Organisasi arsitektur dan komputer (tgs 3 part 2)

SISTEM  INPUT/OUTPUT

1.      MODUL DAN FUNGSI MODUL I/O

·        Modul I/O

    1. Interface dengan CPU dan memori

    2. Interface ke satu atau lebih peripheral

·         Fungsi Modul I/O  :

    1. Control dan Timing

    2. Komunikasi CPU

    3. Device untuk komunikasi

    4. Data Buffering

    5. Deteksi Error

2.      LANGKAH-LANGKAH PENANGANAN I/O

1. CPU mengecek staus modul I/O Device

2. I/O module mengirimkan statusnya

3. Jika ready, CPU meminta transfer data

4. I/O modul mengambil data dari device

5. I/O modul transfer data ke CPU dalam variasi output yang diinginakan

3.      METODE PENGAKSESAN SISTEM I/O

1.   Memori Mapped I/O :

·         Piranti I/O dihubungkan sebagai lokasi memori virtual sehingga port I /O tergantung memori utama

·         Karakteristik :

            1. Port I/O : menempati bagian tertentu pada bus

                       alamat, diakses seolah-olah dari memori

            2. Piranti Input : menjadi bagian dari memori yang

                              memberi data ke bus data

             3. Piranti Otput : menjadi bagian dari memori yang

                              memiliki data di dalamnya.

2.    I/O Mapped I/O :

·         Piranti yang dihubungkan sebagai lokasi terpisah dari lokasi memori, sehingga port I/O tidak tergantugn pada keadaan memori utama

·         Karakteristik :

    1. Port I/O :tidak tergantung memori utama

    2. Transfer Informasi : di bawah  sinyal kontrol

                                     dengan  I/O

    3. Operasi I/O : tergantung sinyal kendali dari CPU

    4. Jenis Instruksi : Instruksi I/O dan Instruksi Memory

    5. Ruang memori dan ruang alamat I/O bisa saja memiliki

        alamat yang sama

    6. Lebih cepat dan efesien

4.      METODE OPERASI SISTEM I/O

1.   I/O Terprogram

·         CPU mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan dengan menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan program tertentu

·         Karakteristik :

            1. Terdapat program untuk memulai-mengarahkan-menghentikan operasi I/O

2. Membutuhkan perangkat keras register

    Register status, register buffer register point buffer dan register counter data

3. Perlu waktu proses yang menyita waktu pemanfaatan CPU

2.   I/O Instruksi (Demand Driven)

·         CPU akan bereaksi ketika suatu piranti mengeluarkan permintaan untuk pelayanan

·         Karakteristik :

              1. Lebih efesian dalam pemanfaatan CPU

              2. Menunggu interupsi dari piranti I/O

              3. Ada 2 metode pemilihan prioritas layanan :

                        polling dan vector interrupt

3.   Direct Memory Access (DMA)

·         Metode transfer data secara langsung antara memori dan piranti dan pengendalian CPU

·         Hanya dapat dilakukan pada piranti I/O berkecepatan tinggi dan mampu mentransfer data besar dalam waktu singkat

·         Metode :

            1. CPU hanya menginisialisasi saluran DMA

            2 DMA Controller mengendalikan transfer data dengan cara : skema transfer blok DMA  dual port dan skema transfer DMA cycle stealing

5.      TRANSFER DATA PADA SISTEM I/O

1.   Format Transfer

            a. Paralel : semua bit pada karakter dikirim secara  bersamaan

                     dalam batas waktu tranmisi tertentu

            b. Serial : data dikirm secara berurutan dalam satu baris

                    komnikasi tunggal, sehingga antara pengirim dan

                    penerima harus membagi batas waktu pengiriman

                    karakter menjadi beberapa sub  interval pengiriman

              

Transfer paralel lebih cepat karena memiliki saluran tranmisi yang banyak, tapi tidak bisa diterapkan pada jarak yang terlalu panjang, karena dapat terjadi interfensi anatar saluran

2.   Mode Transfer

a. Synchronous :

Kecepatan piranti I/0 yang bervariasi sedang data yang dikirim secar serial dan bergantian dalam periode yang sudah diterapkan, maka kecepatan transfer di set pada piranti I/O dengan kecepatan rendah

            b. Asynchronous

        Proses back and forth dalam meneruskan sinyal kendali dari pengirim ke penerima

6.      INTERFACING I/O

·         Suatu alat yang digunakana untuk menghubungkan suatu piranati dengan CPU melalui BUS

·         Fungsi Umum:

            Mensinkronkan data transfer antara CPU dan piranti I/O

Fungsi Detail :

   1. Penyedia status piranti I/O bagi CPU

   2. Memiliki kemampuan interupsi / DMA

   3. Mampu mentransfer instruksi CPU ke piranti

  4. Mampu berfungsi sebagai buffer storage data transfer

   5. Mampu melakukan pengujian kesamaan data

  6. Mampu mendecode dan mengencode data

   7. Memiliki fasilitas khusus:

       Konversi data paralel ke serial, Encoding karakter F1,F2

       BACKSPACE, DELETE dan lain-lain

   8. Menyediakan sinyal status operasi

Komponen Utama :

            1. Device Dependent :bagian yang melayani piranti

            2. Device Independet :bagian yang menghubungkan unit interface ke bus sistem

Strukrur Interface :

            1. Register :

                Kendali (CR) :mencatat instruksi dan informasi dalam piranti

                Status (SR) : mencatat status piranti dan mengeluarkan pesan kesalahan

                Data Input (IDR) dan Data Ouput : sebagai buffer data untuk operasi input dan output

            2. BUS

                Receiver : menangani data input

                Transciever : sirkuit bidirectional data menangani input maupun output

                Driver / Buffer Bus : sirkuit tri state yang menyimpan informasi bus

7.      SISTEM PROSESOR I/O

Mode IOP :

1. Single Shared BUS

    Setiap IOP mengendalikan sejumlah piranti I/O tertentu yang tetap

2. Switching Matriks BUS

                Pensklaran yang memungkinkan transfer bersamaan antara I/O dan modul memori

Format Instruksi IOP :

1. Field Opcode : representasi jenis operasi

2. Field Alamat Memori : alamat awal blok memori yang digunakan untuk transfer

3. Field Word Count : jumlah word yang harus ditransfer

4. Field Kendali : untuk fungsi-fungsi piranti I/O khusus

5. Filed Status : untuk tujuan komunikasi dan pencatatan

REFERENSI   : www.journal.mercubuana.ac.id

Organisasi arsitektur dan komputer (tgs 3 part 1)

SISTEM MEMORI

1.      KLASIFIKASI MEMORI

•   Memori Utama:

1. Internal : RAM, DRAM, SDRAM

2. Eksternal: ROM, PROM, EPROM, CACHE

• Memori Pembantu

Disk magnetik, pita magnetik, floopydisk, drum magnetik, optical disk

MEMORI UTAMA

Memori utama yang digunakan untuk menyimpan dan memanggil data diklasifikasikan menjadi 2 yaitu:

1. RAM (Random Access Memory)

2. CAM (Content Address Memory)

3. MEMORY CACHE

1.      RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)

Ram diakses melalui alamat. Semua lokasiyang dapat dialamati dapat diakses secara acak (random). Membutuhkan waktu akses yang sama tanpa tergantung pada lokai fisik didalam memori. Ada 2 jenis RAM,yaitu;

1. RAM Dinamik

2. RAM Statistik

2.      CAM (CONTENT ADDRESS MEMORY)

Memori diakses berdasarkan isi bukan alamat. Pencarian data dilakukan secara simultan dan parallel. CAM disebut juga memori asosiatif.

3.      MEMORY CACHE

Buffer berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data yang diakses pada saat itu dan data yang berdekatan dalam memori utama. Waktu akses memori cache lebih cepat 5 – 10 kali dibandingkan memori utama.

PRINSIP KERJA MEMORI CACHE

Cache berisi salinan sebagian isi memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memory, dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah word berada di cache. Jika word berada di cache, maka akan dikirimkan ke CPU yang dikenal sebagai proses HITT. Jika tidak ada, maka blok memori utama yang terdiri dari sejumlah word tetapakan diletakkan di cache yang dikenal sebagai proses MISS dan selanjutnya dikirim ke CPU.

IMPLEMENTASI MEMORI UTAMA

Memori Stack

Merupakan struktur data tidak tetap yang kembali dan digunakan untuk menyimpan parameter yang dilalui alamat dalam subroutine call dan return, memanipulasi alamat serta operasi aritmatika .

Memori Modular

Dalam sistem modular RAM dipisah menjadi modul-modul yang berbeda yaitu MAR dan MBR. Penggunaan memori modular biasanya pada sistem pipeline dan prosesor array.

Memori Virtual

Prinsip dasr memori virtual adalah mengalamati ruang penyimpanan logikal yang secara fisik lebih besar dari daripada ruang penyimpanan riil.

MEMORI PEMBANTU  (AUXILIARY MEMORY)

Bersifat mom-volatile yaitu jika tidak ada listrik, maka isi memori tidak hilang. Tidak mempengaruhi langsung fungsi CPU. Yang termasuk memori pembantu adalah;

    1. Pita Magnetik

    2. Disk Magnetik

    3. Floopy Disk

1.      PITA MAGNETIK

Merupakan suatu lajur plastik tipis, lebar ½ inchi, yang dilapisi dengan medium perekaman magnetic. Biasa terbagi menjadi 7/9 track panjang pita. Kerapatan rekaman (bpi) yaitu 800,1600 dan 6250 bpi. Terdapat satu bit paritas untuk pendeteksian kesalahan.

2.      DISK MAGNETIK

Merupakan sebuah lembaran platter. Terdiri atas sebuah kendali disk (interface) dan satu atau lebih disk (platter). Proses penulisan ke disk yaitu disk drive akan menimbulkan kemagnetan pada titik di atas permukaan disk yang secara langsung di bawah head. Proses pembacaan dan disk head diatur agar dapat mendeteksi perubahan arah kemagnetan.

3.      FLOOPY DISK

Merupakan lembaran datar yang tipis dan fleksibel. Hampiran sama dengan harddisk tetapi kapasitas penyimpanannya lebih rendah. Organisasi disk yaitu;

   1. Track : sejumlah lingkaran yang konsentris

   2. Sektor : pembagian permukaan disk secara

                  belahan yang mempunyai ukuran yang

                  sama

   3. Silinder : dibentuk oleh track-track yang

                    berhubungan pada setiap permukaan

2.      DESIGN MEMORI

A. Kecepatan Memori Lawan Kecepatan CPU

·         Awal tahun 1960 –1980, kecepatan memori dan CPU meningkat, namun rasio keseluruhan antara keduanya relatif.

·         Pada era ini kecepatan memori biasanya kurang lebih 10 kali lebih lambat dari kecepatan CPU.

·         CDC 6600, 76000, CRAY 1 dan CRAY X-MP untuk super komputer waktu akses memorinya 10 sampai 14 kali waktu siklus CPU

VAX 11/780, 8600 dan 8700 untuk mini komputer waktu akses memorinya 4 sampai 7 kali siklus CPU.

·         Pertengahan tahun 1980, kecepatan CPU jauh meningkat hingga 50 kali kecepatan memori, contoh CRAY

Keuntungan dari perubahan ini adalah :

·         Memori besar umumnya memerlukan hardware khusus untuk mendeteksi dan mengoreksi kesalahan, yang menambah waktu akses memori efektif.

·         CPU yang paling cepat merupakan pipelined

B. Ruang Alamat Memori

·         Semakin besar ruang alamat memori yang disediakan maka akan semakin baik namun harus diperhatikan pula bahwa dalam  perubahan tersebut tidak harus merubah secar keseluruhan dan mendasar daripada arsitektur yang telah dibangun.

C. Keseimbangan Antara Kecepatan Dan Biaya

·         Sifat dari teknologi memori

·         Harga unitnya turun dengan sangat cepat,

·         sedangkan kecepatannya secara perlahan

·         meningkat.

·         Adanya berbagai kecepatan dan biaya dalam

·         peralatan memori.

REFERENSI   : www.journal.mercubuana.ac.id

Organisasi arsitektur dan komputer (tgs 2 part 7)

2.   CPU

2.4.  Register

Register dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti “register 8-bit”, “register 16-bit”, “register 32-bit”, atau “register 64-bit” dan lain-lain.

Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata “Register Arsitektur”. Sebagai contoh set instruksi Intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

Register terbagi menjadi beberapa kelas:

• Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).
• Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
• Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
• Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point).
• Register konstanta (constant register), yang digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifat read-only), semacam phi, null, true, false dan lainnya.
• Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.
• Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.
• Register yang spesifik terhadap model mesin (machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain prosesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi prosesor.

REFERENSI  :  http://lovelytoraya.wordpress.com/2010/11/30/organisasi-arsitektur-komputer-memori/