04/12/23 MMD 1

CMPD 114 : Chapter 1

Struktur Asas Komputer• Perbezaan di antara organisasi dan senibina komputer.

• Struktur dan Fungsi

• Konsep Operasi Asas

• Struktur Bus

• Multiprocessors & multicomputers

• Sejarah & Evolusi Komputer

04/12/23 MMD 2

Objektif

• Mengetahui perbezaan di antara organisasi komputer dan senibina komputer.

• Memahami mengenai struktur sistem komputer.

• Memahami mengenai fungsi sistem komputer.

• Mengetahui evolusi sistem komputer dari generasi pertama hingga kini.

04/12/23 MMD 3

• Memahami konsep operasi asas komputer.

• Memahami apa yang dimaksudkan dengan struktur bus.

• Memahami apa yang dimaksudkan dengan multiprocessors dan multicomputers.

04/12/23 MMD 4

Senibina Komputer

+ Menurut Stallings, senibina komputer merujuk kepada• attribut yang nyata (visible) kepada

programmer.• Attribut yg memberi kesan secara langsung

kepada perlaksanaan program.

04/12/23 MMD 5

+ Contoh attribut bagi senibina• set arahan• jumlah bit yg mewakili data• mekanisma I/O• teknik pengalamatan

04/12/23 MMD 6

Organisasi Komputer

+ Menurut Stallings, organisasi komputer merujuk kepada unit-unit operasi dan hubungan di antaranya untuk melaksanakan spesifikasi senibina.

+ Attribut organisasi termasuklah perkara-perkara mengenai perkakasan yang transparent kepada programmer seperti:• signal kawalan• unit antaramuka• teknologi memori

04/12/23 MMD 7

Fungsi dan Struktur Sistem Komputer

+ Apakah komputer?– Peranti elektronik yg berada di bawah arahan

dan kawalan aturcara, dan ia melaksanakan empat operasi asas iaitu:

• masukan (input - I)

• memproses (processing - P)

• keluaran (output - O)

• storan/simpanan (storage - S)

04/12/23 MMD 8

IPOS cycle:

input, processing, output, and storage

04/12/23 MMD 9

+ Fungsi operasi setiap komponen

+ Struktur cara bagaimana sesuatu komponen dihubungkan

Fungsi dan Struktur Sistem Komputer

04/12/23 MMD 10

Fungsi

+ Secara amnya ada 4 fungsi asas sistem komputer:• Pemprosesan Data (Data Processing)• Penyimpanan Data (Data Storage)• Pengaliran Data (Data Movement)• Kawalan (Control)

+ Apabila data diproses, komputer akan menyimpan data secara sementara.

04/12/23 MMD 11

+ Proses untuk menghantar atau mengambil data dari komputer yang melibatkan komputer dan peranti luaran yg ada sambungan dengannya dikenali sebagai input-output.

+ Peranti luaran juga dikenali sebagai peripherals.

+ Jika data dialirkan dalam jarak yg jauh, proses ini dikenali sebagai komunikasi data.

+ Fungsi bagi pengaliran data, penyimpanan data dan pemprosesan data ini perlulah dikawal.

+ Terdapat arahan untuk melakukan kawalan.

04/12/23 MMD 12

+ Terdapat 4 operasi kawalan asas iaitu:• Operasi penghantaran data• Operasi tulis/baca• Operasi proses dan simpan data• Operasi proses data luaran dan simpan (vice-versa)

04/12/23 MMD 13

Struktur Komputer

+ Struktur peringkat tertinggi sesebuah komputer terdiri daripada:• Central Processing Unit (CPU)• Memori Utama• Input/Output• System Interconnection

04/12/23 MMD 14

Central Processing Unit (CPU)– atau Unit Pemprosesan Pusat– mengawal operasi komputer dan mengendalikan

fungsi pemprosesan data.

Memori Utama– menyimpan data untuk pemprosesan

Input/Output– penghantaran data di antara komputer dan

persekitaran luaran.

System Interconnection– menyediakan hubungan di antara CPU, Memori

Utama dan I/O.

04/12/23 MMD 15

Struktur - Top Level

Computer

Main Memory

InputOutput

SystemsInterconnection

Peripherals

Communicationlines

CentralProcessing Unit

Computer

04/12/23 MMD 16

Struktur CPU

+ komponen yg kompleks.

+ terdiri daripada• Unit Kawalan (Control Unit)• Unit Arithmetik dan Logik (ALU)• Register (Daftar)• CPU Interconnection

04/12/23 MMD 17

Unit Kawalan– mengawal operasi CPU

Unit Arithmetik dan Logik– melaksanakan fungsi pemprosesan data.

Register– menyediakan storan dalaman untuk CPU.

CPU Interconnection– mekanisma yg menyediakan hubungan di antara

Unit Kawalan, ALU dan Register.

04/12/23 MMD 18

Struktur - The CPU

Computer Arithmeticand Login Unit

ControlUnit

Internal CPUInterconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

SystemBus

CPU

04/12/23 MMD 19

Struktur Unit Kawalan (Control Unit)

+ Pendekatan Microprogrammed membahagikan Unit Kawalan kepada tiga bahagian iaitu:• Sequencing Logic• Control Unit Register and Decoder• Control Memory

04/12/23 MMD 20

Struktur - The Control Unit

CPU

Sequencing Logic

Registers andDecoders

Control MemoryControl

Unit

ALU

Registers

InternalBus

Control Unit

04/12/23 MMD 21

Hirarki Struktur Komputer

ALUUnit Kawalan Register

Sequencing Logic

Registers and Decoders

Control Memory

CPU Memori I/O

Komputer

04/12/23 MMD 22

Evolusi Komputer

+ Pembangunan komputer boleh diterangkan dengan menggunakan generasi di bawah:• Generasi Pertama - Teknologi Tiub Vakum• Generasi Kedua - Teknologi Transistor• Generasi Ketiga - Teknologi Litar Bersepadu• Generasi Keempat - Teknologi Pemproses Mikro

04/12/23 MMD 23

Generasi Pertama (1940an hingga awal 1950an)

+ John Mauchly dan John Presper Eckert dari University Pennyslvania telah mencipta– ENIAC pada tahun 1946– komputer digital pertama– dibina untuk kemudahan tentera– memerlukan ruang yg luas (15,000 kaki persegi)

untuk 18,000 tiub vakum yg menggunakan 140 kilowatts

– susah untuk diprogramkan; memerlukan pendawaian semula

04/12/23 MMD 24

+ IAS dicipta oleh Von Neumann• wujud akibat daripada masalah yg dihadapi oleh

ENIAC.• Menyelesaikan masalah ini dengan menyimpan

program dalam memori (stored program concept)• senibina ini digunakan di kebanyakan komputer.

04/12/23 MMD 25

The first generation of computers used vacuum tubes. Vacuum tubes failed

frequently so first generation computers did not work most of the time.

04/12/23 MMD 26

ENIAC, created by Dr. John Mauchly & J. Presper Eckert, for use in the war but was not completed in time.

It was mainly used to solve math problems

04/12/23 MMD 27

Eckert and Mauchly delivered the first UNIVAC to the U.S. Census Bureau in 1951. UNIVAC

gained fame when it predicted Eisenhower as the winner of the 1952 U.S. presidential election.

04/12/23 MMD 28

Universal Automatic Computer (UNIVAC), 14 Jun 1951

Dr. John W. Mauchly

J. Presper Eckert, Jr.

US Bureau of Census

Mengira bancian

Aplikasi perniagaan

Komputer pertama1. 18,000 tiub vakum, terbakar setiap17 minit. Perlu > 15 minit untuk caridan ganti.

2. Jana haba, terlalu kuat, masalahkawalan suhu.

3. Kerja perkomputeran amat sukar!

Cincin berbentuk donat

Bahasa Pengaturcaraan Bahasa Mesin - Nombor sahaja

Lebih cepat dan padat

Ingatan - Teras magnetik

Diperkenalkan dalam tahun 1957

Kad Tebuk

04/12/23 MMD 29

Generasi Kedua(akhir 50an hingga awal 60an)

+ menggunakan transistor sebagai pengganti tiub vakum

+ kebaikan– lebih kecil dan murah– menggunakan sumber kuasa yg rendah dari tiub

vakum– Solid-State Device kerana ia diperbuat daripada

silikon

04/12/23 MMD 30

The transistor heralded the

second generation of computers

04/12/23 MMD 31

Honeywell 400, 1969

Bahasa Pengaturcaraan Bahasa Perhimpunan (Bahasa Simbolik)

Cakera boleh alih

Ruang storan yang lebih besar dan capaian data yang lebih cepat

L(LOAD)

Transistor

Bahasa Paras TinggiFORTRAN

(1954)COBOL(1959) Guna pendekatan ala-Inggeris

Lebih Kecil Kurang Tenaga Lebih Cepat

Bell-J. Bardeen, H.W. Brattain, W. Shockley

Kos operasilebih murah

Syarikat perniagaan, universitidan organisasi kerajaan

contoh

dipasarkan (1962)-

04/12/23 MMD 32

Generasi Ketiga (1965 - 1970)

+ pakej– beribu-ribu transistor dikumpulkan ke dalam satu

cip– pencantuman transistor-transistor menjadi lebih

solid

+ Kelebihan– berkelajuan tinggi– kos, saiz dan kuasa adalah lebih rendah

04/12/23 MMD 33

LitarBersepadu

saiz < 1/8 incipersegi

Ambil alihtransistor - 1965

Litar elektronik yang lengkap dalam cip silikon

SilikonTanah liatatau pasir

Hargalebih murah

Diperolehi

Bahan separa konduktor

Beribu-ribu komponen elektronik

Perisian Beberapa aturcara boleh dilarikan serentak Berkongsi sumber komputeratau

PDP-8 Minicomputer, 1963

Cip (Mikro Cip)

Memasukkan beribu-ribu litar elektronik (atau transistor) ke dalam silikon

Kegunaan

Kejayaan besar

Perniagaan dan saintifik

Perniagaan saiz kecil dan sederhana

Siri KeluargaSistem IBM 360,1954

04/12/23 MMD 34

Generasi Keempat (Sejak awal 1970an)

Menggunakan teknologi yang dikenali sbg Very Large Scale Integration (VLSI)

Iaitu beribu-ribu transistor ditempatkan dalam satu chip sahaja

Teknologi VLSI ini membolehkan pemproses dibina menggunakan satu chip, dan kaedah ini dikenali sbg pemproses mikro (microprocessor)

PC IBM pertama dilancarkan pada 1981. Intel menyediakan cip mikro pemproses & Microsoft Corporation menyediakan operating system (OS)

04/12/23 MMD 35

Penciptaan cip untuk ingatan dan logik komputer

Lebihlaju

Kebolehpercayaanmeningkat

Muatan storanmeningkat

Lanjutan teknologi generasi ketiga

Mikropemproses

100 kalilebih kecil

ENIAC

digunakan

Komputer PeribadiIBM, 1981

Pemprosesan tujuan umum dalam satu cip

Mikropemprosesan secara komersil

1971

Macintosh, 1984PerantaramukaPengguna Grafik

Tetingkap, ikon, tetikus, peranti tunjuk(Window, icon, mouse, pointing device (WIMP))

04/12/23 MMD 36

Generasi Kelima? Teknologi terkini yang sudah mendapat perhatian

ramai Menuju ke arah Artificial Intelligence (AI), di mana

komputer mempunyai ciri-ciri kepandaian manusia Tugasan Pertama: Huraikan lebih terperinci

tentang ciri-ciri komputer generasi kelima, kelebihan serta kekurangan yang ada. Berikan contoh yang bersesuaian serta huraikan aplikasi yang ada dalam kehidupan harian.

Tarikh serahan :

04/12/23 MMD 37

Generasi Kelima: Komputer CerdasKita boleh gunakan komputer

cerdas dalam kerja kita.

Pakar Jepun

Bidang

Berkaitan

KecerdasanBuatan

SistemPakar

BahasaTabii

Usaha industri

Membenarkan

Penggunaan

Hubungkan

dengan

dengan

Komputer Komputer

Apa itu lebuhraya maklumat?

Saya boleh dapatkan banyak maklumat daripada

lebuh raya maklumat.

Menjelang1990an

FokusUtama

Lebuh rayamaklumat

MAKL

UM

ATM

A

K

LU

MA

T

04/12/23 MMD 38

Komputer sbg Pemproses Maklumat

+ Pada hari ini, komputer adalah istimewa kerana ia adalah general-purpose.

• Boleh digunakan utk melakukan pelbagai tugas.

+ Komputer = Perkakasan (Hardware) + Perisian (Software).

• Perkakasan: komponen fizikal (seperti bhgn mekanikal/litar elektronik) utk pemprosesan/ perhitungan; sepatutnya mudah, cepat, boleh dipercayai dan ia boleh disentuh.

• Perisian: terdiri drpd set2 arahan/algoritma utk melaksanakan tugas tertentu; sepatutnya mudah alih, mesra-pengguna, sofisikated dan ia tidak boleh disentuh.

04/12/23 MMD 39

Konsep Operasi Asas

+ Operasi sesebuah komputer adalah berdasarkan arahan

+ untuk melaksanakan sesuatu tugas, satu aturcara/program yg mengandungi suatu set arahan disimpan dalam memori utama

+ setiap arahan akan dibawa dari memori utama ke pemproses untuk diproses

+ Data yg digunakan sebagai operand juga disimpan dalam memori utama

04/12/23 MMD 40

+ Cth:~ ADD LOCA, R0

1. Tambahkan operand yg berada di lokasi LOCA kepada operand yg terdapat di register dalam pemproses iaitu R0 dan kemudian letakkan hasil penambahan kedalam register R0.

2. Kandungan asal LOCA kekal tetapi kandungan R0 digantikan dengan satu nilai baru.

~ 2 langkah yg terlibat dalam operasi ini ialah:1. Arahan tersebut diambil dari memori utama dan dibawa

ke pemproses.

2. Operand di lokasi LOCA diambil dan ditambahkan dengan kandungan register R0. Hasil operasi disimpan di register R0

04/12/23 MMD 41

+ Terdapat 2 jenis capaian kepada memori utama iaitu:1. READ

2. WRITE

+ Register yang penting dalam CPU ada 5 jenis dan setiap satu berbeza mengikut fungsi masing-masing dalam pemproses, iaitu:1. Akumulator

~ untuk menyimpan hasil operasi dari ALU selepas operasi dijalankan ie data semasa

2. Daftar Arahan~ menyimpan arahan (arahan yg akan dilaksanakan) dalam unit

kawalan sebelum ia diterjemahkan ie arahan semasa

04/12/23 MMD 42

3. Daftar Alamat~ menyimpan lokasi memori utama bagai data yg hendak dilaksanakan

ie alamat utk baca/tulis

4. Daftar Storan~ menyimpan data yg akan diambil atau yg akan dihantar ke memori

utama ie data utk baca/tulis

5. Pembilang Program~ menyimpan lokasi/alamat arahan yg akan dilaksanakan seterusnya

04/12/23 MMD 43

Struktur Bus

+ Komponen-komponen bagi sesebuah komputer perlu dihubungkan untuk beroperasi.

+ Penghantaran data atau komunikasi antara komponen komputer menggunakan bus.

+ Bus laluan elektronik yg membawa

signal-signal/isyarat dari satu tempat ke tempat yg lain dalam litar komputer (dari CPU ke tempat-tempat lain)

04/12/23 MMD 44

+ Sistem bus terdiri dari wayar-wayar atau line (50 - 100 line) yg akan menghubungkan beberapa peranti dalam sesebuah komputer.

+ Satu line dalam satu bus akan membawa satu bit dalam satu masa.

+ Apabila satu perkataan data dihantar antara unit-unit, semua bit akan bergerak secara selari.

+ Semakin lebar bus (bil. line), semakin bayak bit boleh dibawa dan semakin laju.

04/12/23 MMD 45

+ Terdapat 3 jenis line dalam sesebuah sistem bus, iaitu:1. Line Data

~ laluan dua hala yg membawa data-data yg diperlukan untuk perlaksanaan arahan.

2. Line Alamat~ laluan satu hala yg membawa isyarat lokasi memori

utama bagi arahan yg akan dilaksanakan seterusnya.

3. Line Kawalan~ laluan satu hala yg membawa isyarat-isyarat kawalan

dari unit kawalan ke unit-unit lain termasuk isyarat kawalan masa dan isyarat arahan.

04/12/23 MMD 46

+ Terdapat 2 jenis struktur bus, iaitu:1. Single bus

~ semua komponen disambungkan ke satu bus yg sama.

~ Kurang cekap

~ jimat dan mudah untuk tambah peranti baru

2. Multiple bus~ laju tetapi kos tinggi

04/12/23 MMD 47

Kelebihan Bus

MemoryProcessorI/O

DeviceI/O

DeviceI/O

Device

+ Versatility (Serba Guna/Boleh) :

–Peranti baru boleh ditambah dgn mudah

–Peripherals boleh dipindahkan diantara komputer yg menggunakan piawai bus yg sama

04/12/23 MMD 48

Kelebihan Bus+ Jimat kos:

– Satu set wayar dikongsi bersama dlm pelbagai cara

+ Mengurus kekompleksan dgn membahagi-bahagikan rekabentuk

04/12/23 MMD 49

Keburukan Bus+ Ia mewujudkan bottleneck komunikasi

– Bus ‘bandwidth’ boleh menghadkan kemampuan maksiam throughput I/O

+ Kemampuan maksima kelajuan bus dihadkan oleh:– Panjang bus

– Bilangan peranti pd bus

– Keperluan menampung perlbagai peranti yg:

• Berbaza pendaman (latency)

• Berbeza kadar perpindahan data

04/12/23 MMD 50

Multiprocessors & Multicomputers

• Multiprocessors = Satu sistem komputer yang mengandungi beberapa unit pemproses (processor).

• Istilah ‘perkongsian ruang ingatan’ (shared-memory) digunakan dalam konteks multiprocessors.

• Multicomputers = Interconnected group of complete computers to achieve high total computational power.

• Setiap komputer hanya boleh capai ruang ingatan komputer itu sendiri.