Struktur Sistem Komputer Dan Fúngi

(1)

Struktur Sistem Komputer

Haddad Sammir, M.Kom

(2)

Rancang bangun komputer kontemporer berbasiskan kepada konsep yang kembangkan oleh John Von Neumann,

Arsitektur Von Neumann berlandaskan kepada tiga konsep utama: ◮ Data dan instruksi tersimpan dalam sebuah memory baca-tulis.

◮ Isi dari memory tersebut berada pada lokasi yang dapat dialamatkan.

◮ Eksekusi dilakukan secara berurutan (sequential) - kecuali jika secara

(3)

Pendekatan Hardware dan Software

Pendekatan Hardware

Pendekatan hardware adalah pendekatan eksekusi instruksi pada level hardware.

Hardware dirangkai untuk melakukan instruksi tertentu.

Hasil dari ”program” adalah sebuah bentuk hardware yang disebut sebagai programhardwired.

(4)

Pendekatan Software

(5)

Pendekatan Hardware dan Software

Pendekatan Software

Pembuatan program melalui pendekatan software jauh lebih mudah. Yang dibutuhkan adalah sekumpulan kode.

Masing-masing kode adalah sebuah instruksi dan terdapat komponen tertentu pada hardware yang bertugas untuk menginterpretasikan masing-masing instruksi dan menghasilkan sinyal kontrol.

(6)

Pendekatan Software

Ada dua modul utama dalam pendekatan software yaitu:

1 Instruction interpreter.

2 General-purpose arithmetic and logic function.

Dua modul utama tersebut merupakan CPU.

Modul berikutnya yang diperlukan adalah modul yang bertugas untuk menerima instruksi dan data serta memberikan laporan berupa hasil eksekusi. Modul tersebut disebut sebagai modul I/O.

(7)

(8)

Register

Memory address register (MAR): Menampung alamat memory berikutnya yang akan dibaca atau ditulis.

Memory buffer register (MBR): Menampung data yang akan dituliskan atau data yang telah dibaca dari main memory. Input/Output address register (I/O AR): Menspesifikasikan perangkata I/O yang digunakan.

(9)

Eksekusi Sebuah Program

Secara sederhana proses eksekusi instruksi melibatkan dua langkah:

1 _{Prosesor membaca instruksi dari memory (}_fetch_). 2 _{Prosesor mengeksekusi (}_execute_{) instruksi.}

Eksekusi program terdiri dari perulangan proses instruction fetch dan instruction execute.

(10)

Instruction Cycle

Pada permulaam instruction cycle, prosesor menjemput (fetch) istruksi dari memory dengan menggunakan alamat yang ditentukan oleh program counter (PC).

Program counter manampung alamat instruksi berikutnya pada memory.

(11)

Instruction Fetch

Instruksi yang telah dijemput, ditempatkan pada register yang terdapat pada prosesor yang bernama instruction register (IR). Instruksi tersebut mengandung bits yang menetapkan aksi yang perlu dilakukan prosesor.

Prosesor menginterpretasikan aksi tersebut dan melakukan aksi yang diarahkan.

Aksi yang ditentukan umumnya terbagi atas empat kategori:

1 _{Prosesor - Memory:} _{Data dipindahkan dari prosesor ke memory dan} sebaliknya.

2 Prosesor - I/O:Data dipindahkan dari dan ke periferal dengan melakukan perpindahan data dari prosesor dan ke modul I/O.

3 Data Processing: Prosesor melakukan operasi aritmatika dan logika. 4 Control: Sebuah instruksi dapat menetapkan urutan pengerjaan

instruksi untuk diubah.

(12)

Contoh Operasi

Sebuah mesin hipotesis, memiliki prosesor dengan satu data register yang disebut sebagai accumulator (AC).

Instruksi dan data memiliki panjang 16 bit.

Format instruksi berjumlah 4 bit sehingga memungkinkan menampug 24 = 16opcode berbeda.

Memiliki hingga 212 _{= 4096 (4K)}_{memory word} _{yang dapat diakses}

(13)

Instruction Fetch & Instruction Execute

Contoh Operasi

Register internal CPU:

Program Counter (PC) = Alamat instruksi.

Instruction Register (IR) = Instruksi yang sedang dieksekusi. Accumulator (AC) = Tempat penyimpanan data sementara. Daftar sebagian opcode:

0001 (1) = Muat AC dari memory. 0010 (2) = Simpan AC ke memory.

(14)

(15)

Instruction Fetch & Instruction Execute

Contoh Operasi

1 PC mengandung nilai 300 yang berarti instruksi dijemput pada alamat

300 yang berisi data 1940 (dalam hexadecimal) yang berikutnya dimmuat di IR. Nilai PC dinaikkan.

2 Nilai empat bit (digit hexadecimal pertama) mengindikasikan agar AC

diisi dengan sebuah nilai yang berada pada alamat memory 940 (tiga digit hexadecimal berikutnya).

3 Instruksi berikutnya (5941) dijemput dari alamat memory 301. Nilai

PC dinaikkan.

4 Instruksi ”5” mengarahkan agar menjumlahkan nilai yang tersimpan

pada AC dengan nilai yang tersimpan pada alamat memory 941 (0002) dan menyimpan hasil penjumlahan ke AC.

5 Instruksi berikutnya (2941) diambil dari instruksi 302. Nilai PC

dinaikkan.

(16)

(17)

Instruction Cycle State Diagram

Instruction address calculation (IAC): Menentukan alamat dari instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi selanjutnya.

Instruction fetch (IF): Menjemput instruksi dari alamat memory tertentu.

Instruction operation decoding (IOD): Menganalisa instruksi dan menentukan tipe operasi yang akan dijalankan dan operan yang digunakan.

Operand address calculation (OAC): Jika operasi membutuhkan operand yang tersimpan pada memory, operasi ini menentukan alamat dari operand tersebut.

Operand fetch (OF): Menjemput operand dari memory atau membacanya dari I/O.

Data operation (DO): Melakukan operasi yang ditentukan oleh instruksi.

(18)

Interrupt adalah sebuah mekanisme bagi modul-modul yang lain (misalnya I/O) untuk menginterupsi proses yang sedang dikerjakan CPU.

Tujuan interupsi adalah untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan. Operasi I/O sering kali menyebabkan prosesor harus menunggu. Hal tersebut dikarenakan waktu proses pada perangkat I/O jauh lebih lambat dibandingkan waktu proses pada prosesor.

(19)

Interrupt

Kelasifikasi Interrupt

Program: Dibangkitkan oleh kondisi yang muncul akibat hasil dari eksekusi sebuah instruksi.

Contoh: arithmetic overflow dan division by zero.

Timer: Dibangkitkan oleh timer yang memungkinkan komputer melakukan sebuah operasi secara teratur.

I/O: Dibangkitkan oleh modul I/O untuk mengirimkan sinyal operasi telah selesai atau terjadi kesalahan.

(20)

(21)

(22)

(23)

Struktur Interkoneksi

Komputer terdiri dari sekumpulan komponen dari tiga tipe dasar yaitu: prosesor, memory dan I/O yang saling terhubung.

Kumpulan jalur yang menghubungkan komponen-komponen tersebut disebut sebagai struktur interkoneksi.

(24)

Memory

Secara umum modul memory memiliki N-word data yang sama panjang.

Masing-masing word memiliki alamat (0, 1, 2 ... N - 1).

(25)

Struktur Interkoneksi

Modul I/O

Dari sudut pandang internal sistem komputer, modul I/O memiliki fungsi yang serupa dengan memory.

Terdapat dua operasi yaitu read dan write.

(26)

Prosesor

Prosesor membaca instruksi dan data. Prosesor menuliskan data setelah diproses.

(27)

Bus Interconnection

Bus interconnection adalah jalur komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat.

Jika terdapat banyak perangkat terhubung pada bus, satu sinyal yang dikirimkan oleh sebuah perangkat tersedia untuk diterima oleh semua perangkat yang terhubung pada bus tersebut.

Jika dua perangkat mengirimkan sinyal pada waktu yang bersamaan, sinyal tersebut akan tumpang tindih.

(28)

Secara umum bus memiliki banyak jalus komunikasi / line.

Masing-masing line dapat mengirimkan sinyal yang merepresentasikan binary 1 atau 0.

Seiring waktu, satu urutan binary dapat dikirimkan.

Gabungan beberapa line dapat mengirimkan sinyal secara simultan. Contoh: 8 bit unit data dapat dikirimkan secara simultan melalui 8 line.

(29)

Struktur Bus

Sebuah sistem bus secara umum terdiri dari 50 - beberapa ratus line terpisah.

Masing-masing line memiliki fungsinya tersendiri yang dapat

dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu: data, address dan

(30)

Tiga Kelompok Line

Data Line: menyediakan jalur untuk memindahkan data antar modul sistem. Line jenis ini secara koletif disebut sebagai data bus. Data bus dapat terdiri dari 32, 64, 128 atau lebih line terpisah yang ukuran tersebut disebut width.

Address Line: dirancang untuk menunjuk sumber atau tujuan data pada data bus.

(31)

Operasi Yang Ditentukan Oleh Control Line I

Memory write: menyebabkan data yang berada pada bus ditulis pada alamat memory bersangkutan.

Memory read: menyebabkan data yang berada pada alamat memory tertentu diletakkan pada bus.

I/O write: data pada bus dikeluarkan pada alamat I/O tertentu. I/O read: menyebabkan data pada alamat I/O tertentu diletakkan pada bus.

Transfer ACK: mengindikasikan bahwa data telah diterima dari bus atau diletakkan pada bus.

Bus request: mengindikasikan bahwa sebuah modul membutuhkan akses terhadap bus.

(32)

Interrupt request: mengindikasikan bahwa sebuah interrupt sedang tertunda.

Interrupt ACK: menyatakan bahwa interrupt yang tertunda telah dikenali.

(33)

Hirarki Multiple-Bus

Jika terdapat banyak perangkat yang terhubung ke bus, maka akan terjadi penurunan kinerja. Hal tersebut terjadi karena:

1 Secara umum, semakin banyak perangkat yang terhubung, maka

panjang bus akan meningkat dan waktu propagasi sinyal akan meningkat pula.

2 Bus dapat mengalamibottleneck. Seiring dengan bertambahnya

(34)

(35)

(36)

1 Dedicated

◮ Secara permanen ditentukan untuk satu fungsi tertentu atau satu

komponen komputer tertentu.

◮ Salah satu contoh dedicated bus adalah pemisahan address line dan

data line.

◮ Penggunaan dedicate bus dapat meningkatkan performa, namun dapat

pula menambah ukuran perangkat (karena ada penambahan jalur) serta meningkatkan biaya.

2 Multiplexed

◮ Penggunaan jalur secara bersama.

◮ Salah satu contoh multiplexed bus adalah menggunakan jalur yang

sama untuk data line dan address line.

(37)

Interkoneksi Antar Komponen Periferal

Interkoneksi antar periferal dilakukan dengan menggunakan antarmuka Peripheral Component Interconnect (PCI).

PCI memberikan kinerja sistem yang lebih baik untuk subsistem I/O berkecepatan tinggi seperti kartu grafis (VGA), LAN card controller dan harddisk controller.

(38)

(39)

(40)