pengantar organisasi komputer

56
1 Pengantar Organisasi Komputer Konsep Organisasi Komputer

Upload: fembi-rekrisna-grandea-putra

Post on 14-Apr-2017

1.057 views

Category:

Education


2 download

TRANSCRIPT

1

Pengantar Organisasi Komputer

Konsep Organisasi Komputer

Agenda

1.Organisasi dan Arsitektur

2.Struktur dan Fungsi

2

Organisasi dan Arsitektur

Arsitektur komputer atribut2 dari sistem

seorang programmer / atribut-atribut yang

memiliki dampak langsung pada eksekusi

logika dari sebuah program.

Organisasi komputer unit operasional dan

interkoneksi spesifikasi arsitektur.

Contoh: atribut arsitektur set instruksi,

jumlah bit yang digunakan untuk mewakili

berbagai jenis data (misal: angka, karakter),

mekanisme I/O, & teknik mengatasi memori. 3

Organisasi dan Arsitektur

(next...) Contoh lain : atribut organisasi detail

hardware programmer sinyal kontrol,

antarmuka antara komputer dan peripheral,

dan teknologi memori yang digunakan.

4

Struktur dan Fungsi

Struktur cara di mana komponen2 saling

berhubungan satu sama lain.

Fungsi operasi dari masing2 komponen

sebagai bagian dari struktur.

5

Struktur dan Fungsi

(fungsi)

6

Struktur dan fungsi dari

sebuah komputer pada

dasarnya sederhana.

Gambar di samping

menggambarkan fungsi dasar,

secara umum hanya ada 4 :

1. data processing

2. data storage

3. data movement

4. control

Struktur dan Fungsi

(fungsi – data movement)

7

Struktur dan Fungsi

(fungsi – storage)

8

Struktur dan Fungsi (fungsi – processing from/to storage)

9

Struktur dan Fungsi

(fungsi – storage to I/O)

10

Struktur dan Fungsi

(struktur)

Computer

Main

Memory

Input

Output

Systems

Interconnection

Peripherals

Communication

lines

Central

Processing

Unit

Computer

Struktur dan Fungsi

(struktur – top level)

Computer Arithmetic

and

Login Unit

Control

Unit

Internal CPU

Interconnection

Registers

CPU

I/O

Memory

System

Bus

CPU

Struktur dan Fungsi

(struktur – CPU)

CPU

Control

Memory

Control Unit

Registers and

Decoders

Sequencing

Login

Control

Unit

ALU

Registers

Internal

Bus

Control Unit

Struktur dan Fungsi

(struktur – unit kontrol)

Next…

15

1

Pengantar Organisasi Komputer

Evolusi dan Unjuk Kerja Komputer

(Bagian Ke-1)

Agenda

1.Sejarah Singkat Komputer

2.Perancangan Kinerja

2

Sejarah Singkat Komputer

Generasi I (tabung vakum): ENIAC, Mesin

Von Neumann, Komputer Komersial.

Generasi II (transistor): IBM 7094.

Generasi III (Integrated Circuit):

mikroelektronik, IBM System/360, DEC

PDP-8.

Generasi IV : memori semikonduktor,

mikroprosesor.

Sejarah Singkat Komputer

(ENIAC) ENIAC (Electronic Numerical Integrator

And Computer)

John Mauchly dan John Eckert

Jurusan Teknik Elektro Universitas

Pennsylvania

Tabel lintasan untuk senjata

1943 – 1946

terlambat untuk digunakan dalam perang

Digunakan sampai tahun 1955

Sejarah Singkat Komputer

(ENIAC...next) Desimal (bukan binary)

20 akumulator dari 10 digit

Diprogram secara manual dengan switch

18,000 tabung vakum

30 ton

15.000 kaki persegi

Konsumsi daya 140 kW

5.000 penambahan per detik

Sejarah Singkat Komputer

(Mesin Von Neumann) Konsep Program Tersimpan

Memori utama menyimpan program dan

data

ALU beroperasi pada data biner

Unit kontrol menafsirkan instruksi dari

memori dan mengeksekusinya

peralatan IO dioperasikan oleh unit kontrol

Princeton Institute for Advanced Studies

(IAS)

selesai pada tahun 1952

Sejarah Singkat Komputer

(Mesin Von Neumann...next)

Sejarah Singkat Komputer

(Mesin Von Neumann...next) 1000 x 40 bit kata bilangan biner

instruksi 2 x 20 bit

Set register (penyimpanan dalam CPU) Memory Buffer Register

Memory Address Register

Instruction Register

Instruction Buffer Register

Program Counter

akumulator

Hasil bagi berganda

Sejarah Singkat Komputer

(Mesin Von Neumann...next)

Sejarah Singkat Komputer

(Komputer Komersial) 1947: Perusahaan komputer Eckert-

Mauchly

UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

Perhitungan biro sensus US 1950

Menjadi bagian dari perusahaan Sperry-

Rand

1950-an: UNIVAC II

1953: IBM 701 & 1955: IBM 702

Cepat

Memori lebih

Sejarah Singkat Komputer

(IBM 7094) Instruction Backup Register untuk

buffer pada instruksi selanjutnya.

Unit kontrol mengambil dua kata yang

berdekatan dari memori untuk instruksi

fetch, kecuali untuk terjadinya instruksi

percabangan yang biasanya jarang terjadi

unit kontrol harus mengakses memori

yg hanya untuk setengah siklus instruksi.

Sejarah Singkat Komputer

(mikroelektronik) elektronik kecil

Sebuah komputer yg terdiri dari gerbang,

sel memori, dan interkoneksi

Ini dapat diproduksi pada semikonduktor.

misalnya wafer silikon.

Sejarah Singkat Komputer

(IBM System/360) 1964 IBM System/360

lini produk 360 tidak sesuai dengan mesin

IBM yang lebih tua.

transisi ke 360 akan sulit bagi pelanggan

IBM 7000.

Sejarah Singkat Komputer

(DEC PDP-8) 1964.

Digital Equipment Corporation.

Biaya rendah

Ukuran kecil.

Sejarah Singkat Komputer

(memori semikomduktor) 1950-an 1960-an: sebagian besar memori

komputer dari cincin kecil feromagnetik,

masing2 sekitar 1/16 per inci diameter.

1970: Fairchild diproduksi pertama

memori semikonduktor yang relatif luas.

1974: harga perbit memori semikonduktor

turun di bawah harga per bit memori inti.

1970: 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M,

16M, 64M, 256M, 1G, 4G, 16 G pada 1

chip (1K=210, 1M=220, 1G=230)

Sejarah Singkat Komputer

(mikroprosesor) 1971: intel 4004

1972: intel 8008

1974: intel 8080

1978: intel 8086

1979: intel 8088

1982: intel 80286

1985: intel 80386TM DX

1988: intel 80386TM SX

1989: intel 80486TM DX

Sejarah Singkat Komputer

(mikroprosesor...next) 1991: intel 80486TM SX

1993: intel Pentium

1995: intel Pentium Pro

1997: intel Pentium II

1999: intel Pentium III

2000: intel Pentium 4

2006: intel Core 2 Duo

2008: intel Core 2 Quad

Intel Core i3, intel core i7

Perancangan Kinerja

Dekstop application :

Image processing

Speech recognition

Videoconferencing

Multimedia authoring

Voice and video annotation of files

Simulation modeling

Perancangan Kinerja

(next...) Perancangan kinerja meliputi :

Kecepatan mikroprosesor

keseimbangan kinerja

Perbaikan pada Organisasi dan Arsitektur

Chip

Next…

20

1

Pengantar Organisasi Komputer

Evolusi dan Unjuk Kerja Komputer

(Bagian Ke-2)

Agenda

1.Evolusi Arsitektur Intel x86

2.Embedded Systems dan ARM

3.Penilaian Kinerja

2

Evolusi Arsitektur Intel x86

8080

mikroprosesor umum yang pertama

Jalur data 8 bit

Digunakan dalam PC pertama - Altair

8086 - 5MHz - 29.000 transistor

jauh lebih kuat

16 bit

instruksi cache, instruksi beberapa prefetch

8088 (8 bit bus eksternal): PC pertama IBM

Evolusi Arsitektur Intel x86

(next...) 80286

Beralamat memori 16 Mbyte

naik dari 1Mb

80386

32 bit

Dukungan untuk multitasking

80486

canggih cache yg kuat dan instruksi pipelining

dibangun dalam matematika co-processor

Evolusi Arsitektur Intel x86

(next...) Pentium

superscalar

Beberapa instruksi dieksekusi secara paralel

Pentium Pro

Peningkatan organisasi superscalar

daftar register yang agresif

prediksi cabang

analisis aliran data

eksekusi spekulatif

Evolusi Arsitektur Intel x86

(next...) Pentium II

teknologi MMX

grafik, video dan audio processing

Pentium III

Tambahan instruksi floating point untuk grafis

3D

Pentium 4 Catatan Arab daripada angka Romawi

Selanjutnya floating point dan tambahan multimedia

Evolusi Arsitektur Intel x86

(next...) Core X86 pertama dengan dual core

Core 2 arsitektur 64 bit

Core 2 Quad - 3GHz - 820 juta transistor Empat prosesor pada chip

Embedded Systems dan ARM

(Embedded Systems) Embedded system kombinasi hardware &

software komputer, dan mungkin tambahan

bagian mekanik atau lainnya, yang

dirancang untuk melakukan fungsi khusus.

Di banyak kasus embedded system

bagian dari sistem yang lebih besar atau

produk, seperti dalam kasus sistem

pengereman antilock dalam mobil.

Embedded Systems dan ARM

(Embedded Systems...next) Berbagai ukuran Kendala yang berbeda, optimasi, reuse

Kebutuhan yang berbeda Keamanan, keandalan, real-time, fleksibilitas,

undang-undang

jangka hidup

kondisi lingkungan

Beban dinamis versus Statis

Lambat untuk kecepatan cepat

Perhitungan versus I / O intensif

even diskrit versus dinamika kontinu

Embedded Systems dan ARM

(Embedded Systems...next)

Embedded Systems dan ARM

(ARM) Dirancang oleh ARM Inc, Cambridge,

Inggris

lisensi dari produsen

Kecepatan tinggi, mati kecil, konsumsi

daya yang rendah

PDA, game tangan, ponsel Misalnya iPod, iPhone

Acorn diproduksi ARM1 & ARM2 pada

tahun 1985 dan ARM3 pada tahun 1989

Acorn, VLSI, dan Apple Computer

didirikan oleh ARM Ltd

Embedded Systems dan ARM

(ARM...next) embedded real time

platform aplikasi Linux, Palm OS, Symbian OS, Android,

Windows Mobile

aplikasi aman

Penilaian Kinerja

(Clock Speed) • Key parameters

– Performance, cost, size, security, reliability, power consumption

• System clock speed – In Hz or multiples of

– Clock rate, clock cycle, clock tick, cycle time

• Signals in CPU take time to settle down to 1 or 0

• Signals may change at different speeds

• Operations need to be synchronised

• Instruction execution in discrete steps – Fetch, decode, load and store, arithmetic or logical

– Usually require multiple clock cycles per instruction

• Pipelining gives simultaneous execution of instructions

• So, clock speed is not the whole story

Penilaian Kinerja

(System Clock)

Penilaian Kinerja

(Instruction Execution Rate) • Millions of instructions per second (MIPS)

• Millions of floating point instructions per

second (MFLOPS)

• Heavily dependent on instruction set,

compiler design, processor

implementation, cache & memory

hierarchy

Penilaian Kinerja

(Benchmarks) • Programs designed to test performance

• Written in high level language – Portable

• Represents style of task – Systems, numerical, commercial

• Easily measured

• Widely distributed

• E.g. System Performance Evaluation Corporation (SPEC) – CPU2006 for computation bound

• 17 floating point programs in C, C++, Fortran

• 12 integer programs in C, C++

• 3 million lines of code

– Speed and rate metrics

• Single task and throughput

Penilaian Kinerja

(SPEC Speed Metric) • Single task

• Base runtime defined for each benchmark using reference machine

• Results are reported as ratio of reference time to system run time – Trefi execution time for benchmark i on reference machine

– Tsuti execution time of benchmark i on test system

• Overall performance calculated by averaging ratios for all 12 integer benchmarks

—Use geometric mean – Appropriate for normalized numbers such as ratios

Penilaian Kinerja

(SPEC Rate Metric) • Measures throughput or rate of a machine carrying out a number of

tasks

• Multiple copies of benchmarks run simultaneously

– Typically, same as number of processors

• Ratio is calculated as follows:

– Trefi reference execution time for benchmark i

– N number of copies run simultaneously

– Tsuti elapsed time from start of execution of program on all N processors until completion of all copies of program

– Again, a geometric mean is calculated

Penilaian Kinerja

(Amdahl’s Law) • Gene Amdahl [AMDA67]

• Potential speed up of program using multiple processors

• Concluded that:

– Code needs to be parallelizable

– Speed up is bound, giving diminishing returns for

more processors

• Task dependent

– Servers gain by maintaining multiple connections on

multiple processors

– Databases can be split into parallel tasks

Penilaian Kinerja

(Amdahl’s Law Formula)

• Conclusions

– f small, parallel processors has little effect

– N ->∞, speedup bound by 1/(1 – f)

• Diminishing returns for using more processors

• For program running on single processor

—Fraction f of code infinitely parallelizable with no scheduling overhead

—Fraction (1-f) of code inherently serial

—T is total execution time for program on single processor

—N is number of processors that fully exploit parralle portions of code

Next…

21