Pengantar Sistem Komputer

(1)

Organisasi Sistem Komputer

Bagian 1

(2)

Pembahasan

Pengertian sistem komputer

e ge t a s ste

o pute

Sistem kompilasi

Organisasi perangkat keras

 Bus, Devais I/O, Memori Utama, Prosesor

Memory

Sistem operasi

Arsitektur dan Organisasi Komputer

(3)

Definisi Komputer

Istilah komputer mempunyai arti yang luas dan

berbeda untuk orang yang berbeda.

Istilah komputer diambil dari bahasa Latin

Computare yang berarti

menghitung

(

to compute

).

Terdapat beberapa definisi, menurut beberapa

b k

b

i b ik t

(4)

Computer Annual

Robert H. Blissmer

Komputer adalah suatu alat elektronik yang

o pute ada a suatu a at e e t o

ya g

mampu melakukan tugas-tugas :

 menerima input,

 mengolah input tadi sesuai dengan programnya,  menyimpan perintah dan hasil pengolahan,

(5)

Computer Today

Donald H. Sanders

Komputer adalah sistem elektronik untuk :

o pute ada a s ste e e t o

u tu

 memanipulasi data yang cepat dan tepat,

 dirancang dan diorganisasikan supaya secara

otomatis menerima dan menyimpan data input,

 mengolah data tersebut untuk menghasilkan output,

b k j b d k l k h l k h i t k i

 bekerja berdasarkan langkah-langkah instruksi

(6)

Computer Organization

V.C. Hamacher, Z.G. Vranesic, S.G. Zaky

Komputer adalah :

o pute ada a

 mesin penghitung elektronik yang cepat dapat

menerima informasi input digital,

 mengolah sesuai dengan suatu program yang

tersimpan di memorinya (

stored program

),

 menghasilkan output informasi  menghasilkan output informasi.

(7)

Introduction to The Computer

William M. Fuori

Komputer adalah :

o pute ada a

 suatu pengolah data (data processor) yang dapat

melakukan perhitungan yang besar dan cepat,

t k hit it tik b t

termasuk perhitungan aritmatika yang besar atau operasi logika, tanpa campur tangan manusia yang melakukan operasi selama pengolahan.p p g

(8)

Introduction to Computer

Gordon B. Davis

Komputer adalah :

o pute ada a

 tipe khusus alat penghitung yang mempunyai sifat

(9)

Definisi Komputer

Kesimpulan

Komputer

o pute

adalah :

ada a

 Alat elektronik

 Dapat menerima input data  Dapat memberikan informasi

 Menggunakan suatu program yang tersimpan di

i k t ( t d )

memori komputer (stored program)

 Dapat menyimpan program dan hasil pengolahan.  Bekerja secara otomatis

(10)

Sistem Pengolahan Informasi

Pengolahan datag ((

data processing

p

g

) adalah manipulasi ) p data menjadi suatu bentuk yang lebih berguna dan

berarti, berupa suatu informasi.

Informasi (

information

) adalah hasil dari kegiatan

Informasi (

information

) adalah hasil dari kegiatan pengolahan data yang memberikan bentuk yang lebih berarti dari suatu kejadian.

Sistem pengolahan informasi - SPI (

information

processing system

) adalah manipulasi data menjadi

suatu bentuk yang lebih berarti berupa suatu informasi suatu bentuk yang lebih berarti, berupa suatu informasi, dengan menggunakan komputer.

(11)

Siklus Pengolahan Informasi

Storage

Data

Program

Informasi Data dan Informasi

Prosesor

(12)

Sistem Komputer

Agar komputer dapat digunakan untuk mengolah g p p g g informasi, harus berbentuk sistem komputer

(

computer system

).

Sistem komputer adalah kumpulan dari komponen Sistem komputer adalah kumpulan dari komponen-komponen yang tersusun untuk melaksanakan suatu tujuan tertentu.

Komponen tersebut adalah :



hardware

f



software



firmware

(13)

Komponen Sistem Komputer

Hardware Software D t Data User Prosedur Prosedur Komunikasi

(14)

Pentingnya Memahami Komputer

Menjadi pemrogram yang andal, dengan memahami sistem komputer dan pengaruhnya pada program

aplikasi

Mempelajari keahlian praktis tentang bagaimana Mempelajari keahlian praktis tentang bagaimana

menghindari error numerik yang terjadi akibat cara komputer merepresentasikan bilangan

Belajar untuk mengoptimalkan kode C menggunakan trik yang cerdas dengan mengeksploitasi prosesor dan system memori moderny

Belajar untuk mengerti apa yang terjadi dan

mengapa, ketika sistem komputer menjalankan suatu program

(15)

Program hello

Program hello merupakan program klasik yang dibuat ketika pemrogram pertama kali membuat kode

Program hello dimulai dari source program yang dibuat menggunakan editor dan disimpan sebagai file dibuat menggunakan editor dan disimpan sebagai file teks (umumnya diberi nama hello.c)

 Source program ini merupakan urutan bit, masing-masing

bernilai 0 dan 1, dikelompokkan dalam potongan 8-bit disebut byte

 Setiap byte merepresentasikan karakter teks program

(16)

Program hello

Program hello dibuat menggunakan program C bahasa tingkat tinggi agar dapat dibaca dan dimengerti oleh

manusia Kode program : 1 #include <stdio.h> 2 3 int main() 4 { 5 printf(“hello, world\n”); 6 }

(17)

Program hello

Agar kode program hello.c dapat berjalan pada sistem, setiap pernyataan C harus diterjemahkan

menjadi urutan instruksi bahasa mesin tingkat rendah Instruksi tersebut kemudian dipaketkan menjadi suatu Instruksi tersebut kemudian dipaketkan menjadi suatu bentuk disebut

executable object program

dan disimpan sebagai file biner

Penerjemahan ini dilakukan dalam empat tahap secara berurutan, yaitu preprocessor, compiler, assembler, linker disebut sistem kompilasi

(18)

Sistem Kompilasi

Tahap preprocessing

 preprocessor (cpp) memodifikasi program C berdasarkan directive yang diawali dengan karakter #

i #i i i t t k b

 mis. #include <stdio.h> meminta preprocessor untuk membaca isi file header stdio.h dan menyelipkannya secara langsung pada teks program

T h k il i Tahap kompilasi

 compiler (ccl) menerjemahkan file teks hello.i menjadi file teks hello.s yang mengandung bahasa pemrograman assembly. Bahasa assembly merupakan bahasa yang umum digunakan oleh berbagai assembly merupakan bahasa yang umum digunakan oleh berbagai

(19)

Sistem Kompilasi

Tahap assembly

 assembler (as) menerjemahkan hello.s menjadi instruksi bahasa mesin. File hello.o merupakan file biner yang merupakan kode bahasa mesin

Tahap linking

f

 linker (ld) menggabungkan program hello.o dengan fungsi printf yang berada dalam standar C library. Hasilnya berupa file eksekusi

(20)

Manfaat Sistem Kompilasi

Sistem kompilasi membantu pemrogram untuk menghasilkan kode i b ik d fi i

mesin yang baik dan efisien

Mengerti bagaimana sistem kompilasi bekerja dapat lebih mengoptimalkan kinerja program

h d b h bl d b

 Pemrogram harus mengerti dasar bahasa assembly dan bagaimana compiler menerjemahkan kode-kode program bahasa C menjadi bahasa assembly

Contoh : Contoh :

 Apakah pernyataan switch selalu lebih efisien dari urutan if-then-else ?

 Apakah loop while lebih efisien dari loop do ?p p p

 Apakah referensi pointer lebih efisien dari array berindeks

 Mengapa dua loop yang sama fungsinya memiliki waktu eksekusi berbeda ?

(21)

Organisasi Perangkat Keras

Untuk mengerti apa yang terjadi pada program hello ketika dijalankan, kita harus mengerti organisasi

perangkat keras sistem yang digunakan

Secara umum perangkat keras sistem komputer Secara umum, perangkat keras sistem komputer tersusun dari :

 Bus

 Devais I/O

 Memory utama  ProsesorProsesor

(22)

Organisasi Perangkat Keras

Personal Computer Processor (active) Computer Memory Devices Keyboard, Mouse (active) Control (“brain”) (passive) (where programs, d t Input Disk (where programs, d t Datapath (“brawn”) data live when running) Output Display, data live when not running) Display,

(23)

Organisasi Perangkat Keras

register file CPU chip

ALU

system bus memory bus

main memory I/O

bridge bus interface

I/O bus _{Expansion slots}_p untuk devais lain

(24)

Organisasi Perangkat Keras

Bus

 Kumpulan jalur yang membawa byte-byte data dan informasi

t k

antar komponen

 Data dan informasi di-transfer dalam potongan byte berukuran

tetap yang disebut word (word size)

 Sistem Intel Pentium word size 4 byte  Sistem Intel Pentium, word size = 4 byte

 Sistem server Intel Itanium, word size = 8 byte  Sistem embedded, word size = 1 atau 2 byte

Devais I/O Devais I/O

 Koneksi sistem dengan dunia luar

 Contoh devais I/O : keyboard dan mouse sebagai user input, display sebagai user output disk drive (disk) sebagai penyimpan display sebagai user output, disk drive (disk) sebagai penyimpan data dan program jangka panjang.

 Setiap devais I/O terhubung dengan bus I/O melalui controller

atau adapter

(25)

Organisasi Perangkat Keras

Memori utama

 Tempat penyimpanan sementara program dan data yangTempat penyimpanan sementara program dan data yang

sedang digunakan ketika prosesor mengeksekusi program tsb

 Secara fisik, memori utama terdiri dari kumpulan chip Dynamic Random Access Memory (DRAM)

 Secara logika, memori disusun sebagai urutan byte, yang masing-masing memiliki alamat unik

Prosesor (Central Processing Unit – CPU)

 Mesin yang menginterpretasikan (atau mengeksekusi) instruksi

yang tersimpan dalam memori yang tersimpan dalam memori

(26)

Organisasi Perangkat Keras

Prosesor

 Operasi prosesor terjadi di antara memori utama, register dan

arithmetic/logic unit (ALU)

 Register : devais penyimpan berukuran kecil dalam chip CPUg p y p p  ALU : menghitung data dan alamat

 Operasi CPU sederhana :

 Load : menyalin byte atau word dari memori utama ke registerLoad : menyalin byte atau word dari memori utama ke register  Store : menyalin byte atau word dari register ke memori utama  Update : menyalin word dari dua register ke ALU, menjumlahkan

kedua word tersebut dan menyimpan hasilnya ke registery p y g

 I/O Read : menyalin byte atau word dari devais I/O ke register  I/O Write : Menyalin byte atau word dari register ke devais I/O

(27)

Menjalankan Program hello (1)

register file CPU chip Membaca perintah hello dari keyboard ALU

y

bridge

bus interface _“hello”

(28)

Menjalankan Program hello (2)

register file CPU chip Memindahkan file eksekusi dari disk ke ALU

memori utama

bridge

bus interface “hello, world\n”

kode hello

I/O bus _{Expansion slots}

Hard disk controller graphics adapter USB controller p

untuk devais lain seperti LAN, dll

(29)

Menjalankan Program hello (3)

register file CPU chip Menulis string dari memori ke display ALU

bridge

bus interface “hello, world\n”

kode hello

(30)

Hirarki Memori

register Register pada CPU menyimpan word data yang diambil dari L1 cache

L0: Ukuran semakin kecil,

kecepatan semakin tinggi, harga per bit semakin mahal

on-chip L1 cache (SRAM)

off-chip L2

L1 cache menyimpan baris-baris cache yang diambil dari L2 cache memory.

data yang diambil dari L1 cache.

L1:

L2: harga per bit semakin mahal

main memory (DRAM)

cache (SRAM) L2 cache menyimpan baris-baris cache yang diambil dari main memory

L2:

L3:

(DRAM)

Penyimpan cadangan lokal (h d di k)

Semakin besar, lambat dan murah

Main memory menyimpan blok-blok data yang

diambil dari hard disk

L4:

(hard disk)

Penyimpan cadangan jarak jauh

Hard disk menyimpan file yang diambil dari server jaringan jarak jauh

L5: Penyimpan cadangan jarak jauh L5:

(31)

Cache Memory

Untuk mengatasi kesenjangan antara prosesor dan memori, pada sistem komputer terdapat penyimpan kecil berkecepatan tinggi disebut cache memory

 Tempat penyimpanan sementara informasi yang sering diperlukan oleh prosesor

 L1 cache terdapat dalam chip prosesor, dapat menyimpan puluhan hingga ribuan byte, kecepatan hampir mendekati kecepatan register  L2 cache berkapasitas ratusan ribu hingga jutaan byte, terhubung ke

prosesor melalui bus khusus

ALU register file

CPU

L1

prosesor melalui bus khusus

ALU cache

(32)

Virtual Memory

Cara pandang dimana

setiap proses _k _{l i t} _l memory invisible to

setiap proses

menggunakan memori utama secara eksklusif Setiap proses memiliki cara memandang

kernel virtual memory stack

%esp

y user code

cara memandang memori yang sama, disebut ruang alamat virtual

R l i l

Memory mapped region forshared libraries

Ruang alamat virtual tersusun dari :

 Program dan data  Heap

runtime heap (via malloc)

initialized data (.data) uninitialized data (.bss) the “brk” ptr  Heap  Shared library  Stack  Kernel virtual memo

program text (.text) forbidden 0 Ruang alamat virtual proses Linux memory

(33)

Arsitektur dan Organisasi

Komputer

p

(34)

Arsitektur dan Organisasi

Dalam menjelaskan sistem komputer, suatu

a a

e je as a s ste

o pute , suatu

perbedaan seringkali dibuat antara

Arsitektur

Komputer

dan

Organisasi Komputer

(35)

Arsitektur Komputer

Arsitektur adalah

atribut-atribut komputer yang

p

y g

terlihat oleh pemrogram

, atau

atribut-atribut yang memiliki pengaruh langsung

d

k k i l ik

t

pada eksekusi logika suatu program.

Contoh atribut arsitektural :

 instruction set  instruction set,

 jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan

suatu jenis data (mis. bilangan atau karakter),

(36)

Organisasi Komputer

O ganisasi komp te adalah

nit ope asional dan

Organisasi komputer adalah

unit operasional dan

interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi

arsitektural

atau

arsitektural

, atau

bagaimana unit arsitektural ini diimplementasikan.

Atribut organisasi merupakan detail perangkat

keras yang tidak terlihat oleh pemrogram, mis :

 sinyal kontrol,sinyal kontrol,

 interface antara komputer dan periferal,  teknologi memori yang digunakan.

(37)

Arsitektur dan Organisasi

Contoh :

Sisi arsitektural :

 apakah ada instruksi untuk melakukan proses perkalianp p p Sisi organisasi :

 apakah terdapat perangkat keras khusus untuk melakukan

proses perkalian atau menggunakan instruksi penjumlahan proses perkalian, atau menggunakan instruksi penjumlahan (add instruction) secara berulang.

 Perangkat keras khusus perlu dibuat dengan pertimbangan :

frekuensi penggunaan instruksi perkalian kecepatan masing frekuensi penggunaan instruksi perkalian, kecepatan masing-masing metoda perkalian, biaya dan ukuran fisik unit perkalian.

(38)

Arsitektur dan Organisasi

Banyak manufaktur komputer menawarkan

y

p

berbagai model komputer, yang semuanya

memiliki arsitektur yang sama dengan

organisasi yang berbeda

 Seluruh keluarga Intel x86 memiliki arsitektur dasar

yang sama

 Keluarga IBM System/370 memiliki arsitektur dasar

yang sama

Hal ini memberikan adanya

kompatibilitas

Hal ini memberikan adanya

kompatibilitas

(39)

Abstraksi Komputer

O i Application (Netscape) Compiler Operating System (Windows 98) I t ti S t Software Assembler

II5161

I/O system Processor Instruction Set Architecture Datapath & Control

Memory

Hardware

Digital Design Circuit Design

transistors

(40)

The Big Picture

g

Both hardware and software consist of hierarchical Both hardware and software consist of hierarchical layers, with each lower layer hiding details from the level above.

This principle of abstraction is the way

both hardware designers and software designers

cope with the complexity of computer systems.

One key interface between the levels of abstraction is the

instruction set architecture: the interface between

the hardware and low-level software. This abstract interface enables many implementations of varying cost and performance to run identical software