ayya si bontot: PENGANTAR TEKNOLOGI INFORMASI

Pengantar Teknologi Informasi

" Pertemuan 4 "

" Arsitektur Sistem Komputer "

Arsitektur Komputer

Arsitektur Komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.

Implementasi arsitektur komputer :
Adalah mengenai bagaimana cara kerja CPU, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke cache memori, RAM, ROM, Hard disk, dll.

Abstraksi Arsitektur Komputer

Struktur Utama Arsitektur Komputer

Central Processing Unit

Memori Utama / Main Memory

I/O

System Interconnection

Fungsi

Central Processing Unit (CPU)
Berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer.

Memori Utama
Berfungsi sebagai penyimpan data.

I/O
Berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

System Interconnection
merupakan sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

Set Instruksi

Set Instruksi/Instruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)
Adalah suatu aspek dalam arsitektur komputer dari sudut pandang seorang programmer.

Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari kumpulan semua kode-kode biner (opcode) yang diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah desain prosesor tertentu. Kumpulan opcode tersebut, umumnya disebut sebagai bahasa mesin (machine language) untuk ISA yang bersangkutan.

Implementasi ISA

ISA yang diimplementasikan dalam bentuk perangkat keras

ARM (Acorn RISC Machine) (Advanced RISC Machine now ARM Ltd)

IA-64 (Itanium/Itanium 2)

MIPS

Motorola 68k

PA-RISC (HP Precision Architecture)

IBM POWER & PowerPC

SPARC

SuperH (Hitachi)

System/360

x86 (IA-32, Pentium, Athlon) (AMD64, EM64T)

ISA yang diimplementasikan dalam bentuk perangkat lunak lalu dibuat perangkat kerasnya

p-Code (UCSD p-System Version III on Western Digital Pascal Micro-Engine)

Java virtual machine (ARM Jazelle, PicoJava)

FORTH

ISA yang tidak pernah diimplementasikan dalam bentuk perangkat keras

SECD machine

ALGOL Object Code

Konsep Dasar

2 KONSEP DESAIN CPU & SET INSTRUKSI

Complex Instruction Set Computing (CISC)

Reduce Instruction Set Computing (RISC)

Teknologi CISC

Set instruksi dibuat lebih efisien dengan memasukkan sejumlah complex instruction (instruksi kompleks)

Sebuah instruksi kompleks ekuivalen dengan tiga atau empat simple instruction.

Diperlukan kompiler efisiensi tinggi untuk menggunakan instruksi kompleks, lebih sering pada saat translasi program bahasa tingkat tinggi ke program bahasa mesin.

Skenario CISC

Kelemahan CISC

Kompleksitas CPU
Desain unit kontrol (pengkodean instruksi) menjadi kompleks karena mempunyai set instruksi yang besar

Ukuran sistem dan biaya
mempunyai banyak sirkuit hardware menyebabkan CPU menjadi kompleks. Sehingga menyebabkan meningkatnya biaya hardware dan kebutuhan daya listrik

Kecepatan clock
siklus CPU yang besar menyebabkan kecepatan clock menurun

Keandalan
hardware yang besar menyebabkan mudah terjadi kegagalan

Mantainability
troubleshooting dan pendeteksian suatu kegagalan mengakibatkan pekerjaan menjadi besar karena besarnya sirkuit yang ada. Namun penemuan microprogramming membantu menurunkan beban tersebut

Contoh CPU CISC

System/360

VAX

PDP-11

Varian Motorola 68000

CPU AMD dan Intel x86

Teknologi RISC

Instruksi sederhana

Set instruksi kecil

Panjang instruksi sama untuk semua instruksi

Eksekusi instruksi yang lebih cepat

Skenario RISC

Contoh CPU RISC

ARM (ARM Ltd)

ATMEL

Power PC (IBM, APPLE)

SPARC (Oracle / Sun Microsystem)

Perbandingan CISC dan RISC

Membandingkan RISC dan CISC

Perkalian dua bilangan dalam Memory

Pada bagian kiri terlihat sebuah struktur memori (yang disederhanakan) suatu komputer secara umum

Memori tersebut terbagi menjadi beberapa lokasi yang diberi nomor 1 (baris): 1 (kolom) hingga 6:4. Unit eksekusi bertanggung-jawab untuk semua operasi komputasi. Namun, unit eksekusi hanya beroperasi untuk data-data yang sudah disimpan ke dalam salah satu dari 6 register (A, B, C, D, E atau F).

Misalnya, kita akan melakukan perkalian (product) dua angka, satu disimpan di lokasi 2:3 sedangkan lainnya di lokasi 5:2, kemudian hasil perkalian tersebut dikembalikan lagi ke lokasi 2:3.

Menggunakan pendekatan CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi. Untuk tujuan contoh kita kali ini, sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang kita beri nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yang berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar. Jadi instruksi-nya cukup satu saja...
MULT 2:3, 5:2

MULT dalam hal ini lebih dikenal sebagai “complex instruction”, atau instruksi yang kompleks. Bekerja secara langsung melalui memori komputer dan tidak memerlukan instruksi lain seperti fungsi baca maupun menyimpan.

Satu kelebihan dari sistem ini adalah kompailer hanya menerjemahkan instruksi-instruksi bahasa tingkat-tinggi ke dalam sebuah bahasa mesin. Karena panjang kode instruksi relatif pendek, hanya sedikit saja dari RAM yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut.

Menggunakan Pendekatan RISC

Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satu siklus.

Dengan demikian, instruksi ‘MULT’ sebagaimana dijelaskan sebelumnya dibagi menjadi tiga instruksi yang berbeda, yaitu “LOAD”, yang digunakan untuk memindahkan data dari memori ke dalam register, “PROD”, yang digunakan untuk melakukan operasi produk (perkalian) dua operan yang berada di dalam register (bukan yang ada di memori) dan "STORE", yang digunakan untuk memindahkan data dari register kembali ke memori.

Berikut ini adalah urutan instruksi yang harus dieksekusi agar yang terjadi sama dengan instruksi “MULT” pada prosesor RISC (dalam 4 baris bahasa mesin) :

LOAD A, 2:3

LOAD B, 5:2

PROD A, B

STORE 2:3, A

Awalnya memang terlihat kurang efisien, hal ini dikarenakan semakin banyak baris instruksi, semakin banyak lokasi RAM yang dibutuhkan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut. Kompailer juga harus melakukan konversi dari bahasa tingkat tinggi ke bentuk kode instruksi 4 baris tersebut.

Menggunakan Pendekatan RISC

Bagaimanapun juga, strategi pada RISC memberikan beberapa kelebihan. Karena masing-masing instruksi hanya membutuhkan satu siklus detak untuk eksekusi, maka seluruh program (yang sudah dijelaskan sebelumnya) dapat dikerjakan setara dengan kecepatan dari eksekusi instruksi “MULT”.

Secara perangkat keras, prosesor RISC tidak terlalu banyak membutuhkan transistor dibandingkan dengan CISC, sehingga menyisakan ruangan untuk register-register serbaguna (general purpose registers). Selain itu, karena semua instruksi dikerjakan dalam waktu yang sama (yaitu satu detak), maka dimungkinkan untuk melakukan pipelining.