terdiri

    dari beberapa jenis yaitu:

    Memory Buffer Register (MBR): berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori

    atau digunakan untuk menerima word dari memori.

    Memory Address Register (MAR): untuk menentukan alamat word di memori untuk

    dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.

    Instruction Register (IR): berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.

    Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi

    sebelah kanan word di dalam memori.

    Program Counter (PC): berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil

    dari memori.

    Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ): digunakan untuk penyimpanan

    sementara operand dan hasil ALU.

    IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21

    instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :

    Data transfer: memindahkan data di antara memori dengan register register ALU atau

    antara dua register ALU sendiri.

    Unconditional branch: perintah perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu

    Conditional branch: perintah perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat

    tertentu agar dihasilkan suatu nilai percabangan.

    Arithmetic: kumpulan operasi yang dibentuk oleh ALU.

    Address Modify: instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat dikomputasi

    memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

    Kelebihan komputer IAS:

    Mesin alamat tunggal

    Panjang instruksinya pendek sehingga menghasilkan program yang kecil.

    Pengambilan instruksi dilakukan dua sekaligus sehingga mempercepat waktu siklus instruksi.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 7

    Address modify menghasilkan perubahan field alamat instruksi yang lain dalam memori.

    Kekurangan komputer IAS:

    Lemah dalam pelaksanaan operasi I/O.

    Tidak mempunyai tipe instruksi call dan return

    Gambar 1.6. Struktur Detail Komputer IAS

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 8

    Komputer Komersial

    Tahun 1950 dianggap sebagai industri komersial dengan berdirinya dua perusahaan yaitu Sperry

    dan IBM.

    Tahun 1947 Eckkert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Operation untuk

    memproduksi komputer secara komersial. UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

    merupakan komputer pertama yang mereka hasilkan.

    Generasi kedua: transistor (1955-1965)

    Pada era ini tidak lagi menggunakan tabung vakum melainkan transistor. Daya dan bentuknya

    relative kecil. Transistor ditemukan tahun 1947 di Bell Labs. Dengan adanya transistor nikerja

    hardware komputer makin cepat prosesnya. Memori makin besar kapasitasnya namun makin

    kecil bentuknya. ALU menjadi lebih komplek ,lahirnya bahasa tingkat tinggi dan software sistem

    operasi. Pada generasi ini munculnya Digital Equipment Corporation dengan komputer

    pertamanya PDP 1.

    Generasi Ketiga: Integrated Circuit (1965-1980)

    Ditemukannya Integrated Circuits (IC) yang terbuat dari silicon oleh Robert Noyce pada tahun

    1958 yang merupakan konsep penggabungan komponen elektronika dalam satu paket.

    Generasi Keempat: Very Large Scale Integration

    Diawali dengan peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004 yang merupakan tonggak awal

    perkembangan mikroprosesor selanjutnya.

    Perancangan Kinerja

    Perkembangan mikroprosesor sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Sehingga

    menyebabkan berkurangnya sinkronisasi operasi antar komponen.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 9

    Gambar grafik perbandingan perkembangan kecepatan mikroprosesor dan memori.

    Metode yang digunakan untuk mengatasi perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor

    dengan komponen lainnya:

    Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan

    lintasan sistem bus.

    Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan teknik cache atau pola buffer

    lainnya pada keeping DRAM.

    Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan menggunakan hirarki

    bus-bus yang lebih cepat dan membuat struktur aliran data.

    Evolusi komputer Pentium dan power PC

    Teknologi Pentium menggunakan rancangan CISC (Complex Instruction Set Computers) dalam

    arsitekturnya. Sedangkan PowerPC menerapkan teknologi RISC (Reduced Instruction Set

    Computers) yang akan dibahas pada bagian-bagian selanjutnya.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 10

    BAB 2. SISTEM BUS

    1. Definisi dan Fungsi Bus

    Sistem bus merupakan penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalani

    tugasnya. Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel pada motherboard yang

    menghubungkan modul-modul. Jalur bus pada modul-modul I/O dibuat menjadi slot-slot yang

    mudah dilepas pasang. Sedangkan jalur bus pada chips akan terhubung melalui pinnya.

    2. Struktur Interkoneksi

    Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancangan

    struktur interkoneksi bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya.

    Gambar 2.1. Modul-modul Komputer

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 11

    Dari jenis pertukaran data yang diperlukan struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan

    data berikut:

    Memori ke CPU: CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

    CPU ke Memori: CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

    I/O ke CPU: CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O

    CPU ke I/O: CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O

    I/O ke Memori atau dari Memori:digunakan pada sistem DMA.

    Interkoneksi Bus

    Merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada

    sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

    Struktur Bus

    Sebuah bus terdiri atas beberapa saluran. Secara umum fungis saluran bus dikategorikan dalam

    tiga bagian yaitu: saluran data, alamat dan kontrol.

    Gambar 2.2. Pola Interkoneksi bus

    Data bus adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluran atau

    lebar bus berhubungan dengan panjang word.

    Address bus digunakan untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada data bus dan

    saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

    Control bus digunakan untuk mengontrol bus data, alamat dan seluruh modul yang ada.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 12

    Sinyal kontrol terdiri atas:

    Sinyal pewaktuan: digunakan untuk menandakan validitas data dan alamat

    Sinyal perintah: membentuk suatu operasi.

    Secara umum saluran kontrol meliputi:

    Memory write: memerintahkan data pada bus akan dituliskn ke dalam lokasi alamat.

    Memory read: memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

    I/O write: memerintahkan data pada bus dikirm ke lokasi port I/O

    I/O read: memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

    Transfer ACK: menunjukan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada

    bus.

    Bus request: menunjukan bahwa modul memerlukan kontrol bus

    Bus grant: menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

    Interrupt request: menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

    Interrupt ACK: menunjukan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

    Clock: kontrol untuk sinkronisasi antar modul.

    Reset: digunakan untuk melalukan inisialisasi seluruh modul.

    3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus Dikarenakan bus merupakan jalur yang menghubungkan antar perangkat didalam sistem

    komputer maka setiap operasi akan menggunakan jalur ini dua kegiatan operasi pada jalur bus:

    Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

    Meminta penggunaan bus

    Apabila telah disetujui modul akan memidahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

    Operasi meminta data dari modul lainnya:

    Meminta penggunaan bus

    Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.

    Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 13

    Hirarki Multiple Bus

    Terlalu banyaknya modul atau perangkat yang terhubung dengan bus maka kinerja sistem

    menjadi menurun yang disebabkan antara lain:

    Semakin besar delay propgansi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

    Antrian penggunaan bus semakin panjang.

    Habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

    Untuk mengantisipasi dapat dilakukan dengan penggunaan bus jamak yang heirarkis yang terdiri

    atas bus lokal, bus sistem dan bus ekspansi.

    Gambar 2.3. Arsitektur Bus Jamak Tradisional

    Gambar 2.4. Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 14

    Prosesor, cache dan memori utama terletak pada bus level tinggi karena memiliki karakteristik

    pertukaran data yang tinggi. Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan

    pada bus ekspansi.

    Pada bus jamak kinerja tinggi bus kecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor. perubahan

    pada arsitektur tidak mempengaruhi kinerja bus.

    4. Elemen Rancangan Bus

    Jenis Bus

    Dibedakan menjadi dua:

    Dedicated bus, khusus menyalurkan data tertentu misal data saja atau alamat saja.

    Multiplexed bus, menyalurkan data yang berbeda baik data, alamat atau sinyal kontrol.

    Kategori ini memliki keuntungan hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat

    tempat namun kerugiannya adalah kecepatan transfer menurun.

    Metode Arbitrasi

    Terdiri dari dua macam metode:

    Tersentral: diperlukan arbiter sebagai pengontrol penggunaan bus oleh modul

    Terdistribusi: setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengatur

    pertukaran data melalui bus.

    Timing

    Metode terbagi menjadi dua:

    Pewaktuan sinkron: terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu. Biasanya satu

    siklus untuk satu event.

    Pewaktuan asinkron: memungkinkan kerja modul yang tidak sama kecepatannya. Event yang

    terjadi tergantung pada event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal validasi.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 15

    Lebar Bus

    semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu dan semakin

    besar bus alamat semakin banyak range lokasi yang dapat direferensikan.

    Contoh Bus:

    Industry Standard Architecture (ISA)

    Peripheral Component Interconnect (PCI): bus yang tidak tergantung pada prosesor dan

    berfungsi sebagai bus peripheral. Digunakan untuk sistem I/O berkecepatan tinggi seperti:

    NIC, video, sound card dan sebagainya,

    Universal Standard Bus (USB): digunakan untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.

    Keuntungan penggunaan USB pemakai tidak perlu membuak casing untuk memasang

    peralatan I/O baru dan tidak perlu memasang tombola tau jumper pada PCB atau peralatan.

    Small Computer System Interface (SCSI): menggunakan interface paralel 8,16 atau 32

    saluran data. Merupakan interface untuk drive CD-ROM, audio, hard disk, perangkat

    eksternal berukuran besar.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 16

    BAB 3. MEMORI

    1. Definisi dan Fungsi Memori

    Memori berdasarkan lokasi terbagi mejadi tiga yaitu register, memori internal dan memori

    eksternal. Register merupakan memori yang terletak pada prosesor sementara memori internal

    dan eksternal berada diluar prosesor, yang membedakan keduanya adalah memori internal

    (memori utama dan cache) pengaksesan dilakukan langsung oleh prosesor sementara memori

    eksternal (disk, pita) terakses menggunakan piranti I/O.

    Memori harus mampu mengikuti kecepatan CPU tujuan agar terjadi sinkronisasi kerja untuk

    menghindari adanya waktu tunggu. Semakin besar kapasitas semakin besar waktu akses dan

    semakin kecil harga per bitnya.

    Metode mengakses unit data meliputi:

    Akses Squential: memori diorgaisasi mejadi unit-unit yang disebut record. Informasi

    pengalamatan dipakai untuk memisahkan record dan pencarian lokasi Akses dibuat dalam

    bentuk urutan linier yang spesifik. Digunakan mekanisme baca/tulis bersama. Contoh : pita

    magnetik

    Akses Langsung: terdapat mekanisme baca/tulis bersama. Setiap blok dan record mempunyai

    alamat unit berdasarkan lokasi fisik. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Contoh:

    disk

    Akses Acak: waktu untuk mengakses lokasi yang ditentukan tidak tergantung pada urutan

    akses sebelumnya dan dilakukan secara langsung.contoh: memori utama

    Associatif: memungkinkan untuk melakukan perbandingan dari suatu lokasi bit dengan

    pencocokan secara spesifik suatu word secara simultan.

    Berdasarkan karakterisitik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja:

    Waktu akses: waktu yang dibutuhkan untuk baca tulis.

    Waktu siklus: waktu akses ditambah waktu untuk menghilang pada saluran sinyal.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 17

    Transfer rate: untuk non random akses hubungan berikut harus terpenuhi:

    TN = TA + dimana

    TN = waktu rata-rata untuk baca/tulis N bit

    TA = waktu akses rata-rata

    N = jumlah bit

    R = kecepatan transfer dalam bit perdetik (bps)

    Satuan memori paling sederhana disebut sebagai bit. Satuan lainnya dikatakan sebagai byte (1

    byte = 8 bit) dan kumpulan byte dinyatakan dalam word. Pajang word yang biasa digunakan

    adalah 8,16 dan 32 bit

    Tingkatan satuan memori

    Kilobytes (Kb) 1024 bytes

    Megabyte (Mb) 1,048,576 bytes

    Gigabyte (Gb) 1,073,741,824 bytes

    Terabyte (Tb) 1,099,511,627,776 bytes

    Tabel 3.1. Tingkatan dan Satuan Memori

    2. Memori Utama Semikonduktor

    Elemen dasar dari memori utama semikonduktor adalah sel memori yang umumnya mempunyai

    tiga terminal fungsional yang mampu membawa sinyal elektrik dan mempunyai karakter:

    Memiliki dua keadaan stabil atau semi stabil direpresentasikan dengan 0 dan 1.

    Mempunyai kemampuan untuk ditulis sedikitnya satu kali untuk menetapkan keadaan.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 18

    Kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan.

    Jenis-jenis memori semikonduktor

    Tipe memori Kategori Penghapusan Mekanisme Tulis Volatilitas

    Random Acces

    Memory (RAM) Baca - tulis

    Secara elektrik,

    tingkatan byte Secara elektrik Volatile

    Read only

    memory (ROM) Baca saja Tidak mungkin

    mask

    Non-volatile

    Programmable

    ROM (PROM)

    Secara elektrik

    Erasable PROM

    (EPROM)

    Baca saja

    Sinar UV,

    tingkatan keping

    Electrically

    EPROM

    (EEPROM)

    Secara elektrik,

    tingkatan byte

    Flash Secara elektrik,

    tingkatan blok

    Sel Sel Memili MemiliData masuk Memili

    Baca Tulis

    Gambar 3.1. Operasi Sel

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 19

    RAM

    Random Akses Memori memiliki sifat diakses secara acak melalui logika wired-in-addressing

    dan volatile. Memori ini digunakan kan sebagai media penyimpan sementara. Teknologi yang

    digunakan pada RAM ada dua yaitu dinamis dan statis.

    RAM Dinamis (DRAM) disusun oleh sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada

    kapasitor. Sifat dari kapasitor memiliki kecenderungan untuk mengosongkan muatan hal ini

    menyebabkan DRAM memerlukan muatan listrik secara berkala untuk memelihara

    penyimpanan. Memori jenis ini berkapasitas besar dikarenakan memiliki lebih banyak sel perunit

    luas atau lebih padat. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori dinamik digunakan pada

    memori utama.

    RAM Statis (SRAM) pada memori nilai biner disimpan menggunakan konfigurasi flip-flop yang

    tradisional dan umumnya memiliki sifat lebih cepat dibanding memori dinamis. Karakteristik

    tersebut mengakibatkan memori statis digunakan pada memori cache.

    ROM

    Read Only Memory memiliki sifat menyimpan data secara permanen tidak dapat diubah dan

    nonvolatile. Dengan demikian mengakibatkan setiap data yang tersimpan menjadi aman namun

    tidak memungkinkan untuk melakukan koreksi. Perubahan data dilakukan hanya dengan

    melakukan penyisipan secara elektrik dengan bantuan alat khusus tanpa menghapus data

    sebelumnya. Programmable ROM (PROM) merupakan jenis memori dari ROM yang dapat

    melakukan hal tersebut.

    Jenis-jenis memori ROM lainnya yang memiliki sifat lebih sering dilakukan pembacaan jika

    dibandingkan dengan penulisan adalah EPROM, EEPROM dan flash. Perbedaan diantara ketiga

    memori tersebut dalah pada proses penghapusan data EPROM dilakukan secara tingkatan

    keping, EEPROM penghapusan dilakukan secara tingkatan byte dan flash penghapusan

    dilakukan secara blok yang merupakan tingkat menengah diantara EPROM dan EEPROM

    dipandang dari sisi harga dan kemampuan

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 20

    Pengemasan Keping

    Penggunaaan pin pada EPROM keping 8 Mbit yang diorgnisasiskan sebagai 1M x 8. Dengan pin

    32 (standar) yang mendukung beberapa saluran sinyal antara lain:

    Alamat word yang sedang diakses. 1M word diperlukan 20 buah pin (A0-A19)

    Data yang akan dibaca terdiri dari 8 saluran (D0 D7)

    Catu daya pada saluran Vcc

    Grounding pada Vss

    Chip Enable (CE) digunakan untuk menentukan kevalidan dari pin bila terdapat lebih dari

    satu keping memori pada bus yang sama, A19.

    Tegangan program (Vpp)

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 21

    3. Koreksi Kesalahan

    Kesalahan pada memori semikonduktor dapat dikategorikan kedalam 2 keadaan:

    1. Kesalahan berat, merupakan kerusakan sel memori secara permanen dikarenakan cacat

    pabrikasi atau lainnya yang mengakibatkan memori tidak dapat dibaca/tullis.

    2. Kesalahan ringan merupakan kerusakan nondestructive yang dapat mengubah isi data

    didalam sel memori tanpa merusak sel yang disebabkan adanya gangguan pada pasokan

    tenaga atau partikel alfa. Jenis kesalahan ini dapat masih dapat dikoreksi dengan dua

    cara:

    2.1. Deteksi kesalahan

    Deteksi kesalahan dengan cara menambahkan data word (W) dengan suatu kode

    (K) yang disebut sebagai bit cek paritas, W + K. kesalahan ditemukan dengan

    memeriksa bit paritas. Richard Hamming (1950) menggunakan diagram Venn

    untuk melakukan deteksi pada word 4 bit .

    0

    1 1

    1

    0

    1 1

    1

    0

    0

    1

    0

    01

    1

    0

    0

    1

    A A

    A

    B B

    B

    C

    C

    C

    0

    01

    1

    0

    0

    1

    A

    C

    B

    1 2

    3 4

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 22

    Pada word data 4 bit digambarkan dengan diagram Venn 3 lingkaran yang saling

    berpotongan dan membentuk 7. Kotak pertama berisikan data. Pada kotak kedua

    parity bit yang kosong diisikan dengan bilangan logika 1 sehingga berjumlah

    genap. Pada kotak ketiga ditemukan adanya kesalahan penulisan bit pada data

    dengan melihat bilangan logika 1 yang tidak genap.

    Koreksi kesalahan 8 bit data:

    Data Bits Bit Paritas SEC Bit Paritas DEC

    8 4 5

    16 5 6

    32 6 7

    64 7 8

    128 8 9

    512 9 10

    8 bit data diperlukan 4 bit tambahan sehingga panjang seluruhnya adalah 12 bit

    Posisi bit 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

    Nomor

    posisi

    1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001

    Bit data D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

    Bit cek C8 C4 C2 C1

    Bit cek paritas ditempatkan dengan perumusan 2N dimana N = 0,1,sedangkan

    bit data adalah sisanya. Kemudian dengan exclusive-OR dijumlahkan sebagai

    berikut:

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 23

    C1 = D1 D2 D4 D5 D7

    C2 = D1 D3 D4 D6 D7

    C4 = D2 D3 D4 D8

    C8 = D5 D6 D7 D8

    Setiap cek bit beroperasi pada setiap posisi bit data yang nomor posisinya berisi

    bilangan 1 pada kolomnya. Contoh pada data 00111001 kemudian ganti bit data

    ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai errornya. Bagaimana untuk mendapatkan data ke 3

    sebagai bit yang terdapat error?

    Jawab: masukan data pada perumusan cek bit paritas

    C1 = 1 0 1 1 0 = 1

    C2 = 1 0 1 1 0 = 1

    C4 = 0 0 1 0 = 1

    C8 = 1 1 0 0 = 0

    Bit 3 mengalami kesalahan sehingga data menjadi 00111101

    C1 = 1 0 1 1 0 = 1

    C2 = 1 1 1 1 0 = 0

    C4 = 0 1 1 0 = 0

    C8 = 1 1 0 0 = 0

    Apabila bit-bit cek dibandingkan antara yang lama dengan yang baru maka

    terbentuk syndrom word:

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 24

    C8 C4 C2 C1

    0 1 1 1

    0 0 0 1

    0 1 1 0 = 6

    Jika diperhatikan posisi ke-6 adalah data ke-3

    Mekanisme koreksi kesalahan akan meningkatkan reabilitas memori namun menambah

    kompleksitas pengolahan data mengurangi kapasitas memori karena adanya bit parity.

    4. Memori Virtual

    Memori virtual diperlukan pada dua kasus dalam mengeksekusi program-program besar yang

    mempunyai ukuran melebihi ukuran fisik memori:

    memori utama prosesor tidak cukup untuk menjalankan program besar

    ukuran fisik memori utama dibiarkan kecil untuk mengurangi biaya walapun prosesor

    mempunyai ruang memori logic yang besar.

    Keuntungan memori virtual:

    Ukuran program tidak dibatasi oleh ukuran memori fisik.

    User tidak perlu mengestimasi alokasi memori melainkan didilakukan secar otomatis sesuai

    permintaan program.

    Manual folding dieliminasi untuk menjalankn program-program besar.

    Program dapat diload dalam suatu area memori fisik karena program tidak menggunakan

    alamat fisik..

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 25

    Mekanisme Memori Virtual

    Kapanpun suatu instruksi atau operand harus diakses, prosesor akan mencari didalam memori

    utama jika tersedia maka proses dilanjutkan jika tidak tersedia maka interupsi dibangkitkan atau

    yang dikenal dengan page fault untuk meminta sistem operasi melakukan swapping (pertukaran).

    Swapping merupakan suatu peristiwa dimana pada suatu saat hanya sebagian program yang

    dikirim dari harddisk ke memori utama. Pada saat diperlukan bagian yang tidak berada pada

    memori utama dikirim dari harddisk, dan pada saat yang sama bagian dari suatu program yang

    berada pada memori utama dikeluarkan dan disimpan di harddisk.

    Dua metode yang umum dalam implementasi memori virtual:

    Paging: software sistem membagi program menjadi sejumlah page

    Segmentation: pemrogram menyusun program ke dalam segmen-segmen berbeda dengan

    ukuran yang berbeda.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 26

    BAB 4. MEMORI CACHE

    1. Definisi dan Fungsi

    Keberadaan memori cache dimaksudkan untuk mempercepat kerja dari memori utama sehingga

    mendekati kecepatan prosesor, cache memiliki salinan data dari memori utama. Pada saat CPU

    membaca sebuah word memori maka terlebih dahulu akan memeriksa keberaan word tersebut

    didalam cache bila ditemukan akan langsung dikirim ke CPU bila tidak ditemukan maka

    pencarian akan dilanjutkan ke memori utama. Cache terhubung dengan prosesor melalui saluran

    data, kontrol dan alamat.

    Gambar 4.1. Cache dan Memori Utama

    Keberadaan cache bisa terletak pada prosesor yang disebut on chip cache atau cache internal/

    cache tingkat 1 (L1) dan berada diluar prosesor yang disebut off chip cache atau cache

    eksternal/cache tingkat 2 (L2)

    Pada gambar berikut menjelaskan konsep kerja dari prosesor menuju cache dengan kondisi cache

    hit yaitu suatu keadaan ditemukannya data didalam cache dan cache miss keadaan tidak

    ditemukannya data didalam memori cache.

    Pada peristiwa cache hit, buffer alamat dan buffer data akan diabaikan komunikasi terjadi hanya

    diantara prosesor dan cache.

    Pada keadaan cache miss alamat akan dimuat pada sistem bus dan data akan dikembalikan dari

    cache maupun prosesor melalui buffer data.

    Waktu yang digunakan untuk membawa word data dari memori utama menuju prosesor disebut

    sebagai miss pinallty.

    Word Block

    CPU Cache Memori utama

    Kapasitas kecil, cepat

    Kapasitas besar, lambat

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 27

    Gambar 4.2. Organisasi Cache Memori

    Semakin besar ukuran cache maka semakin lambat unjuk kerja dari cache tersebut. Memori

    cache disusun atas sejumlah baris (disebut juga blok) dengan ukuran setiap baris sama dengan

    ukuran blok pada memori utama hanya saja memori utama memiliki jumlah blok yang lebih.

    Untuk itu diperlukan metode pemetaan untuk melakukan pemindahan word data dari keduanya.

    2. Metode Pemetaan

    Pemetaan Langsung, blok memori utama dipetakan ke satu baris khusus dalam memori

    cache. Setiap saluran pada baris cache akan diberikan alamat dari blok sehingga tidak ada

    2 blok memori utama dipetakan pada baris yang sama pada cache.

    Kelebihan:

    Metode ini sederhana karena tag dari baris cache hanya satu yang cocok dengan field tag

    dari memori utama yang diberikan.

    Kekurangan :

    Blok memori tertentu dipetakan pada suatu baris cache yang tetap. Jika dua blok yang

    sering diakses terjadi untuk dipetakan pada baris cache yang sama maka hit ratio pada

    baris yang sering diakses kecil menyebabkan eksekusi program menjadi lambat.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 28

    Gambar 4.2. Organisasi Cache Pemetaan Langsung

    Pemetaan Asosiatif

    Setiap blok memori utama akan dimuat kesembarang saluran cache berdasarkan tag yang

    dimiliki memori utama yang diatur oleh kontrol logika cache. Metode ini mengatasi

    kekurangan pada pemetaan langsung.

    Kelebihan :

    Fleksibelitas tinggi. Suatu blok memori dapat dimuatkan pada sembarang baris cache

    Kekurangan:

    Merupakan sistem yang mahal. Pengontrol cache menjadi komplek karena pencarian

    parallel terhadap perpindahan blok pada baris.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 29

    Gambar 4.3. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif

    Pemetaan Assosiatif Set

    Merupakan penggabungan dari dua metode pemetaan langsung dan assosiatif. Jumlah

    total baris cache dikelompokan ke dalam set yang banyak. Setiap blok memori utama

    dapat dimuat dalam sembarang saluran cache.

    Kelebihan:

    Menyediakan fleksibelitas yang lebih baik. Terdapat pilihan yang banyak dalam

    pemetaan suatu blok memori.

    Selama pembacaan dan pencarian terjadi hanya dalam suatu set. Tidak seperti assosiatif

    pencarian dilakukan pada semua cache.

    Kekurangan:

    Biaya lebih mahal daripada pemetaan langsung namun tidak lebih mahal dari pemetaan

    assosiatif.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 30

    Gambar 4.4. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif Set

    Gambar 4.4. Contoh Pemetaan Asosiatif Set

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 31

    Gambar 4.5. Contoh Pemetaan Asosiatif Set

    3. Algoritma Penggantian

    Merupakan metode yang digunakan untuk membuat kosong isi dari memori cache untuk dapat

    dimuatkan blok data yang baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan algoritma

    penggantian. Tiga metode algoritma penggantian yang akan diuraikan sebagai berikut:

    Random Choice: memilih baris cache secara acak tanpa suatu acuan.

    First In First Out (FIFO) : memilih set yang telah berada pada cache dalam waktu yang lama.

    Least Frequently Used (LFU): mengganti blok data yang mempunyai referensi paling sedikit.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 32

    Least recently Used (LRU) mengganti blok data terlama yang berada pada cache dan tidak

    memiliki referensi.

    Write Policy

    Sebelum dilakukan penggantian terhadap data yang berada pada memori cache perlu dilakukan

    cek apakah data pada memori telah sama. Bila data memori utama telah using maka segera

    digantikan. Dua metode yang digunakan:

    Write Through Policy

    Penulisan data yang sama dalam memori utama sekaligus dalam memori cache. Metode ini

    memperlambat eksekusi dikarenakan setiap saat memerlukan akses ke memori utama.

    Write Back Policy penulisan hanya pada memori cache saja. Data pada memori cache akan

    dipindahkan ke memori utama apabila cache ingin melakukan perubahan data. Hal ini akan

    menimbulkan masalah apabila perangkat I/O mengakses data pada memori utama yang

    belum update.

    Pendekatan yang mungkin dilakukan bagi koherensi cache meliputi:

    Bus Watching with Write Through, cache controller akan melakukan monitoring bus alamat

    untuk mendeteksi setiap operasi. Apabila ditemukan adanya penulisan pada alamat yang

    dipakai bersama maka data pada cache akan dianggap tidak valid.

    Hardware transparency, adanya perangkat keras tambahan yang menjamin semua updating

    data pada memori utama dan cache.

    Non Cacheable Memory, hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan secara

    bersama oleh lebih dari satu prosesor. seluruh Akses yang masuk pada bagian memori ini

    dianggap sebagai cache miss dikarenakan data tidak akan pernah disalin kedalam cache.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 33

    BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

    1. Magnetic Disc

    Disc merupakan penyimpan eksternal pada sistem komputer yang berbahan non magnetik yang

    dapat dimagnetisasi dan berbentuk lingkaran. Proses baca dan tulis pada disk menggunakan head

    yaitu kumparan yang dimuati listrik hingga menghasilkan medan magnet.

    Disk tersusun dari sejumlah ribuan lingkaran yang semakin ketengah semakin rapat yang

    disebut sebagai track. Setiap track dibatasi oleh gap yang bertujuan untuk menghindari kesalahan

    baca atau tulis yang disebabkan melesetnya head atau gangguan dari medan magnet. Lebar track

    sama dengan lebar head.

    Data yang tersimpan dalam pada track berbentuk blok berukuran tidak lebih besar dari track itu

    sendiri yang disebut sebagai sector.

    Gambar 5.1 Penampang Disk Magnetik

    Untuk melakukan baca atau tulis head harus mengetahui letak awal dan posisi sector maupun

    track melalui header dari setiap data.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 34

    Field ID merupakan header data berfungsi untuk menentukan letak sector dan track. Byte

    SYNCH merupakan pola bit yang menandakan awal field data.

    Gambar 5.3. Multiple Platter Disk

    Sync Byte Track Head Sector CRC Sync Byte Data CRC

    Gambar 5.2.Format Data pada track

    Gap 1 Gap 3 Data Gap 2 Id Gap 1 ID Gap 2 Data Gap 3

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 35

    Karakterisitik Magnetik Disk

    Karakteristik Jenis Keterangan

    Gerakan Head Fixed head (satu per track)

    Movable head (satu per

    permukaan)

    Pada fixed head masing-masing track

    memiliki satu head.

    Pada movable hanya terdapat satu head

    yang bergerak untuk mencari posisi track

    Portabilitas Disk Removable disk

    Nonremovable disk

    Removable disk berkapasitas lebih besar

    dan fleksible

    Sisi Bersisi tunggal

    Bersisi ganda

    Platter Single Piringan tunggal

    Multiple platter

    Mekanisme head Kontak

    Gap tetap

    Gap aerodinamika

    (Winchester)

    Pada mekanisme kontak, head bersentuhan

    dengan permukaan disk.

    Pada Gap tetap terdapat jarak antara head

    dengan permukaan semakin padat data

    semakin dekat dan semakin besar terjadinya

    kesalahan baca tulis.

    Seek Time disebut sebagai waktu yang digunakan head untuk menemukan track yang dicari.

    Rotational latency disebut sebagai waktu berputar yang digunakan sector untuk menemukan

    headnya apabila track sudah didapatkan.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 36

    Acces time adalah waktu yang diperlukan disk untuk berada pada posisi siap membaca dan

    menulis.

    Disk Drive

    Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

    Fisik lebih fleksible Fisik lebih kaku

    Kapasitas lebih kecil Kapasitas lebih besar

    Waktu akses dan transfer data lebih cepat Waktu akses dan transfer data lebih cepat

    Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

    lebih lambat lebih cepat

    Lebih rentan mengalami kerusakan Kerusakan data lebih sedikit

    Saat baca tulis head menyentuh permukaan

    media

    Head melayang diatas permukaan pada jarak

    dekat yang disebut flying head

    Mempunyai dua permukaan Mempunyai dua permukaan dengan banyak

    piringan

    2. Optical Disc

    Compact Disc (CD)

    Pertama kali ditemukan tahun 1983 dengan kapasitas mencapai 700 MB berbahan dasar

    aluminium berbungkus plastik atau resin yang dapat memantulkan cahaya. Pembacaan informasi

    menggunakan sinar laser berdaya rendah dan tidak dapat dihapus dengan baca tulis

    menggunakan teknik direct acces. CD berisi track berbentuk spiral yang berawal dari pusat

    menuju sisi luar. Kecepatan rotasi semakin menuju pusat semakin lambat.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 37

    CD-R (Compact Disk Recordales): berbahan dasar resin polycarbonate. Memiliki sifat tidak

    dapat dihapus menjadikannya back up data terbaik.

    CD-RW (Compact Disk Rewritables): penulisan dapat dilakukan berulang berbahan dasar logam

    perpaduan dari perak, indium, antimo dan tellurium.

    Digital Versatile Disc (DVD)

    Dikembangkan tahun 1997 berkapasitas 4,7 GB untuk yang bersisi tunggal dan berkapasitas

    lebih untuk yang ganda. Penulisan menggunakan sinar laser dibuat dalam format sebuah ROM

    serta dapat dihapus (DVD-E) dan yang dapat ditulisi sekali (DVD-R). Media berbahan dasar

    polikarbonat dan menggunakan teknik direct acces. Baca tulis menggunakan teknis direct access.

    Blu-Ray Disc (BD)

    Blu-ray Disc (BD) adalah sebuah media penyimpanan cakram optik yang dirancang untuk

    menggantikan format DVD. Disk plastik 120 mm dan diameter 1,2 mm, ukuran yang sama

    seperti DVD dan CD. Konvensional (pre-BD-XL) Blu-ray Disc mengandung 25 GB per layer,

    dengan cakram dual layer (50 GB) menjadi standar industri untuk fitur-panjang cakram video.

    Disc tiga lapisan (100 GB) dan lapisan quadruple (150 GB) yang tersedia untuk BD-XL ulang-

    penulis drive. [3] Nama Blu-ray Disc mengacu pada laser biru yang digunakan untuk membaca

    disk, yang memungkinkan informasi untuk menjadi disimpan dengan kepadatan yang lebih besar

    daripada yang mungkin dengan laser merah panjang-panjang gelombang yang digunakan untuk

    DVD. Aplikasi utama dari Blu-ray Disc adalah sebagai media untuk bahan video seperti film.

    Selain spesifikasi hardware, Blu-ray Disc dikaitkan dengan satu set format multimedia.

    Umumnya, format ini memungkinkan untuk video dan audio untuk disimpan dengan definisi

    yang lebih besar dari pada DVD.

    Format ini dikembangkan oleh Sony dan Blu-ray Disc Association, sebuah kelompok yang

    mewakili pembuat elektronik konsumen, perangkat keras komputer, dan film. Blu-ray Disc

    pertama prototipe yang diresmikan pada bulan Oktober 2000, dan pemain prototipe pertama

    dirilis pada bulan April 2003 di Jepang. Setelah itu, ia terus dikembangkan sampai rilis resmi

    pada bulan Juni 2006.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 38

    IDE Disk (Hardisk)

    Pengalamatan menggunakan LBA (Logical Block Addressing) yaitu metode pengalamatan yang

    hanya member nomor pada sector-sekto mulai dari 0 hingga 224-1. Metode yang mengharuskan

    pengontrol menkonversi alamat-alamat LBA menjadi head, sector dan silinder.

    SCSI Disk (Harddisk)

    SCSI (Small Computer System Interface) metode pengalamatan sama dengan IDE perbedaan

    mampu mentranfer data dalam kecepatan tinggi yang menjadikanya standar bagi beberapa

    prodesen komputer. Selain itu dapat dianggap sebagai sebuah bus yang mampu mengontrol

    hingga 7 peralatan al: CD, recorder CD, scanner dan sebagainya. Media tersebut dikenali okeh

    SCSI berdasarkan ID unik yang mereka miliki.

    3. Magnetic Tape

    Berbentuk track-track parallel mempunyai head baca tulis tunggal dan dimana head baca dan

    tulis dipisahkan. Head harus melewati bagian-bagian pita lain yang ada sebelumnya secara serial.

    Cocok untuk menyimpan data besar namum tidak untuk pembacaan secara acak. Bit disimpan

    dalam selebar pita dalam suatu frame dan sepanjang pita dalam bentuk data terkecil yang

    disebut record. Pengaksesan dilakukan

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 39

    secara sequensial. Apabila head berada lebih atas dari letak record yang diinginkan maka

    pita harus dimundurkan. Kecepatan putaran pita rendah transfer data menjadi lambat.

    Track 2

    Track 1

    Track 0

    Tepi bawah pita

    Arah baca tulis

    Gambar 5.4 Pita Magnetik

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 40

    BAB 6. STORAGE ARRAY

    1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

    Redundancy Array of Independent Disk merupakan pengaturan beberapa disk memori dengan

    sistem akses parallel dan redudansi guna meningkatkan reliabilitas khususnya penyimpanan

    berbasis data. Konsep ini menggantikan disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk-disk

    berkapasitas kecil dengan mendistribusian data pada disk-disk tersebut.

    Karakteristik RAID:

    Sekumpulan disk drive yang dianggap sebagai satu sistem tunggal.

    Data didistribusikan ke drive fisik array

    Digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recovery data ketika terjadi

    masalah.

    Tingkatan RAID

    RAID Level 0

    Metode drive spinning, block interleave data spinning atau disk stripping digunakan pada level

    ini yaitu penempatan blok-blok data pada stripe dalam beberapa permukaan disk. Level ini tidak

    menawarkan fault tolerance karena tidak memiliki redundansi. Kelebihan ketiadaan redundansi

    adalah kinerja lebih tinggi. Direkomendasikan untuk data yang tidak kritis yang membutuhkan

    kecepatan baca tulis yang tinggi.

    Gambar 6.1. RAID 0 (Nonredundant)

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 41

    Raid Level 1

    Konsep yang digunakan pada level ini adalah secara mirroring dengan memberikan proteksi

    kegagalan yang terbaik dimana proses tulis dilakukan pula pada mirror set yang mengakibatkan

    kinerja lebih lambat dari RAID 0. Namun mengakibatkan proses baca menjadi lebih cepat.

    Direkomendasikan untuk proses yang memerlukan fault tolerance tinggi seperti kuntansi dan

    gaji. Harga mahal karena diperlukan jumlah disk dua kali lipat.

    Raid Level 2

    Menggunakan konsep data stripping. Pada level ini disk terbagi menjadi disk penyimpan data

    dan disk parity yaitu disk tambahan untuk menyimpan informasi koreksi kesalahan yang

    dibangkitkan dengan metode kode hamming. Adanya metode koreksi ini mengakibatkan kinerja

    menjadi lebih lambat.

    Raid Level 3

    Konsep yang dibangun sama dengan RAID level 2 yang membedakan pada jumlah penggunaan

    disk parity yang hanya 1 saja. Level ini dinilai lebih ekonomis. Berguna untuk penyimpanan data

    dengan blok-blok yang besar.

    Gambar 6.2. RAID 1 (Disk Mirroring)

    Drive Data Drive Hamming

    Gambar 6.3. RAID 2 (redundancy melalui kode Hamming

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 42

    Raid Level 4

    Konsep yang diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai

    parity. Tidak direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

    Raid Level 5

    Konsep yang digunakan sama dengan level 4 hanya saja penempatan parity disebar pada masing-

    masing disk. Direkomendasikan untuk file dan server aplikasi, email dan server pemberitaan,

    server berbasis data dan web dikarenakan memiliki proteksi terbaik untuk harga murah.

    Raid Level 6

    Kekurangan RAID adalah terjadinya kerusakan fisik secara bersamaan dikarenakan waktu

    penggunaan. Level ini menjawab kerusakan multidisk pada RAID. Yaitu dengan menggandakan

    Parity

    Gambar 6.4. RAID 3, Bit interleave data striping dengan parity

    Gambar 6.6. RAID 5, Block interleave dengan parity terdistribusi

    Gambar 6.5. RAID 4, Block Interleave data striping dengan satu parity disk

    Parity

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 43

    paritas dan meletakan secara menyebar. Dan menempatkan sebuah level proteksi kedua yang

    menggunakan kode-kode reed Solomon error correction disamping parity. Konsep yang

    diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai parity. Tidak

    direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

    2. Storage Area Network (SAN)

    Merupakan teknologi media penyimpanan yang terhubung dengan jaringan terpisah dari jaringan

    utama (LAN/WAN) yang dimiliki oleh suatu organisasi. Secara fisik SAN terdiri dari controller

    dan storage dengan konsentrator switch. Dengan kata lain SAN merupakan storage berbasis

    networking yang terhubung dengan network utama

    Dengan demikian SAN dapat menangani trafik data dalam jumlah besar antara server dan

    peralatan penyimpan tanpa mengurangi bandwith yang ada pada jaringan utama.

    Keuntungan penggunaan SAN:

    Availability: satu salinan data dapat diakses oleh semua host melalui jalur yang berbeda dan

    semua data lebih efisien dalam pengaturannya.

    Reliability: infrastruktur yang dapat menjamin tingkat kesalahan yang minimal dan

    kemampuan dalam mengatasi kegagalan.

    Scalability: server maupun media penyimpan dapat ditambahkan secara independent.

    Performance: menggunakan Fiber Channel dengan bandwidth 100MBps dengan overhead

    (informasi mengenai data tersebut) yang rendah. Trafik back up dan jalur utama LAN/WAN

    dipisahkan.

    Gambar 6.7. RAID 5, Block interleave dengan parity terdistribusi

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 44

    Manageability: manajemen dilakukan terpusat dan deteksi, koreksi kesalahan yang proaktif.

    Return on Information Management: bertambahnya tingkat redundansi, kemampuan

    manajemen dan penambahan server maupun media penyimpan secara independen

    mengakibatkan biaya kepemilikan menjadi rendah sementara mampu menaikan Return on

    Information Management (ROIM) jika dibandingkan dengan media penyimpanan tradisional.

    Gambar 6.8. Storage Area Network

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 45

    BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

    1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi

    Merupakan program yang mengontrol eksekusi program aplikasi dan bertindak sebagai antar

    muka antara brainware dan hardware.

    Layanan-layanan yang disediakan sistem operasi:

    Pembuatan program: layanan program utilitas seperti editor dan debugger yang bukan

    bagian dari sistem operasi tetapi dapat di akses melalui sistem operasi

    Eksekusi program:

    Akses ke perangkat I/O: Digunakan untuk menjalankan program dengan bantuan I/O

    Device, seperti:

    - Request Device ( pemintaan peralatan)

    - Release Device ( Mengeluarkan peralatan)

    - Read (Baca)

    - Write (Tulis)

    Akses terkontrol ke file: menyediakan mekanisme perlindungan untuk mengontrol akses

    ke file-file

    Akses sistem: mengontrol akses kesistem secara keseluruhan .

    Pendeteksian Kesalahan dan tanggapan: Untuk pelacakan, mencari kesalahan terdapat

    terjadi di dalam Prosesor atau Memori

    Akuntansi

    Jenis sistem operasi

    Interaktif: pengguna berinteraksi secara langsung dengan komputer.

    Batch: program pengguna ditampung secara bersama program pengguna lainnya dan

    kemudian disampaikan oleh operator komputer. Setelah program diselasaikan hasilnya

    dicetak bagi pengguna.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 46

    Multiprogramming: beberapa program disimpan dimemori dalam sekali waktu tertentu untuk

    kemudian dilakukan proses secara bersama untuk meningkatkan kinerja dari prosesor.

    Uniprogramming : satu proses yang dilakukan dalam waktu tertentu.

    2. Penjadwalan Pada multiprogramming penjadwaln sangat diperlukan sekali guna mengatur seluruh proses yang

    sedang berlangsung. Jenis-jenis penjadwalan:

    Penjadwalan jangka pendek: menjadwalkan alokasi pemroses diantara proses-proses

    ready dalam memory utama

    Penjadwalan jangka menengah: menangani proses-proses yang tertunda ketika kondisi

    yang membuat tertunda hilang proses langsung dimasukan ke memori utama dalam status

    ready untuk diproses

    Penjadwalan jangka panjang : bertugas pada antrian proses (batch) dan emilih proses

    berkutnya yang akan dieksekusi. Berprioritas lebih rendah dan digunakan sebagai pengisi

    agar pemroses selalu dalam keadaan sibuk

    Batch

    Queue

    CPU

    Suspended Ready Queue

    Ready

    Queue

    Suspended Blocked Queue

    Program Jangka Pendek

    Program Jangka Menengah

    Program Jangka Panjang

    Program-program

    Gambar 7.1. Penjadwalan

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 47

    Tujuan Penjadwalan

    Efisiensi

    Utilisasi CPU: membuat CPU selalu sibuk

    Respon time: waktu mulai menjawab sampai selesai

    Meminimalkan Turn around time, yaitu jumlah waktu eksekusi dan waktu tunggu.

    Memaksimalkan Throughput, hasil yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu.

    Ada 2 strategi penjadwalan :

    1. Penjadwalan nonpreemptive: Setiap proses diberi sejumlah waktu tertentu oleh prosesor

    setiap proses tidak dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses lainnya hingga

    proses yang sedang berlangsung selesai.

    FIFO (First In First Out): mengutamakan proses yang terlebih dulu masuk

    SJF (Shortest Job First) : mengetahui seluruh waktu dari setiap proses untuk

    mengambil proses dengan waktu terpendek yang terlebih dahulu dilayani.

    2. Penjadwalan preemptive : proses dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses

    lainnya dan akan dilanjutkan kemudian.

    RR (Round Robin): semua proses dianggap penting dan diberi sejumlah waktu yang

    disebut quantum untuk dapat menyelesaikan proses.

    PS (Priority Schedulling): setiap proses memiliki prioritas dan prosesor mengutaman

    proses yang memilki prioritas lebih tinggi. Jika semua prioritas sama maka FIFO

    yang akan digunakan untuk menyelesaikan proses.

    3. Manajemen Memori

    Pada uniprogramming memori utama dibagi menjadi dua satu bagian untuk sistem operasi dan

    satu bagian untuk program yang sedang dieksekusi. Pada sistem multiprogramming bagian

    pengguna dari memori dibagi lagi untuk mengakomodasi berbagai proses. Teknik pengaturan

    memori yang demikian disebut sebagai manajemen memori yang efektif pada multiprogramming

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 48

    Swapping

    Suatu proses dapat di-swap secara temporary keluar dari memori dan dimasukkan ke backing

    store, dan dapat dimasukkan kembali ke dalam memori pada eksekusi selanjutnya.

    Backing store disk cepat yang cukup besar untuk mengakomodasi copy semua memori

    image pada semua user; menyediakan akses langsung ke memori image.

    Roll out, roll in varian swapping yang digunakan dalam penjadualan prioritas; proses

    dengan prioritas rendah di-swap out, sehingga proses dengan prioritas tinggi dapat di-load

    dan dieksekusi.

    Bagian terbesar dari swap time adalah transfer time, total transfer time secara proporsional

    dihitung dari jumlah memori yang di swap.

    Modifikasi swapping dapat ditemukan pada sistem UNIX, Linux dan Windows.

    Contiguous Allocation

    Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian:

    Resident operating system, biasanya tersimpan di alamat memori rendah termasuk

    interrupt vector .

    User proces menggunakan memori beralamat tinggi/besar.

    Single-partition allocation

    Relokasi register digunakan untuk memproteksi masing-masing user proses dan

    perubahan kode sistem operasi dan data.

    Relokasi register terdiri dari alamat fisik bernilai rendah; limit register terdiri dari

    rentang/range alamat logik, setiap alamat logik harus lebih kecil dari limit register.

    Paging

    Membagi memori fisik ke dalam blok (page, frame) dengan ukuran tertentu (fixed) yang

    seragam.

    Memudahkan manajemen free memory (hole) yang dapat bervariasi.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 49

    Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar seperti pada

    variable partition (compaction).

    OS lebih sederhana dalam mengontrol (proteksi dan kebijakan) pemakaian

    memori untuk satu proses.

    Standard ukuran blok memori fisik yang dialokasikan (de-alokasi) untuk setiap proses.

    Ukuranya (tergantung OS): 512 byte s/d 16 KB.

    Segmentation

    Skema pengaturan memori yang mendukung user untuk melihat memori tersebut..

    Sebuah program merupakan kumpulan dari segment. Sebuah segement berisi unit logik

    seperti:

    main program,

    procedure,

    function,

    method,

    object,

    local variables, global variables,

    common block,

    stack,

    symbol table, arrays

    Offset: 16 bits

    Sistem Operasi ditinjau dari Segi PROSES

    Sistem Operasi, terdiri dari sekumpulan program untuk suatu resources (memori). Bagaimana

    hubungan antara program-program baik selama proses berjalan dan kapan program tersebut

    harus dipergunakan?.

    Kondisi utama dalam proses Sistem Operasi.

    1. RUN

    Adalah proses yang sudah dipilih oleh prosesor dan program-programnyanya sedang

    berjalan.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 50

    2. WAIT

    Adalah proses yang sedang menunggu yang dikarenakan adanya event/kejadian

    Misal: suatu operasi Input-Output yang sedang berjalan maka prosesor tidak akan

    melakukan proses, karena I/O yang sedang beroperasi.

    3. READY

    Adalah proses dalam kondisi yang siap dilaksana kan/ready, akan tetapi jumlah proses

    lebih banyak dari jumlah prosesor sehingga proses tersebut harus menunggu giliran untuk

    diproses (Ready to Run)

    Kondisi lain;

    1. SUBMIT

    Adalah kondisi dimana pemakai/user memasukan suatu JOB kedalam sistem, dan

    sistem tersebut harus memberikan suatu respon.

    2. HOLD

    Adalah kondisi dimana Job dimasukan telah dikonversikan kedalam bentuk yang

    readable (yang dapat dibaca oleh mesin). Tetapi tidak ada resources yang

    dialokasikan untuk job tersebut, sehingga untuk ke kondisi berikutnya harus

    dialokasikan terlebih dahulu.

    3. COMPLETE

    Adalah kondisi dimana prosesor telah menyelesaikan proses komputasi dan semua

    resource sudah dikembalikan.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 51

    BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN

    1. Definisi dan Fungsi

    Unit masukan dan keluaran merupakan bagian komponen utama dari sistem komputer selain dari

    CPU dan memori. Dalam modul I/O berisikan logika yang mengatur dan menghubungkan antara

    perangkat erksternal dengan sistem bus sekaligus antara perangkat eksternal lainnya .

    Beberapa alasan mengapa perangkat eksternal eksternal tidak terhubung secara langsung dengan

    sistem bus adalah:

    Banyaknya variasi perangkat eksternal.

    Perbedaan kecepatan transfer data antara perangkat eksternal dengan CPU maupun

    memori.

    Perbedaan format dan panjang data antara perangkat erksternal dengan CPU

    2. Sistem Masukan dan Keluaran Komputer

    Dalam menjalankan tugasnya fungsi modul I/O terbagi menjadi beberapa kategori:

    1. Kontrol dan pewaktuan: melakukan pengaturan dan pengawasan supaya terjadinya

    sinkronisasi antara CPU, memori dan perangkat eksternal.

    2. Komunikasi CPU:

    meliputi proses-proses menerima perintah dari CPU untuk perangkat eksternal,

    Modul I/O

    Link ke perangkat luar lainnya

    Sistem BUS

    Gambar 8.1 Modul I/O

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 52

    pertukaran data antara CPU dengan perangkat eksternal,

    pelaporan status modul I/O maupun perangkat eksternal apakah dalam keadaan

    sibuk,siap atau error.

    Mengetahui alamat perangkat eksternal yang dikontrolnya.

    3. Komunikasi perangkat eksternal: meliputi komunikasi data, kontrol dan status.

    4. Melakukan buffer data: bertujuan untuk mendapatkan penyesuaian data sehubungan

    dengan perbedaan laju transfer.

    5. Deteksi kesalahan: bertujuan melaporkan ketiap kali perangkat eksternal mendapati

    masalah. Misal isi tinta atau kertas habis.

    3. Teknik Masukan atau Keluaran

    Dalam modul I/O terdapat tiga teknik untuk melalukan proses masukan dan keluaran yaitu:

    I/O terprogram: Data saling dipertukarkan antara CPU dan Modul I/O.

    Kelemahan: adanya waktu tunggu pada CPU saat I/O merampungkan tugasnya. Setiap

    instruksi yang diberikan dari CPU kepada modul I/O maupun perangkat eksternal

    dipastikan disertakan dengan alamat tujuan.

    Empat klasifikasi perintah I/O:

    1. Perintah Kontrol: mengaktivasi perangkat eksternal dan memberitahukan tugas yang

    harus dikerjakan.

    2. Perintah Test: menguji berbagai kondisi status modul

    3. Perintah Read: mengambil paket data dari perangkat I/O kemudian menyimpannya

    dalam buffer internal melalui bus data.

    4. Perintah write: perintah dari CPU kepada modul I/O untuk mengambil data dari bus

    data untuk selanjutnya dberikan ke perangkat eksternal.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 53

    Interrupt driven I/O: Tidak adanya waktu tunggu pada CPU. Saat instruksi menjalankan

    perintah I/O dari modul I/O karena pada saat yang sama CPU melakukan proses lainnya

    tanpa harus menunggu perintah I/O selesai.

    Data hasil pembacaan oleh modul I/O dari perangkat I/O akan disimpan di bus data

    hingga menunggu diminta baca oleh CPU sementara itu modul mengirimkan sinyal

    interupsi kepada CPU untuk mengirimkan instruksi selanjutnya.

    Terdapat empat keadaan yang digunakan CPU untuk menjawab interupsi tersebut:

    1. Multiple Interrupt Lines: merupakan terknik yang paling sederhana yaitu dengan

    membangun saluran interupsi yang banyak antara Modul dengan CPU.

    2. Software Poll: saat menerima sinyal interupsi dari modul. Selanjutnya CPU akan

    menuju Interrupt Services Routine tempat terjadinya software poll untuk

    menentukan modul mana yang melakukan interupsi. Proses penentuan ini

    mengambil waktu proses dari CPU menjadi lebih lambat.

    3. Daisy Chain: seluruh modul I/O terhubung dengan saluran interupsi CPU secara

    melingkar

    4. Arbitrasi Bus: modul I/O akan mendapatkan kendali kontrol bus sebelum

    melakukan interupsi kepada CPU hal ini mengakibatkan hanya ada satu modul

    I/O yang melakukan interupsi.

    DMA (Direct Memory Acces): CPU hanya akan melakukan proses di awal dan akhir saja

    ketika menanggapi sinyal interupsi yang masuk. Seluruh proses interupsi akan diserahkan

    kepada DMA dengan cara mengambil alih siklus bus pada jalur bus oleh DMA.

    Sementara interupsi berlangsung CPU masih dapat melakukan proses lainnya.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 54

    BAB 9. SET INSTRUKSI

    Merupakan sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU.

    1. Elemen-elemen Instruksi

    Operation code (Op code) : berisikan perintah yang akan dikerjakan

    Source Operand reference : letak data yang harus dikerjakan sesuai perintah

    Result Operand reference : Penyimpan hasil operasi

    Next Instruction Reference : Perintah selanjutya yang harus diselesaikan

    Dalam sebuah instruksi, tidak harus semua elemen ini dicantumkan, tergantung kebutuhan dan

    jenis instruksinya. Semua instruksi dijalankan didalam CPU dan umumnya menggunakan

    register sebagai tempat membaca/menyimpan operand meskipun tidak selamanya register

    berisikan operand melainkan menunjuk kepada salah satu media penyimpan lainnya missal:

    memori, cache, modul I/O.

    Source and result operand dari suatu operasi dapat berada pada tiga tempat berikut:

    Memori utama atau memori virtual

    CPU register

    Perangkat I/O

    Representasi Instruksi

    Pada bahasa mesin, setiap instruksi berbentuk pola bit biner yang unik untuk itu agar dapat

    dimengerti oleh pengguna maka dibuatlah berbagai instruksi menggunakan singkatan sebagai

    simbolik yang disebut sebagai mnemonic. Missal: ADD, SUB, MPY, DIV, LOAD, STOR.

    Operand dapat direpresentasikan dengan menggunakan simbolik missal: ADD A,B

    Tambahkan nilai yang berada pada B kedalam register A dan simpan hasilnya di register A.

    seorang programmer diperkenankan menggunakan symbol dan menetapkan lokasi untuk

    merepresentasikan bahasa mesin dimana setiap opcode symbol direpresentasikan dengan angka

    biner yang selalu tetap.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 55

    Jenis-jenis Instruksi

    1. Data processing:

    Aritmetik misal : ADD, SUB dll.

    Logic missal : AND, OR, NOT, SHR, dll.

    Konversi data

    2. Data storage (memori):

    Transfer data missal : STOR, LOAD, MOVE, dll.

    3. Data movement: Input dan Output ke modulI/O

    4. Program flow control: JUMP, HALT, dll.

    2. Format-format Instruksi Format Instruksi 3 Alamat

    Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO1], [AO2] merupakan suatu instruksi dengan satu alamat

    hasil dan dua alamat operand.

    Misal: SUB Y,A,B bentuk algoritmik Y A B yang mengandung arti kurangkan isi register

    A dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

    Dengan format seperti ini program lebih pendek dan mengoperasikan banyak register sekaligus

    dan bentuk ini tidak umum digunakan di komputer.

    Format Instruksi 2 Alamat

    Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO] merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan

    satu alamat hasil merangkap salah satu operand lainnya.

    Misal: SUB Y, B bentuk algoritmik Y Y B yang mengandung arti kurangkan isi register Y

    dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

    Dengan format instruksi seperti ini panjang program tidak bertambah terlalu banyak tetapi

    mengoperasikan lebih sedikit register dan bentuk instruksi seperti ini masih digunakan di

    komputer.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 56

    Format Instruksi 1 Alamat

    Bentuk umum: [OPCODE] [AO], merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan hasil

    disimpan di accumulator.

    Misal: SUB B bentuk algoritmik AC AC B mengandung arti kurangkan isi Acc dengan isi

    register B kemudian simpan hasilnya di Acc.

    Dengan format instruksi seperti ini program menjadi bertambah panjang sementara register yang

    digunakan hanya satu dan bentuk ini digunakan pada komputer jaman dahulu.

    Misal: SUB bentuk algoritmik: S[top] S[top-1] S[top] mengandung arti kurangkan isi stack

    no.2 dari atas dengan isi stack paling atas kemudian simpan isi hasilnya di stack paling atas.

    Untuk instruksi PUSH dan POP mempunyai cara kerja yang berbeda.

    Contoh Format Instruksi 3 Alamat

    A, B, C, D, E, T, Y adalah register

    Program: Y = (A B) / ( C + D E)

    SUB Y, A, B bentuk algoritmik Y A B

    MPY T, D, E bentuk algoitmik T D E

    ADD T, T, C bentuk algoritmik T T + C

    DIV Y, Y, T bentuk algoritmik Y Y / T

    Memerlukan 4 operasi

    Contoh Format Instr 2 Alamat

    A, B, C, D, E, T, Y adalah register

    Program: Y = (A B) / ( C + D E)

    MOVE Y, A bentuk algoritmik Y A

    SUB Y, B bentuk algoritmik Y Y - B

    MOVE T, D bentuk algoritmik T D

    MPY T, E bentuk algoritmik T T E

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 57

    ADD T, C bentuk algoritmik T T + C

    DIV Y, T bentuk algoritmik Y Y / T

    Memerlukan 6 operasi

    Contoh Format Instr 1 Alamat

    A, B, C, D, E, Y adalah register

    Program: Y = (A B) / ( C + D E)

    LOAD D bentuk algoritmik AC D

    MPY E bentuk algoritmik AC AC E

    ADD C bentuk algoritmik AC AC + C

    STOR Y bentuk algoritmik Y AC

    LOAD A bentuk algoritmik AC A

    SUB B bentuk algoritmik AC AC B

    DIV Y bentuk algoritmik AC AC / Y

    STOR Y bentuk algoritmik Y AC

    Memerlukan 8 operasi

    Contoh Format Instr 0 Alamat

    A, B, C, D, E, Y adalah register

    Program: Y = (A B) / ( C + D E)

    PUSH A bentuk algoritmik S[top] A

    PUSH B bentuk algoritmik S[top] B

    SUB bentuk algoritmik S[top] A - B

    PUSH C bentuk algoritmik S[top] C

    PUSH D bentuk algoritmik S[top] D

    PUSH E bentuk algoritmik S[top] E

    MPY bentuk algoritmik S[top] D E

    ADD bentuk algoritmik S[top] C + S[top]

    DIV bentuk algoritmik S[top] (A - B) / S[top]

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 58

    POP Y bentuk algoritmik Out S[top]

    Memerlukan 10 operasi

    Latihan

    Kerjakan X = (A + B C) / (D E F)

    Design dari sebuah intruksi sangat komplek karena mempengaruhi banyak aspek dalam sistem

    komputer. Beberapa hal yang paling fundamental dalam prose perancangan antara lain meliputi:

    Operation repertoire berkenaan dengan seberapa banyak dan jenis operasi apa yang yang

    harus tersedia dan sekomplek apakah operasi itu seharunya.

    Data types berkenaan dengan jenis data yang dapat disediakan

    Instruction format berknaan dengan panjang instruksi (bits), nomor alamat, ukuran field

    dan sebagainya.

    Register berkenaan dengan jumlah register yang dapat digunakan oleh instruksi dan

    masing-masing fungsinya.

    Addressing digunakan untuk menspesifikasikan alamat operand.

    Jenis-jenis operasi komputer:

    Data transfer :

    Lokasi sumber dan tujuan harus ditentukan

    Panjang data harus diidentifikasi

    Mode address untuk setiap operasi harus ditentukan

    Arithmetic

    Logical

    Conversion

    I/O

    System control

    Transfer of control

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 59

    BAB 10. MODE PENGALAMATAN

    1. Definisi dan Fungsi

    Dua cara yang umumnya dilakukan dalam penempatan operand instruksi yaitu pada lokasi

    memori utama dan register CPU.

    Apabila penempatan berada pada memori utama maka alamat lokasi harus diberikan oleh

    instruksi dalam medan operand tidak perlu memberikan alamat secara eksplisit pada instruksi.

    Mode pengalamatan merupakan metode penentuan alamat operand pada instruksi.

    Tujuan yang mempengaruhi arsitektur komputer ketika memilih mode pengalamatan:

    1. Mengurangi panjang instruksi dengan mempunyai medan yang pendek untuk alamat.

    2. Menyediakan bantuan yang tangguh kepada pemrogram untuk penanganan data

    kompleks seperti pengindeksan sebuah array, control loop, relokasi program dan

    sebagainya.

    2. Teknik Pengalamatan

    1. Immediate Addressing

    2. Direct Addressing

    3. Indirect Addressing

    4. Register addressing

    5. Register indirect addressing

    6. Displacement addressing

    7. Stack addressing

    1. Immediate Addressing

    Merupakan metode yang tidak melakukan aktivitas pengambilan operand.

    Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama

    dengan field alamat

    Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplement dua

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 60

    Bit paling kiri sebagai bit tanda

    Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga

    maksimum word data

    Contoh: ADD 5; tambahkan 5 pada akumulator

    Keuntungan:

    Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh

    operand

    Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

    Kekurangan:

    Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

    2. Direct Addressing

    Alamat operand secara eksplisit diberikan didalam instruksi.

    Keuntungan:

    Field alamat berisi efektif address sebuah operand

    Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

    Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

    Kekurangan:

    Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan

    panjang word

    Contoh: ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 61

    Gambar 10.1 Direct Addressing

    3. Indirect Addressing

    Pada metode ini dapat melalui lokasi memori atau register.

    Indirect addressing memori: jika sebuak lokasi memori menyimpan alamat operand.

    Indirect addressing register: jika sebuah register digunakan untuk menyimpan alamat

    operand.

    Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilrannya akan berisi

    alamat operand yang panjang.

    Contoh: ADD (A); tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

    Gambar 10.2 Indirect Addressing

    Keuntungan:

    Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 62

    Kekurangan:

    Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses

    operasi

    4. Register Addressing

    Pengalamatan ini sama dengan direct addressing yang membedakan hanya pada lokasi

    register yang digunakan.

    Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

    Perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori

    utama

    Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi

    8 atau 16 register general purpose.

    Gambar 10.3. Register Addressing

    Keuntungan:

    Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi

    memori

    Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan

    lebih cepat

    Kekurangan:

    Ruang alamat menjadi terbatas

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 63

    5. Register Indirect Addressing

    Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak

    langsung

    Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register.

    Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register

    Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama

    dengan pengalamatan tidak langsung

    Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung

    sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak

    Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak

    langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada

    mode pengalamatan tidak langsung

    Gambar 10.4. Register Indirect Addressing

    6. Displacement Addressing

    Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak

    langsung

    Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field

    yang eksplisit

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 64

    Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register

    Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register

    Gambar 10.5. Displacement Addressing

    Tiga model displacement

    a. Relative addressing

    Relative addresing, register yang direferensi secara implisit adalah program

    counter (PC)

    Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field

    alamat

    Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand

    berikutnya

    b. Base register addressing

    Base register addressing, register yang direferensi berisi sebuah alamat memori,

    dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu

    Referensi register dapat eksplisit maupun implisit

    Memanfaatkan konsep lokalitas memori

    c. Indexing

    Indexing adalah field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang

    direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 65

    Merupakan kebalikan dari mode base register

    Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing

    Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program iteratif

    7. Stack Addressing

    Semua operand untuk suatu instruksi diambil dari bagian teratas stack. Instruksi tidak

    memiliki medan operand.

    Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out

    Stack merupakan blok lokasi yang terbalik

    Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian

    paling atas stack

    Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack

    pointer mereferensi ke elemen ketiga stack

    Stack pointer tetap berada dalam register

    Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya

    merupakan pengalamatan register tidak langsung.

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 66

    BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

    Proses yang terjadi didalam CPU

    Fetch Instruction, membaca instruksi dari memori

    Interpret Instruction, instruksi diterjemahkan kedalam perintah yang relevan.

    Fetch data, proses eksekusi dari sebuah instruksi membutuhkan pembacaan data dari

    memori atau modul I/O

    Process data, proses eksekusi dari sebuah instruksi membutuhkan perhitungan

    aritmatika atau operasi logika pada data

    Write data, hasil dari sebuah eksekusi butuh ditulis kedalam memori atau modul I/O

    Untuk menjalan semua proses tersebut CPU membutuhkan proses penyimpanan, kemampuan

    mengingat alamat instruksi terakhir untuk mencapai instruksi selanjutnya.

    1. Komponen Utama CPU adalah:

    Arithmetic and Logic Unit (ALU) yang terdiri dari dua bagian unit arithmetika dan unit

    Boolean.

    Control Unit bertugas mengontrol operasi CPU dan keseluruhan sistem komputer.

    Mengambil instrukssi-instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi

    tersebut.

    Gambar 11.1. CPU dengan sistem Bus

    CPU

    ALU

    CU

    Register

    Sistem BUS

    Control Data Address

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 67

    Fungsi CPU

    CPU berfungsi menjalankan program-program yang tersimpan di memori utama dengan cara

    mengambil sebuah instruksi , mengeksekusinya dan kemudian mengambil instruksi selanjutnya

    kegiatan yang berulang ini disebut sebagai siklus instruksi yang terdiri dari dua tahapan langkah,

    yaitu: siklus pengambilan (fetch) dan siklus eksekusi.

    2. Siklus pada CPU

    Siklus Pengambilan (Fetch) dan Eksekusi

    Siklus instruksi merupakan proses yang terjadi didalam CPU yaitu sebuah siklus yang diawali

    dengan pembacaan instruksi dari memori. Setiap kali terjadi pembacaan memori maka Program

    Counter (PC) akan menambah satu hitungan. Selanjutnya Instruksi-instruksi tersebut akan

    diisikan didalam register instruksi (IR) yang kemudian akan diterjemahkan oleh CPU untuk

    menjalankan proses yang diperintahkan. Proses tersebut dikelompokan kedalam empat kategori:

    CPU memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya

    Gambar 11.2. Struktur Internal CPU

    Pengambilan Instruksi

    Eksekusi Instruksi

    Instruksi

    Berikutnya

    Gambar 11.3. Siklus

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer