ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER

BAB 1
PENGENALAN ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER

Pendahuluan

•     Perbedaan antara arsitektur komputer dengan organisasi komputer adalah:

–     Arsitektur komputer berkaitan dengan atribut sistem yang tampak bagi pemrogram

•     Atribut arsitektural meliputi set instruksi, jumlah bit data, mekanisme I/O dan teknik pengalamatan memori

•     Contoh : instruksi perkalian merupakan rancangan arsitektural

–     Organisasi komputer berkaitan dengan unit operasional dan interkoneksi yang merealisasi spesifikasi arsitektural

•     Atribut organisasional meliputi rincian teknologi hardware yang diketahui pemrogram (sinyal kontrol, interface komputer dan peripheral dan teknologi memori yang digunakan)

•     Contoh : instruksi perkalian akan diimplementasi unit perkalian khusus atau mekanisme penjumlahan berulang merupakan masalah organisasional

•     Arsitektur komputer adalah rancangan komputer yang meliputi komponen perangkat keras, kumpulan instruksi dan sistem organisasinya

•     Ada 2 bagian utama dari arsitektur komputer, yaitu:

–     HSA (Hardware System Architecture)

•     Meliputi sub sistem perangkat keras utama di dalam komputer, yaitu CPU, memori dan sistem input/output. HAS lebih ditekankan kepada rancangan dan organisasi arus data

–     ISA (Instruction Set Architecture)

•     Meliputi spesifikasi bahasa mesin yang dipergunakan dalam rangka berinteraksi dengan komputer. ISA lebih ditekankan kepada sifat komputasi komputer.

•     Dalam arsitektur komputer dikenal adanya istilah computer family, yaitu kumpulan implementasi arsitektur komputer dengan menggunakan ISA yang sama

–     Contoh Internation Business Machines Corporation (IBM) memproduksi 3 mesin yang satu rumpun komputer, yaitu:

•     Arsitektur rumpun System/360 (1960an)

•     Arsitektur rumpun System/370 (1970an)

•     Arsitektur Enterprice System Architecture/370 (1988)

•     Namun secara organisasi mesin antar versi memiliki perbedaan

•     Dalam computer family dikenal istilah kompatibilitas adalah kemampuan berbagai komputer untuk menjalankan program yang sama. Ada dua macam kompatibilitas, yaitu:

–     Upward compatibility (kompatibilitas meningkat)

•     Artinya rumpun yang lebih tinggi dapat menjalankan anggota rumpun yang lebih rendah

–     Downward compatibility (kompatibilitas menurun)

•     Artinya rumpun yang lebih tinggi tidak memiliki fasilitas yang dimiliki oleh anggota rumpun yang lebih rendah

•     Generasi 1: 1946 - 1954

–     Teknologi: Penggunaan lampu tabung, CRT memori

–     Hardware: fixed point aritmetik

–     Software: machine language, assembly language

–     Contoh komputer:

•     ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), merupakan komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.

•     Mesin Von Neumann

•     IAS (Institute for Advanced Studies), merupakan komputer dengan stored-program dan terdiri dari memori utama, ALU, CU dan Peralatan I/O

•     UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer), merupakan komputer komersial pertama untuk aplikasi ilmu pengetahuan dan komersial.

•     UNIVAC II, memiliki kapasitas memori lebih besar dan kinerja lebih tinggi dibanding UNIVAC I

•     IBM 701, merupakan komputer stored-program electronic pertama yang dipasarkan IBM

•     Generasi 2: 1955 - 1964

–     Teknologi: Penggunaan transistor, ferrite core, magnetik disk

–     Magnetic core memory, yaitu memori yang menyimpan informasi dalam elemen magnetis berbentuk seperti donat tipis

–     Hardware: floating point, index register, I/O prosesor

–     Software: high level language (Fortran, Cobol), compiler, subroutine library, batch monitor

–     Contoh komputer:

•     PDP 1, merupakan komputer pertama yang dipasarkan DEC (Digital Equipment Corporation).

•     IBM 7094, menggunakan saluran data yang merupakan modul I/O independen terhadap prosesor dan set instruksinya sendiri. Penggunaan multipleksor sebagai titik akhir saluran data, CPU dan memori.

•     Generasi 3: 1965 - 1974

–     Teknologi: Integrated Circuit (SSI=Small Scale Integration dan MSI=Medium Scale Integration), (ROM dan RAM)

–     Hardware: microprogramming, pipeline, cache memori

–     Software: multiprogramming, multiprocessing, OS, virtual memori

–     Contoh komputer:

•     IBM System/360, merupakan kelompok komputer pertama yang terencana (kecepatan dasar, ukuran dan derajad simultanitas)

•     DEC PDP 8, merupakan komputer yang ukurannya lebih kecil dan lebih murah dibanding IBM System/360

•     Generasi 4: 1975 - sekarang

–     Teknologi: Integrated Circuit (LSI=Large Scale Integration, VLSI=Very Large Scale Integration dan ULSI=Ultra Large Scale Integration), semikonduktor memori

–     Hardware: microprosesor (CPU), mikrokomputer (prosesor, memori dan inteface I/O), paralellism

–     Software: paralel dan problem oriented language

–     Contoh komputer: Motorola 68020, Intel iPSC

HUKUM MORE

•     Gordon Moore salah seorang pendiri IBM membuat pernyataan yang menjadi hukum Moore

•     Hukum itu menjelaskan bahwa jumlah transistor dalam chip meningkat dua kali lipat tiap tahun

•     Hal ini akan berdampak kepada:

–     Kepadatan komponen di dalam chip meningkat

–     Jalur elektronik lebih pendek sehingga kemampuan meningkat

–     Ukuran chip yang mengecil akan meningkatkan fleksibilitas

–     Mengurangi daya dan membutuhkan pendinginan

–     Beberapa interkoneksi meningkat reliabilitasnya

–     Harga chip rata-rata tetap (Tidak berubah)

Struktur dan Fungsi Komputer

•     Struktur adalah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar

•     Struktur sistem dari tingkat tertinggi terdiri dari:

1.     Periferal

2.     Komputer, Komputer terdiri dari 4 sistem utama, yaitu:

–     Central Processing Unit (CPU)

–     Struktur CPU dapat dibagi menjadi 4 sistem CPU, yaitu:

–     Arithmetic & Logical Unit (ALU)

–     Control Unit

–     Register

–     Internal CPU Interconnection

–     Memori Utama

–     Input / Output

–     Sistem Interkoneksi

3.     Saluran Komunikasi

•     Fungsi adalah operasi dari masing-masing komponen yang merupakan bagian dari struktur

•     Di dalam dunia komputer, fungsi komputer dapat dibagi menjadi 4, yaitu:

1.     Fungsi operasi pemindahan data

–     Aliran data adalah dari alat input ke mekanisme kontrol kemudian kembali alat output

–     Contoh: pemindahan data dari keyboard ke layar.

2.     Fungsi operasi penyimpanan data

–     Aliran data adalah dari alat input ke mekanisme kontrol kemudian masuk ke penyimpanan data

–     Contoh: download data dari internet ke disk di komputer lokal

3.     Fungsi operasi pengolahan data

–     Fungsi operasi pengolahan data dapat dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:

–     Proses dari / ke unit penyimpanan

–     Aliran data adalah dari alat penyimpanan data ke mekanisme kontrol kemudian diproses pengolah data dan akhirnya kembali ke alat penyimpan data

–     Contoh: update data suku bunga bank ke rekening nasabah

–     Proses dari unit penyimpanan ke alat I/O

–     Aliran data adalah dari pengolah data ke mekanisme kontrol kemudian terpencar ke dua tempat, yaitu ke alat penyimpan data dan ke alat input / output

–     Contoh: cetak data suku bunga bank ke rekening nasabah

4.     Fungsi operasi kontrol

Klasifikasi Arsitektur Komputer

•     Klasifikasi Arsitektur Komputer yang sedang berkembang dibagi menjadi 3 kategori

–     Mesin Von Neumann

•     Ciri-ciri mesin Von Neumann adalah

1.     Mempunyai 3 sub sistem dasar, yaitu CPU, memori dan sistem I/O

2.     Adanya computer stored program, yaitu memori untuk menyimpan program yang mengontrol operasi komputer

3.     Menjalankan instruksi secara berurutan, artinya suatu saat hanya mengerjakan 1 instruksi

4.     Mempunyai satu path antara memori utama dan CPU (Von Neumann bottleneck)

•     CPU terdiri dari

1.     CU (control unit), bertugas mengontrol operasi komputer

2.     ALU (arithmetic & logic unit), bertugas sebagai operasi aritmatika, logika dan shift

3.     Kumpulan register, bertugas menyimpan berbagai nilai selama operasi komputer

4.     PC (program counter), bertugas menyimpan alamat memori utama instruksi

–     Mesin Non Von Neumann

•     Mesin ini diklasifikasikan menjadi empat kagetori oleh Flynn, yaitu:

•     SISD (Single Instruction stream Single Data stream)

1.     Sebuah prosesor tunggal menginterpretasikan aliran instruksi agar beroperasi terhadap data yang tersimpan pada sebuah memori tunggal

2.     Mempunyai satu CPU dan CPU pada suatu saat hanya menjalankan satu instruksi (alur instruksi tunggal)

•     SIMD (Single Instruction stream Multiple Data stream)

1.     Sebuah instruksi mesin tunggal mengontrol secara simultan eksekusi sejumlah elemen pengolahan berdasarkan lock-step

2.     Mempunyai satu CU yang beroperasi dan Mempunyai lebih dari satu PE (processor element)

3.     CU menghasilkan kontrol untuk semua PE pada operasi yang sama

4.     Contoh: array processor, yaitu paralellisme dengan menggunakan beberapa komponen CPU atau PE

–     Mesin Non Von Neumann

•     MISD (Multiple Instruction stream Single Data stream)

1.     Sejumlah data dikirimkan ke himpunan prosesor, dengan setiap prosesor mengeksekusi rangkaian instruksi yang berbeda

2.     Mesin menjalankan berbagai program pada data yang sama

3.     Kategori ini sudah tidak dikembangkan lagi

•     MIMD (Multiple Instruction stream Multiple Data stream)

1.     Sejumlah prosesor secara simultan mengeksekusi rangkaian instruksi yang berbeda pada kumpulan data yang berbeda pula

2.     Mesin ini disebut multiprocessor, yaitu paralellisme dengan menggunakan beberapa prosesor terpisah

3.     Setiap prosesor dapat menjalankan program berbeda dan masing masing mempunyai data sendiri

–     Arsitektur Lain

•     Yang termasuk arsitektur komputer lainnya adalah special purpose machine, dimana komputer itu mempunyai fungsi khusus dan pada umumnya menggunakan arsitektur konvensional untuk aplikasi tertentu

•     Contoh: mesin artificial intelligent, mesin bahasa tingkat tinggi dan prosesor penampil 3 dimensi