Download to read offline
Kuliah 1 - 2 OAK Konsep Dasar & Evolusi Komputer - new.pptx
- 1. Organisasi & Arsitektur Komputer AmerSharif S.Si, M.Kom
- 2. Ground Rules • Tugas,Quiz: sekitar 40% • UTS, UAS: sekitar 60% (masih dapat berubah) • Toleransi waktu: 10 menit setelah kuliah mulai • Presensi: Masing-masing mahasiswa di E-learning 10 menit sebelum sd 30 menit sesudah jam masuk
- 3. Sasaran matakuliah • Mampumenjelaskan bagian-bagian utama komputer dan fungsi- fungsinya • Mampu menjelaskan organisasi dan fungsi sistem memori • Mampu menjelaskan sistem input output • Mampu menjelaskan sistem bilangan dan operasi aritmatika pada komputer • Mampu menjelaskan karakteristik instruction set dan mode-mode pengalamatan • Mampu menjelaskan organisasi prosesor, siklus instruksi, dan instruction pipelining
- 4. Topik Perkuliahan • EvolusiKomputer & Kenerjanya • Komponen-komponen utama komputer dan fungsinya • Sistem memori • Memori internal • Memori eksternal • Input/Output • Operasi aritmatika pada komputer • Karakteristik instruction set • Mode-mode pengalamatan • Organisasi prosesor dan siklus instruksi
- 5. Hubungan Organisasi &Arsitektur Komputer dengan Peminatan Program Studi • Peminatan S1 Ilmu Komputer: 1. Rekayasa Perangkat Lunak 2. Kecerdasan Buatan 3. Infrastruktur & Keamanan
- 6. Referensi Utama • WilliamStallings, Computer Organization and Architecture 10th Edition
- 7. Konsep-konsep Dasar dan EvolusiKomputer Bab 1
- 8. Arsitektur Komputer •Satuan-satuan operasional daninterkoneksi yg mewujudkan spesifikasi arsitektur •Rincian hardware yg tidak tampak oleh programmer, signal kontrol, interface antara komputer dan periferal, teknologi memory yang digunakan •Instruction set, jumlah bit yg digunakan utk merepresentasikan berbagai tipe data, mekanisme I/O, teknik pengalamatan memory •Ciri-ciri sistem yg tampak bagi programmer •Memiliki dampak langsung thd eksekusi logis suatu program Arsitektur Komputer Ciri-ciri arsitektur mencakup: Organisasi Komputer Ciri-ciri organisasi mencakup: Organisasi Komputer
- 9. Arsitektur •Arsitektur IBM System/370( https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_ System/370 ) • Diperkenalkan thn 1970 • Mencakup sejumlah model • Bisa di-upgrade ke model yg lebih mahal, lebih cepat tanpa harus meninggalkan software aslinya • Model baru diperkenalkan dgn teknologi yg lebih baik, tapi tetap mempertahankan arsitektur yg sama shg investasi software pelanggan tetap terjaga • Arsitekturnya masih bertahan hingga hari ini sbg arsitektur kelompok produk mainframe IBM IBM System 370
- 10. Struktur dan Fungsi •Sistem yg hirarkis (“bertingkat”) • Himpunan subsistem yg saling berhubungan • Sifat hirarkis dari suatu sistem yg rumit sangat penting utk perancangan dan pemahamannya • Perancang hanya perlu menangani satu level sistem dlm satu waktu • Terkait dgn struktur dan fungsi pd setiap level • Struktur • Cara komponen berhubungan satu sama lain • Fungsi • Operasional masing2 komponen sbg bagian dari struktur
- 11. Fungsi • Sebuah komputerdpt melakukan empat fungsi dasar: • Pengolahan Data • Data dapat bermacam-macam bentuknya dan macam pengolahan juga bervariasi • Penyimpanan Data • Jangka-pendek • Jangka-panjang • Perpindahan Data • Input-output (I/O) – ketika data diterima dari atau dikirim ke perangkat (peripheral) yang terhubung langsung ke komputer • Komunikasi Data – Ketika data dipindahkan melintasi jarak jauh ke atau dari perangkat jauh (remote) • Kontrol • Unit kontrol mengelola sumber-sumber daya komputer dan mengatur kinerja bagian-bagian fungsionalnya sebagai akibat dari menjalankan instruksi
- 12.
- 13. Ada empat komponen struktural utama komputer: CPU– mengendalikan operasional komputer dan melakukan fungsi pengolahan data Memory Utama – menyimpan data I/O – memindahkan data antara komputer dgn lingkungan luar Interkoneksi System – sejumlah mekanisme utk komunikasi antara CPU, memory utama, dan I/O
- 14. Struktur Komputer Multicore •Central Processing Unit (CPU) • Bagian dari komputer yang mengambil dan mengeksekusi instruksi • Terdiri dari ALU, unit kontrol, dan register-register • Disebut sebagai prosesor pada sistem dengan unit pengolahan tunggal • Core • Unit pengolahan tersendiri pada sebuah chip prosesor • Bisa ekivalen secara fungsionalitas dgn CPU pada sistem CPU-tunggal • Unit-unit pengolahan khusus disebut juga core • Prosesor • Keping fisik silikon yang mengandung satu atau lebih core • Merupakan komponen komputer yang menerjemahkan dan mengeksekusi instruksi • Disebut prosesor multicore jika mengandung banyak core
- 15. Memori Cache • Adabanyak lapisan memori antara prosesor dan memori utama • Lebih kecil dan lebih cepat daripada memori utama • Digunakan untuk mempercepat akses memori dengan menempatkan ke dalam cache, data dari memori utama yang kemungkinan akan digunakan dlm waktu dekat • Peningkatan kinerja yang lebih besar dapat dicapai dengan memakai banyak level cache, di mana level 1 (L1) adalah yang terdekat ke core dan level-level berikutnya (L2, L3, dst) semakin jauh dari core
- 16.
- 17. Motherboard PC &Laptop umumnya
- 18. Figure 1.3 Motherboard denganDua Prosesor Intel Quad-Core
- 19. IBM z13 Mainframe(2015)
- 20. Figure 1.4 Diagram Chip ProcessorUnit (PU) IBM zEnterprise EC12 ( https://apps.kaonadn.net/48 82011/product.html#10/101 5;43 )
- 21. Figure 1.5 zEnterprise EC12 LayoutCore • ISU (instruction sequence unit) • IFB (instruction fetch and branch) • ICM (instruction cache and merge) • IDU (instruction decode unit) • LSU (load-store unit) • XU (translation unit) • PC (core pervasive unit) • FXU (fixed-point unit) • VFU (vector and floating-point units) • RU (recovery unit) • COP (dedicated co-processor)
- 22.
- 23. Generasi Pertama: TabungVakum • Tabung vakum digunakan sebagai komponen logika digital dan memori • Komputer IAS (https://en.wikipedia.org/wiki/IAS_machine) • Pendekatan desain yg mendasar adalah konsep program-tersimpan • Karya ahli matematika John von Neumann • Ide ini dipublikasikan pertama kali tahun 1945 utk EDVAC • Rancangan dimulai di Princeton Institute for Advanced Studies • Selesai tahun 1952 • Menjadi prototipe dari semua komputer bertujuan-umum (general- purpose) berikutnya
- 24. Komputer IAS Komputer IASdi Museum Smithsonian, Wahington D.C., AS J. Robert Oppenheimer dan John von Neumann di depan komputer IAS
- 25. Struktur IAS • 1lokasi penyimpanan = 1 word • 1 word IAS = 40 bit • Memory IAS = 4096 word x 40 bit • 4 bagian utama: • CPU • Memori • Input-Output • Interkoneksi • 1700 tabung vakum, 450 kg
- 26.
- 27. Register • Berisiword yg akan disimpan di memory atau dikirim ke I/O • Atau digunakan utk menerima word dari memory atau I/O Memory buffer register (MBR) • Menentukan alamat di memory dari word yg akan dituliskan dari atau dibaca ke MBR Memory address register (MAR) • Berisi opcode 8-bit dari instruksi yg dieksekusi Instruction register (IR) • Utk menyimpan sementara instruksi sebelah-kanan dari word di memory Instruction buffer register (IBR) • Berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yg akan diambil dari memory Program counter (PC) • Digunakan sementara utk menyimpan operand dan hasil operasi ALU Accumulator (AC) and multiplier quotient (MQ)
- 28.
- 29.
- 30.
- 31.
- 32. Generasi Kedua: Transistor •Lebih kecil • Lebih murah • Mengeluarkan panas lebih sedikit drpd tabung vakum • Merupakan perangkat zat padat yg terbuat dari silikon • Diciptakan di Bell Labs pd thn 1947 • Baru pd akhir 1950-an, komputer bertransistor tersedia scr komersial (bisa dibeli)
- 33. Komputer Generasi Kedua •Memperkenalkan: • Arithmetic dan logic units serta control unit yg lebih rumit • Penggunaan bahasa pemrograman tingkat-tinggi • Tersedianya software sistem yg memberikan kemampuan utk: • memuat program • memindahkan data ke peripheral dan library • menjalankan perhitungan yg umum • Kemunculan perusahaan Digital Equipment Corporation (DEC) pd 1957 • PDP-1 komputer pertama DEC • Mengawali fenomena minicomputer yg kemudian menjadi sangat menonjol dlm generasi ketiga
- 34. Komputer Generasi Kedua •DEC PDP-1 ( https://en.wikipedia.org/wiki/PDP-1) • IBM 7094 ( https://fedtechmagazine.com/article/201 6/10/how-ibm-7094-gave-nasa-and-air-fo rce-computing-superiority-1960s )
- 36.
- 37. Generasi Ketiga: IntegratedCircuits • 1958 – penemuan integrated circuit (IC) • Komponen diskrit • Transistor tunggal • Diproduksi scr terpisah, dikemas tersendiri, dan disolder atau disambung dgn kabel menjadi papan rangkaian • Proses produksi mahal dan sulit • Dua anggota paling penting dari generasi ketiga adalah IBM System/360 (https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_System/360) dan DEC PDP-8 (https://en.wikipedia.org/wiki/PDP-8)
- 38.
- 39. Integrated Circuits • Penyimpanan data– disediakan oleh memory cells • Pengolahan data – dilakukan oleh gate (gerbang) • Perpindahan data – jalur di antara komponen yg dipakai utk memindahkan data dari memory ke memory dan dari memory melalui gerbang ke memory • Kontrol – jalur di antara komponen yg dpt membawa signal kontrol • IC memanfaatkan fakta bahwa komponen spt transistor, resistor, dan konduktor bisa diproduksi dari sebuah semikonduktor spt silikon • Banyak transistor dpt diproduksi scr bersamaan pd sebuah wafer silikon • Transistor2 dpt disambungkan dgn metalisasi prosesor menjadi rangkaian • Sebuah komputer terdiri dari gerbang, memory cells, dan interkoneksi antara elemen2 ini • Gerbang dan memory cells dibuat dari komponen elektronik sederhana
- 40. 2-inch (51 mm),4-inch (100 mm), 6-inch (150 mm), and 8-inch (200 mm) wafers (Wikipedia) Tahapan produksi semikonduktor: https://www.youtube.com/watch?v= Bu52CE55BN0
- 41.
- 42. Hukum Moore 1965; Gordon Moore(January 3, 1929 – March 24, 2023) – salah seorang pendiri Intel Mengamati jumlah transistor yg dipasang pd sebuah chip berlipat dua setiap tahun Kecepatan ini menurun menjadi berlipat dua setiap 18 bulan dlm thn 1970-an, dan sejak itu tetap sama Konsekuensi Hukum Moore: Biaya rangkaian logika dan memory terus menurun drastis Panjang jalur listriknya lebh pendek, shg kec. operasional meningkat Komputer jadi lebih kecil dan lbh mudah digunakan dlm berbagai lingkungan Penurunan kebutuhan daya dan pendinginan Lebih sedikit sambungan antar chip
- 43. IBM System/360 • Diperkenalkanpd tahun 1964 • Alur produk ini tidak kompatibel dengan komputer lama (seri 7000) IBM • Menjadi sukses pada dekade tsb dan mengokohkan IBM sbg vendor komputer yg sangat dominan • Arsitekturnya hingga kini tetap menjadi arsitektur komputer mainframe IBM • Merupakan keluarga komputer yg pertama kali direncanakan dalam industri ini • Model-model saling kompatibel dlm arti program yg ditulis utk satu model harus bisa dieksekusi oleh model lain dalam seri tsb en.wikipedia.org/wiki/IBM_System/360 IBM System/360 Model 20 CPU with front panels removed, with IBM 2560 MFCM (Multi-Function Card Machine) - Wikipedia
- 44. Karakteristik Keluarga Komputer Himpunan instruksiyg mirip atau sama Sistem operasi yg mirip atau sama Kecepatan yg meningkat Jumlah port I/O yg meningkat Ukuran memori yg meningkat Harga yg meningkat
- 45. PDP-8 ( https://en.wikipedia.org/wiki/PDP- 8 ) An openPDP-8/E with its logic modules behind the front panel and one dual TU56 DECtape drive at the top
- 46. Generasi-generasi Berikutnya Memori Semikonduktor Mikroprosesor LSI:Large Scale Intgration VLSI: Very Large Scale Intgration ULSI: Ultra Large Scale Integratio n
- 47. Memori Semikonduktor… (https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_memory) Sejak 1970memory semiconductor sdh melewati 13 generasi Setiap generasi tlh memberikan kapasitas penyimpanan empat kali generasi sebelumnya, disertai penurunan harga per bit dan penurunan waktu akses Thn 1974 harga per bit memory semikonduktor jatuh di bawah harga per bit memory core Harga memory memang sdh menurun yg disertai peningkatan kepadatan memory fisik Perkembangan teknologi memory dan prosesor mengubah sifat komputer dlm waktu kurang dari satu dekade Pd 1970 Fairchild memproduksi memory semikonduktor berkapasitas besar pertama Chip berukuran hampir sebesar sebuah core Dpt menyimpan 256 bit memory Non-destructive Lbh cepat drpd core ..vs Memori Core ( https://en.wikipedia.org/ wiki/Magnetic-core_mem ory ) A 32 × 32 core memory plane storing 1024 bits (or 128 bytes ) of data. The small black rings at the intersections of the grid wires, organised in four squares, are the ferrite cores. (Wikipedia) A 64 bit memory chip die, the SP95 Phase 2 Buffer Memory produced at IBM mid 60s, versus memory core iron rings Modul memori PC (RAM stick)
- 48. Mikroprosesor • Kepadatan elemenpd chip prosesor semakin meningkat • Semakin banyak elemen dpt dipasang pd sebuah chip shg semakin sedikit chip yg diperlukan utk membangun sebuah prosesor komputer • Thn 1971 Intel membuat 4004 • Chip pertama yg mengandung semua komponen CPU dlm sebuah chip • Kelahiran mikroprosesor • Thn 1972 Intel mengembangkan 8008 • Mikroprosesor 8-bit pertama • Thn 1974 Intel mengembangkan 8080 • Mikroprosesor bertujuan-umum (general-purpose) pertama • Lbh cepat, punya instruction set yg lbh kaya, punya kemampuan pengalamatan yg besar
- 49.
- 50.
- 51. 8080 • Mikroprosesor bertujuan-umum pertama didunia • Mesin 8-bit dgn jalur data 8-bit ke memory • Digunakan pd komputer pribadi pertama (Altair) 8086 • Mesin 16-bit yg lebih kuat • Menggunakan sebuah instruction cache, atau queue • Kemunculan pertama kali arsitektur x86 • 8088 adalah varian dari prosesor ini dan digunakan di PC pertama IBM (memastikan sukses Intel) 80286 • Perluasan 8086 yg dpt mengalamati memori 16-MB drpd sekedar 1MB 80386 • Mesin 32-bit pertama Intel • Prosesor pertama Intel yg mendukung multitasking 80486 • Memperkenalkan teknologi cache dan pipelining instruksi yg lebih canggih • Koprosesor matematika sdh ada di dlm (built- in) Highlight Evolusi Product Line Intel
- 52. Highlight Evolusi ProductLine Intel • Intel memperkenalkan teknik superscalar, yg memungkinkan beberapa instruksi dieksekusi scr paralel Pentium • Organisasi superscalar yg terus meningkat dgn penamaan ulang register yg agresif, prediksi percabangan, analisis aliran data, eksekusi spekulatif Pentium Pro • Memiliki teknologi MMX yg khusus dirancang utk mengolah data video, audio, dan grafis scr efisien Pentium II • Tambahan instruksi floating-point utk mendukung software grafik 3D • Streaming SIMD Extensions (SSE) Pentium III • Berisi tambahan instruksi floating-point dan peningkatan lainnya utk multimedia Pentium 4 • First Intel x86 micro-core Core • Arsitektur ditingkatkan ke 64 bit • Core 2 Quad memiliki empat cores pd sebuah chip • Model Core dewasa ini berisi hingga 10 prosesor per chip • Tambahan penting pd arsitektur ini adalah instruction set Advanced Vector Extensions Core 2
- 53. CISC vs RISC •Dua keluarga prosesor adalah arsitektur Intel x86 dan ARM • Produk-produk x86 dewasa ini mencerminkan buah dari upaya selama puluhan tahun mendesain complex instruction set computers (CISC). • Pendekatan alternatif desain prosesor adl reduced instruction set computer (RISC) • Arsitektur ARM digunakan dlm banyak embedded system dan merupakan salah satu sistem berbasis RISC terbaik di pasaran
- 54. Sistem Tertanam/Embedded Systems •Penggunaan elektronika dan software dalam sebuah produk • Miliaran sistem komputer diproduksi setiap tahun yg ditanamkan pd perangkat yg lebih besar • Kini kebanyakan perangkat listrik/elektronika memiliki sistem komputasi tertanam. • Sering sistem tertanam sangat terikat dgn lingkunganya • Menimbulkan batasan real-time yg diakibatkan tuntutan utk bereaksi dgn lingkungan • Batasan spt persyaratan kec. gerak, ketelitian pengukuran, dan durasi waktu, ikut menentukan waktu operasional software • Jika sejumlah aktifitas harus dikelola secara serempak maka dapat menimbulkan batasan/syarat real-time yg lebih rumit
- 56. Application Processors versus DedicatedProcessors • Application processors • Defined by the processor’s ability to execute complex operating systems • General-purpose in nature • An example is the smartphone – the embedded system is designed to support numerous apps and perform a wide variety of functions • Dedicated processor • Is dedicated to one or a small number of specific tasks required by the host device • Because such an embedded system is dedicated to a specific task or tasks, the processor and associated components can be engineered to reduce size and cost • There are two general approaches to developing an embedded operating system (OS): • Take an existing OS and adapt it for the embedded application • Design and implement an OS intended solely for embedded use Embedded Operating Systems
- 58. ARM Menunjuk ke arsitekturprosesor yg berkembang dari prinsip perancangan RISC dan digunakan pd sistem tertanam Keluarga mikroprosesor dan mikrokontroller berbasis-RISC yg dirancang oleh ARM Holdings, Cambridge, Inggris Chipnya merupakan prosesor kecepatan tinggi yg terkenal dgn ukuran kecil dan kebutuhan daya yg sedikit Arsitektur prosesor embedded yg paling banyak digunakan dan arsitektur prosesor yg paling banyak dipakai dibanding tipe manapun Acorn RISC Machine/Advanced RISC Machine
- 59. Produk-produk ARM Cortex-A /Cortex-A50 Cortex-R Cortex-M • Cortex-M0 •Cortex-M0+ • Cortex-M3 • Cortex-M4
- 61. Rangkuman Bab I •Organization and architecture • Structure and function • Brief history of computers • The First Generation: Vacuum tubes • The Second Generation: Transistors • The Third Generation: Integrated Circuits • Later generations • CISC vs RISC • Embedded systems • Embedded operating systems • Application processors versus dedicated processors • Microprocessors versus microcontrollers • ARM architecture • ARM evolution • Instruction set architecture • ARM products