Transcript Document 7586128

2009/2010
Course Plan
Pengantar Organisasi Komputer
Syahrul
Teknik Komputer
UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
2009
Syahrul
1
SASARAN KULIAH
Mengenal dan memahami struktur dan fungsi komputer melalui pengertian hakikat dan
karakteristik sistem-sistem komputer modern
MATERI KULIAH
Pengenalan sistem komputer modern, Evolusi komputer dan performa, representasi data
(representasi binari tidak bertanda, representasi interger bertanda, tipe karakter data,
representasi floating-point dan tipe data lainnya), struktur ideal dari sistem komputer
(memori, unit aritmetik/logik, input/output dan mass storage, unit kontrol), Struktur dan
organisasi dari sebuah sistem komputer: keluarga INTEL MCS-51 (pengenalan MCS-51,
mode pengalamatan, perintah dasar MCS-51, instruksi Compare dan Branch, perintah
Logik dan Shift, input/output MCS-51, lompatan bersyarat MCS-51, dsb).
DAFTAR PUSTAKA:
1. Stallings, William, Computer Organization and Architecture, 6th edition, PrenticeHall, 2003.
2. B. Govindarajalu, Computer Architecture and Organization, Tata McGraw-Hill, 2004
3. Mostafa Abd-El-Barr, Hesham El-Rewini, Fundamentals of Computer Organization
and Architecture, John Wiley & Sons, Inc Publication, 2005
4. Schneider, Michael.G, The Principles of Computer Organization, John Wiley & Sons,
1985.
5. Myke Predko, Programming and Customizing the 8051 Microcontroller, McGrawHill, 1999
Syahrul
2
KULIAH
Syahrul
TOPIK
PERSIAPAN (bahan yang
harus dibaca mahasiswa
sebelum kuliah)
Minggu ke 1
Organisasi Komputer Modern
DP 1 BAB I, DP 2 BAB I
Minggu ke 2
Evolusi Komputer & Performa
DP 1 BAB 2
DP 2 BAB 2
Minggu ke 3
Representasi Unsigned Binary & Signed
Integer
DP 1 BAB 9
DP 3 BAB 2 & 3
Minggu ke 4
Representasi floating point dan tipe
data karakter
DP 3 BAB 4 & 5
Minggu ke 5
The Arithmetic/Logic Unit
DP 4 BAB 7
Minggu ke 6
Control Unit
DP 4 BAB 9
Minggu ke 7
Control unit (lanj)
DP 4 BAB 9
Minggu ke 8
UTS
Panitia ujian
Minggu ke 9
Memori Internal
DP 1 BAB 5
DP 2 BAB 7
DP 3 BAB 7
Minggu ke 10
Memori Eksternal
DP 1 BAB 6
DP 2 BAB 7
Minggu ke 11
Organisasi Input/Output
DP 1 BAB 7
DP 2 BAB 9 & 10
Minggu ke 12
Peripheral Device and System
DP 3 BAB 12, 13, 14
Minggu ke 13
STUDI KASUS: PENGENALAN MESIN
The Intel X86 family, PENGENALAN
MESIN Intel Microcontroller MCS-51
family
DP 5
Minggu ke 14
Pemrograman Bhs Mesin & Bhs Rakitan
INTEL MCS-51: Mnemonic Instruksi
and Syntax;Assembler directives and
Commands; Execution program
DP 5
Minggu ke 15
INTEL MCS-51: Arithmetic
instructions, logical instruction,
DP 5
3
EVALUASI
Tugas
Quiz
Ujian Tengah Semester
Ujian Akhir Semester
Syahrul
: 10%
: 30%
: 30%
: 30%
4
Organisasi Komputer Modern
Syahrul
5
APLIKASI KOMPUTER
Komputer digunakan pada hampir semua
bidang kehidupan:
perbankan,
rumah
sakit,
sekolah,
penerbitan, manufaktur, hiburan, shop,
perpustakaan,
industri/pabrik,
biro
perjalanan, hotel, penelitian, produksi
film, game, peralatan rumah tangga,
pelayanan keamanan, pertemuan dan
konferensi, perekaman absensi, akuntan,
transportasi, pemerintahan, pemilihan
umum, pengadilan, universitas, penjara,
robot, mesin perang, space shuttle dll.
Syahrul
6
MANUSIA DAN KOMPUTER
Saat ini manusia melakukan penghitungan
dalam tiga cara:
1. Penghitungan manual secara penuh
(fully manual computing) yaitu
penghitungan tanpa adanya peralatan
selain otak dan jari-jari
2. Penghitungan semimanual (semi-manual
computing) menggunakan peralatan
sederhana seperti mistar geser, abacus
dan sebagainya.
Syahrul
3. Penghitungan otomatik (automatic
computing) menggunakan mesin
komputer.
7
Adanya perbedaan Metoda Penghitungan
didasarkan pada parameter-parameter:
 Kecepatan penghitungan
 Keandalan hasil (reliability of results)
 Kompleksitas masalah yang ditangani
 Peningkatan keterlibatan upaya manusia
 Konsistensi
Syahrul
8
KARAKTERISTIK KOMPUTER
Karakteristik utama komputer meliputi:
 Komputasi yang sangat cepat
 Bersifat konsisten, tidak terpengaruh pada
kelelahan (fatique), bosan, suka dan tidak
suka dan sebagainya.
 Kapasitas penyimpanan yang besar (untuk
data dan program)
 Komputasi akurasi tinggi
 Mesin serbaguna yang dapat diprogram
Syahrul
9
KOMPUTER ANALOG atau DIGITAL ?
Komputer Analog memantau (merasakan) sinyal
masukan yg mempunyai perubahan nilai yg
kontinyu. Hampir semuanya berupa variabelvariabel sinyal seperti tegangan, tekanan,
temperatur, kecepatan, dll.
Komputer Digital melakukan operasi pada
informasi diskrit (digital) seperti bilangan.
Komputer Digital menggunakan sistem bilangan
biner yg hanya ada dua keadaan: 0 dan 1 yg
disebut bit (binary digit). Rangkaiannya disebut
rangkaian digital
Komputer mutakhir (modern) adalah komputer
digital dengan teknologi chip silikon yg mampu
melakukan operasi-operasi aritmetika dan logika
dan memberikan suatu hasil
Syahrul
10
PERANGKAT KERAS & PERANGKAT LUNAK
Istilah perangkat keras (hardware) umumnya
merujuk pada rangkaian-rangkaian elektronika
yang terdapat di dalam mesin komputer.
Secara praktis, istilah perangkat keras
digunakan untuk semua komponen fisik di
dalam sebuah komputer termasuk mekanika,
rakitan komponen-komponen listrik dan
elektronika.
Syahrul
11
Syahrul
12
Syahrul
13
LAPISAN-LAPISAN KOMPUTER MODERN
 Program aplikasi dibuat dalam
bahasa tingkat tinggi
menggunakan bilangan desimal
dan statement dalam Bahasa
manusia.
 Kompiler adalah sebuah
penerjemah (translator) bahasa yg
mengubah program bahasa tingkat
tinggi menjadi program bahasa
mesin yg ekivalen dan terdiri dari
instruksi-instruksi dan bilangan
biner
 OS (Operating System). Sistem operasi adalah kumpulan
program yg menyediakan berbagai fungsi dengan sasaran pada
penawaran efisiensi dan kemudahan pada user dan programmer
 Basic Input-Output control System (BIOS) adalah kumpulan I/O
driver (program untuk pelaksanaan operasi-operasi I/O) untuk
berbagai peripheral device dalam komputer.
Syahrul
14
ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER
Arsitektur komputer adalah sebuah sains
(ilmu) untuk tujuan perancangan suatu sistem
komputer.
Tujuan seorang aristek komputer adalah
merancang suatu sistem dengan performance
(unjuk kerja) yang tinggi dengan biaya yg
layak, memenuhi semua persyaratanpersyaratan lainnya.
“Computer’s architecture” menyediakan
sejumlah atribut pada sistem komputer yg
dibutuhkan seorang programmer bahasa
mesin atau perancang perangkat lunak
sistem (system software) untuk
mengembangkan suatu program.
Syahrul
15
Model konseptual arsitektur komputer
memberikan informasi berikut:













Syahrul
Instruction set
Instruction fomat
Operation codes
Operand types
Operand addressing modes
Register
Main memory space utilization (memory map)
I/O space allocation (I/O map)
Interrupt assignment and priority
DMA channels assignment and priority
I/O techniques used for various devices
I/O controller command formats
I/O controller status formats
16
 Organisasi komputer memberikan
gambar yang lebih dalam mengenai
struktur fungsional dan interkoneksi
logika antara unit-unit (blok fungsional).
Biasanya termasuk detail perangkat
keras yg dapat diketahui oleh
programmer, seperti sinyal-sinyal
kontrol, antarmuka komputer dan
peripheral serta teknologi memori yg
digunakan.
Syahrul
17
 Sistem operasi: kumpulan program yg
menyediakan berbagai fungsi dgn sasaran
pada penawaran efisiensi dan kemudahan
pada user dan programmer.
 Fungsi-fungsi penting sistem operasi:
Syahrul

Penanganan pengguna komputer untuk
permintaan sejumlah pelayanan

Penjadualan program

Pengaturan operasi-operasi I/O

Pengaturan unit-unit perangkat keras
18
Fungsi Komputer
 Pemrosesan data
 Penyimpanan data
 Pemindahan/transfer
data
 Kontrol
Syahrul
19
Fungsi Komputer
Siklus transfer antar I/O
Syahrul
20
Fungsi Komputer
Siklus transfer
memori & I/O
Syahrul
21
Fungsi Komputer
Siklus pemrosesan &
penyimpanan
Syahrul
22
Fungsi Komputer
Siklus pemrosesan &
transfer/penyimpanan
Syahrul
23
Fungsi Komputer
Komunikasi / link
komputer dengan
dunia luar : peripheral
& transmisi data
Syahrul
24
Komputer
 Central Processing
Unit (CPU):
mengontrol operasi
komputer &
melakukan fungsi
pemrosesan data
 Memori utama:
menyimpan data &
program
 I/O: memindahkan
data antara komputer
dan lingkungan
eksternal
 Interkoneksi sistem:
komunikasi antara
CPU, memori utama,
dan I/O
Syahrul
25
CPU:
 Control Unit:
mengontrol operasi
CPU dan karena itu
komputer
 ALU: melakukan
fungsi pemrosesan
data
 Register:
menyediakan
penyimpanan internal
CPU
 Interkoneksi CPU:
mekanisme yg
menyediakan
komunikasi antara
Control Unit, ALU, dan
Register
Syahrul
26
Unit Fungsional Komputer
Syahrul
27
Unit Fungsional Komputer
Syahrul
28
Input Device
Syahrul
29
Output Device
Syahrul
30
Main Memory dan Auxiliary Memory
 Main memory disebut juga primary memory adalah
media penyimpanan (memori) utama bagi data, instruksi
maupun hasil pengolahan CPU.
 Auxiliary memory disebut juga secondary memory,
penyimpanan eksternal yg berada di luar inti sistem
(system nucleus) komputer dan dapat menyimpan data dan
program dalam jumlah yg besar.
Syahrul
31
Main Memory dan Auxiliary Memory
 CPU tidak dapat mengambil (fetch) langsung
instruksi dari sebuah program yg berada dalam
auxiliary memory, tapi harus melalui load ke
dalam main memory.
 Auxiliary memory lebih murah daripada main
memory sehingga biasanya penggunaan main
memory terbatas kapasitasnya, sementara
auxiliary memory umumnya kapasitasnya jauh
di atas kapasitas main memory.
 Main memory tersedia dalam teknologi
semikonduktor sedangkan auxiliary memory
dalam teknologi maknetik dan optik.
Syahrul
32
Main Memory dan Auxiliary Memory
Syahrul
33
Device Controller
 Peripheral device terhubung (link) dgn inti
sistem (CPU dan memori) oleh suatu device
controller, biasa juga disebut I/O controller.
Syahrul
34
Device Controller
 Fungsi utama device controller: mentransfer
informasi (program dan data) antara inti
sistem dengan divais. Device controller dapat
menangani lebih dari satu divais (multiple
device) dalam jenis yang sama.
 Misalnya sebuah pengendali floppy disk
umumnya menangani empat floppy disk
drive seperti yg ditunjukkan pada gambar.
 Secara fisik keberadaan device controller
dapat dibedakan dalam tiga macam:
(1) sebagai unit yang terpisah,
(2) terintegrasi dengan divais dan
(3) terintegrasi dengan CPU.
Syahrul
35
Device Controller
 Device controller berkomunikasi dengan device
melalui antarmuka device (device interface) yg
membawa sinyal antara device controller
dengan device.
 Semua device controller berkomunikasi dengan
CPU atau memori melalui antarmuka sistem
(system interface) seperti yg ditunjukkan pada
gambar.
 Walaupun beberapa device controller
terhubung ke antarmuka sistem, namun secara
logika hanya satu yg terhubung ke Antarmuka
Sistem ketika melakukan komunikasi dengan
CPU/memori. Controller lainnya tetap tidak
melakukan interferensi/gangguan.
Syahrul
36
Device Controller
Syahrul
37
Device interface Signal
Ada 3 macam sinyal antara device dengan
device controller:
1. Sinyal kendali (control signal)
2. Sinyal status (status signal)
3. Data
Syahrul
38
 Sinyal kontrol (control signal) diberikan oleh device controller
kepada device yang meminta device agar melakukan suatu
aksi (tugas) tertentu. Misalnya :
 Sinyal kontrol RESET: berfungsi me-reset (clear) kondisi
internal pada divais tersebut.
 Sinyal kontrol STEP: diberikan pada disk drive untuk
melakukan pergerakan head baca/tulis untuk pindah ke track
berikutnya.
 Sinyal status (status signal): sinyal hasil respon balik dari I/O
device yg dikirim ke device controller yg melaporkan status
internal tertentu yg dialami/terjadi pada I/O device. Misalnya :
 Sinyal status ERROR: melaporkan bahwa telah terjadi error di
dalam I/O device.
 Sinyal status PAPER EMPTY oleh printer, melaporkan ke
kontrol printer bahwa tidak ada kertas di dalam printer.
 Sinyal data dapat dikirim secara serial melalui sebuah
konduktor bit per bit atau secara paralel melalui 8 buah
konduktor yg membawa 8 bit atau 1 byte data sekaligus.
Misalnya :
 Data serial dari mouse
 Data paralel dari printer
Syahrul
39
Komunikasi CPU - Memori
CPU melakukan pengalamatan atau mengalamati memori
baik saat operasi pembacaan memori (read) maupun
untuk operasi penulisan memori (write).
 Operasi Baca (read)
 Pertama CPU
mengirimkan alamat
lokasi dan kemudian
mengirimkan sinyal
baca.
 Pada saat menerima
sinyal baca, memori
mencari lokasi yang
ditunjuk oleh alamat.
 Setelah access time, isi
lokasi memori diletakkan
oleh memori pada
saluran data.
Syahrul
40
Komunikasi CPU - Memori
 Operasi Tulis (write)
 Pertama CPU
mengirimkan alamat
lokasi dan kemudian
mengirim data yang
akan ditulisi dan
sinyal tulis memori.
 Pada saat menerima
sinyal tulis memori,
memori mulai
melakukan
penulisan pada
lokasi sesuai alamat
yang ditetapkan.
Syahrul
41
 CPU menggunakan dua buah register (MAR dan MBR)
untuk berkomunikasi dengan memori.
 Selama operasi baca/tulis, CPU meletakkan alamat
memori pada register alamat memori (Memory
Address Register , MAR).
 Register Penyangga Memori (Memory Buffer Register,
MBR) digunakan untuk menyimpan data dari CPU
selama operasi tulis dan data dari memori selama
operasi baca.
Syahrul
42
OPERASI CPU
Fungsi CPU: melakukan eksekusi program yg tersimpan di
memori. Untuk melakukannya, CPU mengambil sebuah
instruksi pada satu waktu, mengeksekusinya dan kemudian
mengambil instruksi berikutnya lagi. Pekerjaan ini dilakukan
secara berulang dan dikenal dengan sebutan siklus instruksi
(Instruction cycle).
Siklus Instruksi
Siklus instruksi ada dua fase: fase pengambilan (fetch phase)
dan fase eksekusi (execute phase). Pada fase pengambilan
(fetch), sebuah instruksi diambil dari memori. Pada fase
eksekusi, instruksi dianalisis atau didekode kemudian
dilakukan operasi yang relevan.
Syahrul
43
Format Instruksi
 Format umum sebuah instruksi diperlihatkan gbr. Medan
kode operasi (operation code field) atau dikenal dgn
opcode menunjukkan operasi yg dikerjakan dan medan
operand (operand field) menunjukkan data.
 Umumnya medan operand memberikan alamat lokasi
memori di mana operand (data) tersebut disimpan.
→ Misalnya instruksi ADD yg mempunyai format seperti
yg diperlihatkan gbr. Pola bit pada medan opcode
menunjukkan instruksi ADD. Dua medan berikutnya
menunjukkan lokasi di mana dua operand (data)
tersedia atau tersimpan.
Syahrul
44
 Register CPU
CPU mempunyai register utama seperti gbr:
1. Accumulator (AC)
2. Program Counter (PC)
3. Memory Address Register
(MAR)
4. Memory Buffer Register
(MBR)
Syahrul
5. Instruction Register (IR)
6. General Purpose Register
(GPR)
7. I/O Data Register (IODR)
8. I/O Address Register (IOAR)
45
 Program Counter (instruction address counter) berisi alamat
lokasi memori di mana instruksi berikut harus diambil. Segera
setelah pengambilan instruksi telah lengkap, isi PC (program
counter) dinaikkan untuk menunjuk ke alamat instruksi
berikutnya.
 Instruction register menyimpan instruksi yang baru saja diambil
dari memori.
 MAR berisi alamat lokasi memori selama memori dalan operasi
baca/tulis.
 MBR berisi data yang dibaca dari memori (selama pembacaan)
atau data yang akan ditulis ke dalam memori (selama penulisan).
 GPRs untuk keperluan umum (general purpose): menyimpan
operand, alamat dsb. Selain itu ada beberapa register kerja
(working register) yg disebut scratch pad memory (memori untuk
keperluan corat coret). Register ini untuk menjaga/menyimpan
hasil-hasil sementara (intermediate result) dalam satu siklus
instruksi untuk instruksi yg kompleks seperti PERKALIAN,
PEMBAGIAN dsb.
Syahrul
46
Clock
Unit Clock membangkitkan dan mensuplai pulsa clock
secara berurutan dan kontinyu. Sinyal clock mempunyai
bentuk gelombang yang periodik.
Sinyal clock digunakan sebagai referensi pewaktuan
(timing) oleh control unit.
Jumlah (rate) gelombang periodik yang berulang dalam
satuan waktu disebut frekuensi (f). Satuan frekuensi
ditetapkan dalam cycle per second (cps = siklus per detik)
atau Hz.
Frekuensi clock mengindikasikan kecepatan operasi
internal dari prosesor.
Interval waktu antara sinyal periodik dengan sinyal periodik
berikutnya disebut perioda waktu (T). Hubungan antara
frekuensi dan perioda adalah
Syahrul
47
gambar
Syahrul
48
to be continued … !
thanks, see you later
Syahrul
49