Tugas ke 3, Organisasi & Arsitektur Komputer ( Soft Skil )

1. Input/Output Unit

•      Sistem bus

System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP. Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau kontrolir) akan bertindak sebagai jembatan antara bus-bus yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah kontrolir bus SCSI dapat mengubah sebuah bus menjadi bus SCSI, baik itu bus PCI atau bus PCI Express.

Berdasar jenis busnya, bus dapat dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus. Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat tapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks. Sedangkan untuk dedicated bus merupakan kebalikan dari multipexed bus.

• Standar input/output interface

Interface atau antarmuka adalah Penghubung antara dua sistem atau alat media penghubung antara satu subsistem dengan subsistem lainnya. Melalui penghubung ini memungkinkan sumber daya mengalir dari satu subsistem ke subsistem yang lainnya. Keluaran (output) dari suatu subsistem akan menjadi masukan (input) untuk subsistem lainnya dengan melalui penghubung. 

Interface Aplikasi I/O

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O.

interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar(interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi(interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.

Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

• pengaksesan peralatan input/output

Input / Output tergantung pada perspektif mengubah sinyal-sinyal bahwa pengguna manusia bisa melihat atau membaca. Untuk pengguna proses membaca atau melihat representasi ini adalah menerima masukan. Interaksi antara komputer dan manusia dipelajari dalam bidang yang disebut interaksi manusia-komputer. CPU dan memori utama dianggap sebagai otak dari komputer, dan dari sudut pandang adanya transfer informasi dari atau ke kombinasi itu, misalnya untuk atau dari disk drive, dianggap Input / Output. CPU dan sirkuit pendukungnya menyediakan memori-mapping Input / Output yang digunakan dalam pemrograman komputer tingkat rendah dalam pelaksanaan driver perangkat. Sebuah Input / Output merupakan salah satu algoritma yang dirancang untuk mengeksploitasi lokalitas dan melakukan efisien bila berada pada penyimpanan data sekunder, seperti disk drive.

Input / Output Interface diperlukan setiap kali Input / Output device didorong oleh prosesor. Antarmuka harus memiliki logika yang diperlukan untuk menafsirkan perangkat alamat yang dihasilkan oleh prosesor. Handshaking harus dilaksanakan oleh antarmuka menggunakan perintah yang sesuai seperti (Sibuk, SIAP, WAIT), dan prosesor dapat berkomunikasi dengan Input / Output device melalui antarmuka. Khusus Input / Output monad, yang memungkinkan program untuk hanya menguraikan Input / Output, dan tindakan yang dilakukan diluar program. Hal ini penting karena Input / Output fungsi akan memperkenalkan efek samping untuk setiap bahasa pemrograman, tapi sekarang pemrograman fungsional murni praktis. Berikut alamat yang dapat disimpan dalam register. Instruksi akan memiliki register yang memiliki alamat tersebut. Jadi untuk mengambil data, instruksi harus mendaftar didekode sesuai dipilih. Isi register akan diperlakukan sebagai alamat menggunakan alamat lokasi memori yang sesuai dipilih dan data dibaca / ditulis. Port-mapping Input / Output biasanya memerlukan penggunaan instruksi yang secara khusus dirancang untuk melakukan Input / Output operasi.

Pengelolaan I/O :

     1. Tugas utama komputer adalah: Pemrosesan CPU, pemrosesan Input / Output

    2. Peran OS dalam pengelolaan Input / Output: Mengelola dan mengontrol operasi Input / Output serta   perangkat Input / Output • Fungsi pengelolaan Input / Output: Hardware : port, bus, device controller, software  Input / Output adalah modul device driver

2. Arsitektur Famili Komputer (IBM)

• Famili IBM PC dan turunannya

Komputer personal pertama kali muncul setelah diperkenalkan mikroprosesor, yaitu chip tunggal yang terdiri dari set register , ALU dan unit control computer.

IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal yang disebut PC I/O Channel BUS atau PC BUS. PC BUS melengkapi PC dengan8 jalurdata, 20 jalur alamat, sejumlah jalur control dan ruang alamat fisik PC adalah 1 MB. Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yakni :

• IBM 4860 PCjr
• IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)
• IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)
• IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)
• IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology
• IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)
• IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

•    Konfigurasi microkomputer dassar

Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya.

·         

• Komponenn IBM PC

        1.  Sistem Kontrol BUS : Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

        2.  Sistem Kontrol Interrupt : Pengontrol Interrupt

        3.  Sistem Kontrol RAM dan ROM : Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

        4.  Sistem Kontrol DMA : Pengontrol DMA

        5.  Timer : Timer Interval Programmable

        6.  Sistem Kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

•   Sistem software

           1. Penetapan Alamat Port I/O

2. Penetapan Vector Interrupt

3. ROM BIOS

4. Penetapan Alamat Memori

• Manfaat arsitektural arsitek komputer

1. Kemudahaanpenggunaan

2. DayaTempa

3. DayaKembang

4. Expandibilitas

Sumber :

http://ocw.gunadarma.ac.id/course/industrial-technology/program-of-electronics-engineering-study-2013-s1/arsitektur-komputer/keluarga-arsitektur-komputer-ibm-pc

http://rikobassist.blogspot.com/2012/01/arsitektur-famili-ibm-pc-dan-turunannya.html

http://salahh.blogspot.com/2011/12/ibm-pc-keluarganya.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Bus_sistem

http://cnx.org/content/m18835/latest/

TUGAS ke 2 Oganisasi & Arsitektur Komputer

I. Arsitektur Set Instruksi

      Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur computer yang dapat dilihat oleh para pemrogram.

Dua bagian utama arsitektur komputer : 

      1.   Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi

     ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi   oleh computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.

      2.      Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware

    HAS berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

• JENIS INSTRUKSI

-     Data processing / pengolahan data : instruksi aritmetika dan logika. 
-   Data storage / penyimpanan data : instruksi-instruksi memori

-  Data movement  / perpindahan data : instruksiI/O. Control/control : instruksi pemeriksaan dan percabangan. 

• TEKNIK PENGALAMATAN

Ada 3 teknik dasar untuk pengalamatan, yaitu:
1. Pemetaan langsung (direct mapping), terdiri dari dua cara yakni Pengalamatan Mutlak (absolute addressing) dan Pengalamatan relatif (relative addressing).

- Pengalamatan Mutlak 

   Untuk teknik pengalamatan ‘alamat mutlak’ ini, tidak terlalu mempermasalahkan kunci atribut karena diminta langsung menuliskan di mana alamat record yang akan di masukkan. Jika kita menggunakan hard disk atau magnetic drum, ada dua cara dalam menentukan alamat memorinya, yaitu (1) cylinder addressing dan (2) sector addressing. Jika kita menggunakan cylinder addressing, maka kita harus menetapkan nomor-nomor dari silinder (cylinder), permukaan (surface), dan record, sedangkan bila kita menggunakan sector addressing, maka kita harus menetapkan nomor-nomor dari sektor (sector), lintasan (track), dan permukaan (surface). Teknik ini mudah dalam pemetaan (pemberian) alamat memorinya. Sulitnya pada pengambilan (retrieve) data kembali, jika data yang kita masukkan banyak, kita bisa lupa di mana alamat record tertentu.

-Pengalamatan relatif
    Teknik ini menjadikan atribut kunci sebagai alamat memorinya, jadi, data dari NIM dijadikan bertipe numeric(integer) dan dijadikan alamat dari record yang bersangkutan. Cara ini memang sangat efektif untuk menemukan kembali record yang sudah disimpan, tetapi sangat boros penggunaan memorinya. Tentu alamat memori mulai dari 1 hingga alamat ke sekian juta tidak digunakan karena nilai dari NIM tidak ada yang kecil. Pelajari keuntungan dan kerugian lainnya.Teknik ini termasuk dalam katagori address space dependent.

2. Pencarian Tabel (directory look-up)
     Teknik ini dilakukan dengan cara mengambil seluruh kunci atribut dan alamat memori yang ada dan dimasukkan ke dalam tabel tersendiri. Jadi tabel itu (misal disebut dengan tabel INDEX) hanya berisi kunci atribut (misalkan NIM) yang telah disorting (diurut) dan alamat memorinya. Jadi, sewaktu dilakukan pencarian data, tabel yang pertama dibaca adalah tabel INDEX itu, setelah ditemukan atribut kuncinya, maka data alamat yang ada di sana digunakan untuk meraih alamat record dari data (berkas/ file/ tabel) yang sebenarnya. Pencarian yang dilakukan di tabel INDEX akan lebih cepat dilakukan dengan teknik pencarian melalui binary search (dibagi dua-dua, ada di mata kuliah Struktur dan Organisasi Data 2 kelak) ketimbang dilakukan secara sequential. Nilai key field (kunci atribut) bersifat address space independent (tidak terpengaruh terhadap perubahan organisasi file-nya), yang berubah hanyalah alamat yang ada di INDEX-nya.

3. Kalkulasi (calculating).
     Kalau pada teknik pencarian tabel kita harus menyediakan ruang memori untuk menyimpan tabel INDEX-nya, maka pada teknik ini tidak diperlukan hal itu. Yang dilakukan di sini adalah membuat hitungan sedemikian rupa sehingga dengan memasukkan kunci atribut record-nya, alamatnya sudah dapat diketahui. Tinggal masalahnya, bagaimana membuat hitungan dari kunci atribut itu sehingga hasilnya bisa efisien (dalam penggunaan memori) dan tidak berbenturan nilainya (menggunakan alamat yang sama).

• DESAIN SET INSTRUKSI

    Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah :
1. kelengkapan set instruksi
2. ortogonalitas (sifat indepedensi instruksi)
3. kompatibilitas :
- source code compatibility
- object code compatibility
Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :
a. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

b. Data Types : tipe/jenis data yang dapat diolah.
c. Instruction Format : panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
d. Register : Banyaknya register yang dapat digunakan .
e.Addressing : Mode pengalamatan untuk operand.

II. Central processing unit (CPU)

      Central processing unit (CPU) adalah bagian dari sebuah komputer sistem yang melaksanakan instruksi dari program komputer , untuk melakukan aritmatika, logis, dan dasar input / output dari sistem operasi.

• SISTEM BUS

       Pada motherboard terdapat saluran-saluran penghubung yang menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Saluran penghubung ini berupa garis-garis yang tercetak pada PCB motherboard. Melalui saluran-saluran inilah data, informasi, dan instruksi-instruksi yang diberikan pada komputer ditransfer/melintas dari komponen satu ke komponen lainnya. Data dan instruksi tersebut diangkut dalam wujud sinyal-sinyal elektronis yang mempunyai makna tertentu. Sekelompok saluran yang mempunyai fungsi yang sama disebut jalur atau bus. Saluran-saluran penghubung tadi disebut pula dengan istikah konduktor.

• ALU (Aritmetik Logic Unit)

      ALU adalah sebuah blok bangunan fundamental dari central processing unit komputer, dan bahkan yang paling sederhana mikroprosesor mengandung satu untuk tujuan seperti timer mempertahankan. Prosesor ditemukan di dalam CPU modern dan unit pengolahan grafis ( GPU ) mengakomodasi ALUS sangat kuat dan sangat kompleks, sebuah komponen tunggal mungkin berisi sejumlah alus.

• SET REGISTER

     Prosesor memiliki 16 register 16-bit, meskipun hanya 12 dari mereka adalah tujuan yang benar-benar umum. Empat pertama telah mendedikasikan menggunakan:
• r0 (alias PC) adalah program counter. Anda bisa melompat dengan menentukan r0, dan konstanta yang diambil langsung dari aliran instruksi menggunakan pasca-kenaikan mode pengalamatan r0. PC selalu bahkan.
• r1 (alias SP) adalah stack pointer. Ini digunakan oleh panggilan dan instruksi dorong, dan dengan penanganan interupsi. Hanya ada satu stack pointer; MSP430 tidak memiliki apa pun yang menyerupai mode supervisor. Pointer stack selalu bahkan; Tidak jelas apakah LSB bahkan diimplementasikan.
• r2 (alias SR) adalah register status.
• r3 ini didesain untuk 0. Jika ditetapkan sebagai sumber, nilainya adalah 0. Jika ditetapkan sebagai tujuan, nilai tersebut akan dibuang. 

• Central Logic Unit

Bagian dari prosessor yang mampu mengatur jalannya program. Tugasnya, yaitu :

- Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

- Mengambil instruksi-instruksi memori utama.

- Mengambil data dari emmori utama (jika diperlukan) untuk diproses.

- Mengirim instruksi ALU bila ada perhitungan aritmatika / perbandingan logika.

- Mengawasi kinerja dari ALU.

- Menyimpan hasil proses ke memori utama.

  

• Cache Memory

       Media penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi, dimana tempat menyimpan data atau informasi sementara yang sering digunakan / diakses komputer.

- Fungsi -> Mempercepat akses data, meringankan kinerja prosessor, menjembatani perbedaan kecepatan antara CPU dan memori utama, mempercepat kinerja memori.

•  Virtual Memory

    Teknik manajemen memori yang dikembangkan untuk kernel multitugas. Teknik ini divirtualisasikan dalam berbagai bentuk arsitektur komputer dari komputer penyimpanan data (seperti memori akses acak dan cakram penyimpanan), yang memungkinkan sebuah program harus dirancang seolah-olah hanya ada satu jenis memori, memori "virtual", yang bertindak secara langsung beralamat memori baca/tulis (RAM).

Sebagian besar sistem operasi modern yang mendukung memori virtual juga menjalankan setiap proses di ruang alamat khususnya sendiri. Setiap program dengan demikian tampaknya memiliki akses tunggal ke memori virtual. Namun, beberapa sistem operasi yang lebih tua (seperti OS/VS1 dan OS/VS2 SVS) dan bahkan yang modern yang (seperti IBM i) adalah sistem operasi ruang alamat tunggal yang menjalankan semua proses dalam ruang alamat tunggal yang terdiri dari memori virtual.

Memori virtual membuat pemrograman aplikasi lebih mudah oleh fragmentasi persembunyian dari memori fisik; dengan mendelegasikan ke kernel beban dari mengelola hierarki memori (sehingga menghilangkan keharusan untuk program dalam mengatasi hamparan secara eksplisit); dan, bila setiap proses berjalan dalam ruang alamat khususnya sendiri, dengan menghindarkan kebutuhan untuk merelokasi kode program atau untuk mengakses memori dengan pengalamatan relatif.


Reference :

http://id.wikipedia.org/wiki/Set_instruksi
http://endahajah.wordpress.com/2009/03/31/hello-world/
http://gpinkom.wordpress.com/2008/06/03/pengertian-bus-bit-dan-byte/
http://hackwary.blogspot.com/2012/01/arsitektur-set-instruksi.html
http://abiew-wb.blogspot.com/2011/10/arsitektur-set-instruksi.html
http://gpinkom.wordpress.com/2008/06/04/cache-memory/
http://www.kiosbisnis.com/2012/04/cache-memory-memory-internal-dan-memory.html
http://siswaagungsegara.blogspot.com/2010/04/pengertian-virtual-memori.html