arkom-2

5/21/2018 Arkom-2

1/54

ARSITEKTUR & ORGANISASI

KOMPUTER

I G A A Diatri Indradewi, S.Kom.

28/07/2014 STMIK STIKOM INDONESIA 2013 1

5/21/2018 Arkom-2

2/54

Outline

Evolusi dan Kinerja Komputer

Sejarah Singkat Komputer

Perancangan Kinerja

Kecepatan Microprocessor

Keseimbangan Kinerja

Evolusi Pentium dan Power PC


5/21/2018 Arkom-2

3/54

SEJARAH SINGKAT KOMPUTER


5/21/2018 Arkom-2

4/54

Generasi Pertama : Tabung Hampa


5/21/2018 Arkom-2

5/54

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer)

Komputer digital elektronik pertama yang didesain untuk

kebutuhan Perang Dunia II dan mengolah data desimal


Bobot 30 ton Membutuhkan ruang seluas 1500 kaki2

Terdiri lebih dari 18.000 tabung hampa

(vacuum tube)

Membutuhkan 140 kW energi listrik saat

beroperasi

Mampu melakukan 5000 operasi

penjumlahan per detik

5/21/2018 Arkom-2

6/54

Mesin Von Neumann : Struktur IAS computer


5/21/2018 Arkom-2

7/54

Struktur IAS computer :

Main Memory, menyimpan data dan instruksi

Arithmetic and Logic Unit (ALU), mampu beroperasi pada

data biner Control Unit, menginterpretasikan instruksi-instruksi dalam

memori untuk selanjutnya dieksekusi

I/O Equipment, dioperasikan oleh Control Unit


5/21/2018 Arkom-2

8/54

Memori dari IAS computerterdiri dari 1000 lokasi

penyimpanan yang disebut words

Masing-masing words terdiri dari 40 digit biner (bit)

Angka dan instruksi direpresentasikan dengan menggunakanbentuk dan kode biner


5/21/2018 Arkom-2

9/54

Format memori IAS computer


5/21/2018 Arkom-2

10/54

Setiap angka direpresentasikan dengan sebuah sign bit dan

nilai 39-bit

Setiap word dapat juga terdiri dari dua instruksi 20-bit, di

mana setiap instruksi terdiri dari 8-bit operation code

(opcode)yang menentukan operasi yang akan dilaksanakan

dan terdiri dari 12-bit addressyang menunjukkan salah satu

words dalam memori (yang bernomor 0999)


5/21/2018 Arkom-2

11/54

Control Unit mengoperasikan IAS dengan mengambil

(fetching)instruksi-instruksi dari memori dan mengesekusinya

sekaligus dalam satu waktu


5/21/2018 Arkom-2

12/54


5/21/2018 Arkom-2

13/54

Control unit danALU sama-sama memiliki lokasi penyimpanan

yang disebut registers, yang didefinisikan sebagai berikut :

Memory buffer register (MBR): berisi sebuah word yang akan

disimpan dalam memori atau dikirim ke I/O unit, atau digunakan untuk

menerima sebuah word dari memori atau dari I/O unit Memory address register (MAR): menentukan alamat dalam memori

dari word yang akan ditulis dari atau dibaca ke MBR

Instruction Register (IR) : berisi 8-bit opcode instruction yang

dieksekusi

Instruction Buffer Register (IBR) : menangani sementara right-handinstructiondari sebuah word dalam memori


5/21/2018 Arkom-2

14/54

Program Counter (PC) : berisi alamat dari pasangan instruksi

selanjutnya yang akan diambil dari memori

Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ) : menangani

sementara operan dan hasil operasi dariALU. Sebagai contoh, hasil

dari mengalikan dua angka 40-bit adalah angka 80-bit, the most

significant 40-bits disimpan dalamAC dan the least significant dalam

MQ


5/21/2018 Arkom-2

15/54

Komputer Komersial

Sperry-Rand Corporation :

UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

UNIVAC II

UNIVAC 1103

IBM:

IBM 701

IBM 702


5/21/2018 Arkom-2

16/54

Generasi Kedua : Transistor


5/21/2018 Arkom-2

17/54

Komputer generasi kedua :

Arithmetic and Logical Unityang lebih kompleks

Control Unit yang lebih kompleks

Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi

Tersedianya perangkat lunak sistem yang sesuai dengan komputer


5/21/2018 Arkom-2

18/54


PDP-1 IBM 7094

5/21/2018 Arkom-2

19/54


5/21/2018 Arkom-2

20/54

Gambar 2.5 merupakan konfigurasi IBM 7094 yang mewakili

komputer generasi kedua

Perkembangan yang perlu dicatat adalah penggunaan data

channels

Data channels adalah modul I/Oyang independen yang

memiliki prosesor dan set instruksi tersendiri sehingga CPU

tidak lagi mengeksekusi detil instruksi I/O


5/21/2018 Arkom-2

21/54

CPU mulai melakukan transfer I/O dengan mengirimkan sinyal

kontrol ke data channel, memerintahkan data channel untuk

mengeksekusi urutan instruksi dalam memori

Data channel melakukan tugas secara independen, terlepas

dari CPU

Data channel akan memberi isyarat pada CPU ketika operasi

telah selesai dilaksanakan


5/21/2018 Arkom-2

22/54

Fitur baru lainnya adalah multiplexor, yang merupakan titik

pusat pemberhentian bagi data channels, CPU, dan memori

Multiplexor menjadwalkan pengaksesan ke memori dari CPU

dan data channels


5/21/2018 Arkom-2

23/54

Generasi Ketiga : Integrated Circuit (IC)


5/21/2018 Arkom-2

24/54

Selama tahun 1950-an hingga awal 1960-an, peralatan

elektronik disusun oleh discrete components (transistor

mandiri)dalam jumlah besartransistor, resistor, kapasitor,

dsb

Discrete components dibangun secara terpisah, dipaketkan

pada kontainer masing-masing, dan dipadukan menjadi satu

di atas papan sirkuit yang menyerupai masonite

Keseluruhan proses tersebut membutuhkan biaya yang mahal

dan tentunya tidak praktis


5/21/2018 Arkom-2

25/54

Microelectronics

Elemen dasar dari komputer digital adalah melakukan

penyimpanan (storage), perpindahan data (movement),

pemrosesan (processing), dan fungsi kontrol (control function)

Komponen dasar yang dibutuhkan terdiri dari gerbang dan sel

memori


5/21/2018 Arkom-2

26/54

Gerbang adalah suatu perangkat yang mengimplementasikan

fungsi Boolean sederhana atau logika, seperti IF A AND B ARE

TRUE THEN C IS TRUE (AND Gate)

Sel memori adalah suatu perangkat yang dapat menyimpan

satu bit data, oleh karena itu perangkat ini dapat berada di

salah satu dari dua keadaan yang stabil pada suatu waktu

Dengan menghubungkan sejumlah besar perangkat-perangkat

dasar ini, maka suatu komputer dapat dibangun


5/21/2018 Arkom-2

27/54

Relasi antara fungsi dasar komputer dengan

perangkat/komponen dasar komputer :

Data storage : disediakan oleh sel memori

Data processing : disediakan oleh gerbang

Data movement : jalur di antara komponen-komponen

digunakan untuk pergerakan data dari memori ke memori

atau dari memori melalui gerbang ke memori


5/21/2018 Arkom-2

28/54

Control : jalur di antara komponen-komponen dapat

membawa sinyal kontrol.

Sebagai contoh, suatu gerbang akan memiliki satu atau

dua data input ditambah sebuah input sinyal kontrol

yang mengaktifkan gerbang. Ketika sinyal kontrol adalah

ON, gerbang akan melakukan fungsinya terhadap data

input dan memproduksi data output


5/21/2018 Arkom-2

29/54

Serupa dengan gerbang, sel memori akan menyimpan bit

yang berada pada bagian input ketika sinyal kontrol

WRITEadalah ON dan akan menempatkan bit yang

berada pada sel ke bagian output ketika sinyal kontrol

READ adalah ON

Sirkuit terpadu memanfaatkan fakta bahwa komponen seperti

transistor, resistor, dan konduktor dapat dibuat dari bahan

semikonduktor seperti silikon

Banyak transistor dapat diproduksi secara bersamaan padawafer tunggal berbahan silikon


5/21/2018 Arkom-2

30/54


5/21/2018 Arkom-2

31/54

Sebuah wafer tipis yang terbuat dari silikon dibagi menjadi suatu

matriks yang terdiri dari sejumlah wilayah berukuran kecil,

beberapa milimeter persegi Pola sirkuit yang serupa disiapkan pada setiap wilayah, dan wafer

dipecah menjadi chips

Setiap chip terdiri dari banyak gerbang dan/atau sel memori

ditambah dengan sejumlah titik untuk menancapkan input danoutput

Chip ini kemudian dipaketkan agar terlindung dan disediakan pin-

pin untuk ditancapkan pada perangkat yang digunakan

Sejumlah paket-paket ini dapat dihubungkan pada papan sirkuit

untuk memproduksi sirkuit yang lebih besar dan kompleks


5/21/2018 Arkom-2

32/54


5/21/2018 Arkom-2

33/54

Pada awalnya, hanya sedikit gerbang atau sel memori yang

dapat diproduksi dengan handal dan dipaketkan bersama

(Small Scale Integration (SSI))

Seiring waktu, memasukkan komponen dalam jumlah yang

lebih banyak pada chip yang sama menjadi mungkin, hal inisesuai dengan hukum Moore


5/21/2018 Arkom-2

34/54


5/21/2018 Arkom-2

35/54

Hukum Moore :

The cost of a chip has remained virtually unchanged during

this period of rapid growth in density

Because logic and memory elements are placed closer

together on more densely packed chips, the electrical path

length is shortened, increasing operating speed

The computer becomes smaller, making it more convenient

to place in a variety of environments


5/21/2018 Arkom-2

36/54

There is a reduction in power and cooling requirements

The interconnections on the integrated circuit are much

more reliable than solder connections. With more circuitry

on each chip, there are fewer interchip connections


5/21/2018 Arkom-2

37/54

IBM System/360


5/21/2018 Arkom-2

38/54


5/21/2018 Arkom-2

39/54

DEC PDP-8


5/21/2018 Arkom-2

40/54

Generasi Selanjutnya


5/21/2018 Arkom-2

41/54


5/21/2018 Arkom-2

42/54


5/21/2018 Arkom-2

43/54


5/21/2018 Arkom-2

44/54

PERANCANGAN KINERJA


5/21/2018 Arkom-2

45/54

Kecepatan Microprocessor

Kecepatan baku microprocessor tidak akan mencapaikecepatan yang potensial kecuali microprocessor diberikan

aliran konstan pekerjaan yang harus dilakukan dalam bentuk

instruksi komputer

Aliran instruksi yang tenang hanya akan mengacaukan daya

dari prosesor

Oleh karena itu, di saat chipmakers sedang sibuk mempelajari

bagaimana menghasilkan chips dengan kepadatan yang

semakin bertambah, desainer prosesor harus menyesuaikan

dengan teknik-teknik yang lebih berkembang agar aliran

konstan instruksi bisa diberikan


5/21/2018 Arkom-2

46/54

Teknik-teknik berikut akan menghasilkan prosesorkontemporer :

Branch prediction: prosesor melihat pada kode instruksiyang diambil dari memori dan memprediksi cabang mana,

atau grup instruksi mana yang akan diproses selanjutnya Data flow analysis : prosesor menganalisis instruksi mana

yang tergantung pada output atau data yang dihasilkandari instruksi lain, hal ini untuk mengoptimasi jadwalinstruksi. Pada kenyataannya, instruksi dijadwalkan untuk

dieksekusi ketika siap, tidak bergantung pada urutanprogram sesungguhnya. Hal ini mencegah penundaan yangtidak penting


5/21/2018 Arkom-2

47/54

Speculative execution : dengan menggunakan branch

prediction dan data flow analysis, beberapa prosesor

mengeksekusi instruksi secara spekulatif sebelum

mengeksekusi program yang sebenarnya, hasilnya

disimpan pada lokasi sementara


5/21/2018 Arkom-2

48/54

Keseimbangan Kinerja

Di saat kecepatan prosesor meningkat dengan cepat,

kecepatan transfer data antara main memory dan prosesor

tertinggal jauh

Antarmuka antara prosesor dan main memory merupakan

jalur yang sangat krusial dalam komputer karena antarmukatersebut bertanggung jawab untuk membawa aliran konstan

dari instruksi program antara memory chips dan prosesor

Jika memori atau jalur gagal menjaga kecepatan dengan laju

permintaan prosesor, maka prosesor akan berada padakeadaan menunggu (wait state)


5/21/2018 Arkom-2

49/54

Beberapa cara yang dapat digunakan untuk mengatasi hal

tersebut :

Meningkatkan jumlah bits yang diambil pada satu waktu

dengan membuat DRAM lebih lebar dibandingkan

dengan membuatnya lebih dalam

Mengganti antarmuka DRAM untuk membuatnya lebih

efisien dengan menggunakan cache atau skema buffering

lain pada chip DRAM


5/21/2018 Arkom-2

50/54

Mengurangi akses memori dengan menggabungkan

struktur cache yang sangat kompleks dan efisien antara

prosesor dan main memory

Meningkatkan interkoneksi bandwidth antara prosesor dan

memori dengan menggunakan bus berkecepatan tinggidan dengan menggunakan hierarki bus untuk menyangga

dan menyusun aliran data


5/21/2018 Arkom-2

51/54

EVOLUSI PENTIUM DAN POWER PC


5/21/2018 Arkom-2

52/54

Evolusi Pentium

Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi

pasaran prosesor hingga saat ini. Generasi demi generasi

diluncurkan ke pasaran dengan kenaikan unjuk kerja yang

menakjubkan dalam memenuhi kebutuhan konsumennya.

Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesorsederhana sampai prosesor keluaran saat ini:


5/21/2018 Arkom-2

53/54


5/21/2018 Arkom-2

54/54

Evolusi Power PC

PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan

teknologi RISC (reduced instruction set computers). Saat ini

terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu :

arkom-2

Documents