TUGAS
ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER KE 2.
(arsitektur
set komputer dan central processing unit)
1.ARSITEKTUR SET INSTRUKSI.
Set Instruksi
didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat
oleh para pemrogram. Secara, 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. ISA yang populer digunakan adalah set
instruksi untuk chip Intel x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC,
DEC Alpha, dan lain-lain.
ARSITEKTUR SET INSTRUKSI
ITU SENDIRI MELIPUTI :
A.JENIS-JENIS INSTRUKSI.
Jenis – jenis instruksi
dapat berupa :
-
Data processing : arithmetic dan logic
instructions.
-
Data storage : memory instruktions.
-
Data movement : I/O instructions.
-
Control : test and branch instructions.
B.TEKNIK
PENGALAMATAN
Metode
pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitekturdi sebagian unit
pengolah pusat(CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur
dan menentukan bagaimana bahasa mesinpetunjuk dalam arsitektur untuk
mengidentifikasi operan dari setiap instruksi.. Sebuah mode pengalamatan
menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan
menggunakan informasi yang diadakan di registerdan / atau konstanta yang
terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat
lain.
Jenis-jenis metode pengamatan
A.Direct Absolute(pengalamatan langsung).
Hal ini membutuhkan ruang dalam
sebuah instruksi untuk cukup alamat yang besar.. Hal ini sering tersedia di
mesin CISC yang memiliki panjang instruksi variabel, seperti x86.. Beberapa
mesin RISC memiliki Literal khusus Atas instruksi Load yang
menempatkan sebuah 16-bit konstan di atas setengah dari register.. Sebuah literal instruksi ATAUdapat
digunakan untuk menyisipkan 16-bit konstan di bagian bawah mendaftar itu,
sehingga alamat 32-bit kemudian dapat digunakan melalui mode pengalamatan tidak
langsung mendaftar, yang itu sendiri disediakan sebagai "base- plus-offset
"dengan offset 0.
B.Immidiate.
Bentuk pengalamatan ini yang paling
sederhana
·
Operand
benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama
dengan field alamat
·
Umumnya
bilangan akan disimpan dalam bentuk kompleent dua
·
Bit paling
kiri sebagai bit tanda
·
Ketika
operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga
maksimum word data Contoh: ADD 5 ; tambahkan 5 pada akumulator.
C.Indirect register.
·
Metode
pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak
langsung
·
Perbedaannya
adalah field alamat mengacu pada alamat register.
·
Letak
operand berada pada memori yang dituju oleh isi register
·
Keuntungan
dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan
pengalamatan tidak langsung
Keterbatasan field alamat diatasi
dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat
direferensi makin banyak Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode
pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori
utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung.
D.Indirect- memori.
Salah satu mode pengalamatan yang
disebutkan dalam artikel ini bisa memiliki sedikit tambahan untuk menunjukkan
pengalamatan tidak langsung, yaitu alamat dihitung menggunakan modus beberapa
sebenarnya alamat dari suatu lokasi (biasanya lengkap kata) yang berisi alamat
efektif sebenarnya. Pengalamatan tidak langsung dapat digunakan untuk kode atau
data.. Hal ini dapat membuat pelaksanaan pointer ataureferensi atau menanganilebih
mudah, dan juga dapat membuat lebih mudah untuk memanggil subrutin yang tidak
dinyatakan dialamati. Pengalamatan tidak langsung tidak membawa hukuman
performansi karena akses memori tambahan terlibat.
Beberapa awal minicomputer (misalnya
Desember PDP-8, Data General Nova) hanya memiliki beberapa register dan hanya
rentang menangani terbatas (8 bit).Oleh karena itu penggunaan memori tidak
langsung menangani hampir satu-satunya cara merujuk ke jumlah yang signifikan
dari memori.
E.Register.
Pada beberapa komputer, register
dianggap sebagai menduduki 16 pertama 8 atau kata-kata dari memori (misalnya
ICL 1900, DEC PDP-10).. Ini berarti bahwa tidak perlu bagi yang terpisah
"Tambahkan register untuk mendaftarkan" instruksi - Anda hanya bisa
menggunakan "menambahkan memori untuk mendaftar" instruksi. Dalam
kasus model awal PDP-10, yang tidak memiliki memori cache, Anda benar-benar
dapat memuat sebuah loop dalam ketat ke dalam beberapa kata pertama dari memori
(register cepat sebenarnya), dan berjalan lebih cepat daripada di memori inti
magnetik. Kemudian model dari DEC PDP-11seri memetakan register ke alamat di
output / area input, tetapi ini ditujukan untuk memungkinkan diagnostik
terpencil. register 16-bit dipetakan ke alamat berturut-turut byte 8-bit.
F.Index.
Indexing adalah field alamat
mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi
pemindahan positif dari alamat tersebut
·
Merupakan
kebalikan dari mode base register
·
Field alamat
dianggap sebagai alamat memori dalam indexing
·
Manfaat
penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program iteratif.
G.Base index.
Base index, register yang
direferensi berisi sebuah alamat memori, dan field alamat berisi perpindahan
dari alamat itu Referensi register dapat eksplisit maupun implicit.Memanfaatkan
konsep lokalitas memori.
H.Base index plus offset.
Offset biasanya nilai 16-bit masuk
(walaupun 80386 diperluas ke 32 bit). Jika offset adalah nol, ini menjadi
contoh dari register pengalamatan tidak langsung, alamat
efektif hanya nilai dalam register dasar. Pada mesin RISC banyak, register 0
adalah tetap sebesar nilai nol.. Jika register 0 digunakan sebagai register
dasar, ini menjadi sebuah contoh dari pengalamatan mutlak.. Namun,
hanya sebagian kecil dari memori dapat diakses (64 kilobyte, jika offset adalah
16 bit). 16-bit offset mungkin tampak sangat kecil sehubungan dengan ukuran
memori komputer saat ini (yang mengapa 80386 diperluas ke 32-bit).. Ini bisa
lebih buruk: IBM System/360 mainframe hanya memiliki 12-bit unsigned offset..
Namun, prinsip berlaku: selama rentang waktu yang singkat, sebagian besar item
data program ingin mengakses cukup dekat satu sama lain. Mode pengalamatan ini
terkait erat dengan mode pengalamatan terindeks mutlak. Contoh 1: Dalam
sebuah sub rutin programmer terutama akan tertarik dengan parameter dan
variabel lokal, yang jarang akan melebihi 64 KB, yang satu basis register (yang
frame pointer) sudah cukup. Jika rutin ini adalah metode kelas dalam bahasa
berorientasi objek, kemudian register dasar kedua diperlukan yang menunjuk pada
atribut untuk objek saat ini (ini atau diri dalam beberapa bahasa tingkat
tinggi). Contoh 2: Jika register dasar berisi alamat dari
sebuah tipe komposit (record atau struktur), offset dapat digunakan untuk
memilih field dari record (catatan paling / struktur kurang dari 32 kB).
I.Relatif.
PengalamatanRelative, register yang direferensi secara implisit adalah
program counter (PC)Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu
ditambahkan ke field alamat Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk
menyediakan operand-operand berikutnya.
C.DESAIN SET INSTRUKSI.
Desain set instruksi merupakan masalah
yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:
1.Kelengkapan set instruksi
2.Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas :
-source code
compatibility
-Object code
Compatibility
Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut
:
a) Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja
yang
disediakan, dan berapa sulit operasinya
b) Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah
c) Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
d) Register: Banyaknya register yang dapat digunakan
e) Addressing: Mode pengalamatan untuk operand
Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitekturprosessor adalah
dengan melihat jumlah alamat yangterkandung dalam setiap instruksinya.
Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam
sebuah instruksi :
1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat
instruksi berikutnya)
2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi
operand)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan
hasilnya)
2.CPU atau
CENTRAL PROCESSING UNIT.
Central
Processing Unit (CPU) bisa dibilang sebagai otaknya komputer yang terdiri dari
suatu system. Seperti layaknya otak manusia, bila salah satu system tidak dapat
bekerja maka bisa mengakibatkan komputer menjadi hang dan tidak dapat berfungsi
sebagaimana mestinya. Isi dari CPU itu sendiri terdiri dari: Processor. Memori
RAM, Hard disk. Floppy disk drive, CD/DVD rom, kartu VGA, sound card, dan
motherboard.
A.SISTEM BUS.
B U S
Adalah suatu sistem yang mempunyai putaran
kontrol sendiri dan berubah - ubah terhadap berbagai komponen, termasuk CPU,
yang ingin menggunakannya. BUS membawa informasi diantara komponen dari satu
peralatan atau subsistem.
JENIS B U S :
- BUS LOKAL, yaitu bus yang paling sederhana
terdiri atas set kawat atau kabel( jika ia diproduksi sebagai bagian dari papan
sirkuit). BUS ini disebut bus lokal karena ia merupakan bagian dari peralatan
yang menggunakkan dan mengontrolnya. Dalam CPU, bus lokal umumnya terbagi dalam
tiga jenis, yaitu bus alamat, bus data dan bus kontrol. BUS ALAMAT cenderung
dikhususkan untuk suatu tujuan dan biasanya bersifat unidireksional. BUS DATA
bersifat umum, ia bisa membawa data, intruksi, dan juga alamat, dan ia
menyampaikan data ke dan dari sistem memori utama, peralatan I/O yang
dilengkapkan, serta ALU. Sedangkan BUS KONTROL membawa signal dari unit kontrol
ke komponen lain dari komputer dan kembali ke unit kontrol. Signal kontrol yang
ia bawa akan mengontrol operasi dari komponen yang menerima signal tersebut.
- BUS SISTEM
Ialah bersifat fungsional independen dari
komputer. Setiap bus sistem mempunyai sirkuit kontrol sendiri yang disebut bus
controller, dan dalam setiap pengontrol bus ada arbiter, yang memproses request
untuk menggunakan bus.
B.ARITHMATIC
LOGIC UNIT.
ALU
merupakan bagian dari CPU yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan
operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin
bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit aritmatika dan
unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika)
yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi
aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan
disebut adder.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan
dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika
meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu,
yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<), kurang atau
sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (³
).
C.CENTRAL LOGIC UNIT.
CLU
pada komputer memasukkan informasi tentang instruksi dan mengeluarkan baris
kendali yang diperlukan untuk mengaktifkan operasi-mikro yang semestinya. CLU
terbentuk atas sebuah prosesor instruksi (IP
atau instruction processor) yang
berfungsi untuk mengendalikan fetch,
perhitungan alamat dan siklus interupsi, kemudian prosesor aritmatika (AP atau arithmatic processor) yang berfungsi untuk mengendalikan siklus
eksekusi bagi operasi aritmatika dan logika.
D.SET REGISTER.
Prosesor memiliki 16 register 16 bit , meskipun hanya 12
dari mereka adalah tujuan yang benar-benar umum. Empat pertama telah
mendedikasikan menggunakan :
A.r0 (alias PC) adalah program counter ,anda bisa
melompat dengan menentukan r0,dan konstanta yang diambil langsung dari aliran
instruksi menggunakan pasca-kenaikan mode pengalamatan r0.
B.r1 (alias SP) adalah stack pointer . ini di gunakan
oleh panggilan dan instruksi dorong , dan dengan penanganan interupsi . hanya
ada satu stack pointer ; MSP430 tidak memiliki apapun yang menyerupai mode
supervisor. Pointer stack selalu tidak jelas apakah LSB bahkan
diimplementasikan.
C.r2 (alias SR) adalah register status.
D.ini didesain untuk 0. Jika ditetapkan sebagai sumber ,
nilainya adalah 0. Jika ditetapkan sebagai tujuan, nilai tersebut aka dibuang.
-CONTROL REGISTER
Adalah prosesor yang mengubah atau mengontrol CPU atau
perangkat digital lainya. Tugas dari control register adalah untuk mengontrol
setiap alamat yang ada di cpu dan untuk switching mode pengalamatan.
E.CACHE MEMORY.
Cache berasal dari kata cash. Dari istilah tersebut cache adalah tempat menyembunyikan atau
tempat menyimpan sementara. Sesuai definisi tersebut cache memori adalah tempat menympan data sementara.
Cara ini dimaksudkan untuk meningkatkan transfer data dengan menyimpan data
yang pernah diakses pada cache tersebut, sehingga apabila ada data yang ingin
diakses adalah data yang sama maka maka akses akan dapat dilakukan lebih cepat.Cache memori ini adalah memori tipe SDRAM yang memiliki kapasitas terbatas namun
memiliki kecepatan yang sangat tinggi dan harga yang lebih mahal dari memori
utama. Cache memori ini terletak antara register dan RAM (memori utama) sehingga pemrosesan data tidak
langsung mengacu pada memori utama.
Level cache memory
Tembolok memori ada tiga level yaitu L1,L2 dan L3. Tembolok memori
level 1 (L1) adalah tembolok memori yang terletak dalam prosesor (cache
internal). Tembolok ini memiliki kecepatan akses paling tinggi dan harganya
paling mahal. Ukuran memori berkembang mulai dari 8Kb, 64Kb dan 128Kb.Tembolok
level 2 (L2) memiliki kapasitas yang lebih besar yaitu berkisar antara 256Kb
sampai dengan 2Mb. Namun tembolok L2 ini memiliki kecepatan yang lebih rendah
dari tembolok L1. Tembolok L2 terletak terpisah dengan prosesor atau disebut
dengan cache eksternal. Sedangkan tembolok level 3 hanya dimiliki oleh prosesor
yang memiliki unit lebih dari satu misalnya dualcore dan quadcore. Fungsinya
adalah untuk mengontrol data yang masuk dari tembolok L2 dari masing-masing
inti prosesor.
Cara
Kerja cache memory
Jika
prosesor membutuhkan suatu data, pertama-tama ia akan mencarinya pada tembolok.
Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya dengan delay yang sangat
kecil. Tetapi jika data yang dicari tidak ditemukan,prosesor akan mencarinya
pada RAM yang kecepatannya lebih rendah. Pada umumnya, tembolok dapat
menyediakan data yang dibutuhkan oleh prosesor sehingga pengaruh kerja RAM yang
lambat dapat dikurangi. Dengan cara ini maka memory bandwidth akan naik dan
kerja prosesor menjadi lebih efisien. Selain itu kapasitas memori cache yang
semakin besar juga akan meningkatkan kecepatan kerja komputer secara keseluruhan.
Dua
jenis tembolok yang sering digunakan dalam dunia komputer adalah memory caching dan disk
caching. Implementasinya dapat berupa sebuah bagian khusus dari memori utama komputer atau sebuah media penyimpanan data khusus yang
berkecepatan tinggi.
Implementasi memory caching sering disebut sebagai memory cache dan tersusun dari memori komputer
jenis SDRAM yang berkecepatan tinggi. Sedangkan
implementasi disk caching menggunakan sebagian dari memori
komputer.
F.VIRTUAL
MEMORY.
VIRTUAL MEMORY YAITU memori sementara
yang digunakan komputer untuk menjalankan berbagai program
aplikasi ataupun menyimpan data yang membutuhkan memory yang
lebih besar dari memory yang telah tersedia.
Program ataupun data
yang tidak muat dimasukan pada memory asli ( RAM ),
Jadi
Virtual Memori adalah sebuah sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk
menggunakan sebagian dari Memori Sekunder yaitu Harddisk seolah-olah ia
menggunakannya sebagai memori internal/utama (RAM) fisik yang terpasang di
dalam sebuah sistem komputer. Sistem ini beroperasi dengan cara memindahkan
beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam hard drive yang
disebut dengan page file.
Dalam sistem
operasi berbasis Windows NT, terdapat sebuah komponen yang mengatur memori
virtual yaitu Virtual Memory Manager (VMM) yang memiliki fungsi untuk dapat
memetakan alamat-alamat virtual yang dimiliki oleh sebuah proses yang berjalan
ke dalam page memori fisik di dalam komputer. Dengan cara ini maka setiap
proses dapat memperoleh memori virtual yang cukup agar dapat berjalan dan tidak
mengganggu memori yang sedang digunakan oleh proses lainnya. VMM menangani
paging antara RAM dan page file agar setiap aplikasi 32-bit dapat mengakses
memori hingga 4 Gigabyte, meskipun Windows hanya membatasinya pada kisaran 2
Gigabyte.
Jadi, untuk
komputer yang mempunyai memori / RAM kecil ada baiknya memperbesar virtual
memori agar tetap dapat menjalankan aplikasi yang membutuhkan memori yang besar
terutama untuk game.
SUMBER :
