Diktat arsitektur & organisasi komputer

DIKTAT

ARSITEKTUR DAN ORGANISASI

KOMPUTER

Di Susun Oleh:

Yulianingsih

Darwin Isasar Panjaitan

Dewi Anjani

UNIVERSITAS INDRAPRASTA PGRI

JAKARTA

2013

i

DAFTAR ISI

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

1. Definisi Komputer 1

2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer 2

3. Evolusi dan Kinerja Komputer 3

BAB 2. SISTEM BUS

1. Definisi dan Fungsi Bus 10

2. Struktur Interkoneksi 11

3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus 12

BAB 3. MEMORI

1. Definisi dan Fungsi Memori 16

2. Memori Utama Semikonduktor 17

3. Koreksi Kesalahan 21

4. Memori Virtual 24

BAB 4. MEMORI CACHE

1. Definisi dan Fungsi 26

2. Metode Pemetaan 27

3. Algoritma Penggantian 31

BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

1. Magnetic Disc 33

2. Optic Disc 36

3. Blu-Ray Disc 38

4. Magnetic Tape 38

BAB 6. STORAGE ARRAY

1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk) 40

2. Storage Area Network (SAN) 43

BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi 45

2. Penjadwalan 46

3. Manajemen Memori 47

BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN


2. Sistem Masukan dan Keluaran 51

3. Teknik Masukan dan Keluaran 52

BAB 9. SET INSTRUKSI

1. Elemen-elemen Instruksi 54

2. Format-format Instruksi 55

BAB 10. MODE PENGALAMATAN


2. Teknik Pengalamatan 59

BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

1. Komponen Utama CPU 66

2. Siklus pada CPU 67

3. RISC dan CISC 72

BAB 12. CONTROL UNIT

1. Fungsi dan Operasi Control Unit 75

2. Microoperation 75

3. Input dan Output pada Unit Control 77

BAB 13. KOMPUTASI PARALLEL

1. Klasifikasi Multiprosesor 79

2. Komputasi Paralel 81

3. Klasifikasi Komputer Parallel 82

4. Analisa Algoritma Parallel 86

DAFTAR PUSTAKA 90

Arsitektur dan Organisasi Komputer - universitas Indraprasta 1

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

1. Definisi Komputer

Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang menerima informasi sebagai masukan

digital dan mengolah informasi tersebut berdasarkan instruksi yang tersimpan dalam komputer

sehingga menghasilkan keluaran informasi.

Penggambaran secara sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama masukan, keluaran

,memori , ALU dan kontrol yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri:

Unit masukan menerima input yang dijadikan sebagai informasi untuk disimpan didalam memori

selanjutnya informasi dioleh pada unit ALU berdasarkan instruksi yang didapat pada memori.

Hasil-hasil yang diperoleh dikeluarkan melalui unit keluaran. Sementara seluruh proses diawasi

oleh unit kontrol.

Organisasi Komputer

Organisasi komputer merupakan bagian yang berhubungan dengan unit-unit operasional dan

interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek

arsitekturnya. Contoh: perangkat antar muka, teknologi memori, sinyal kontrol dan lain

sebagainya.

Masukan Aritmatika dan

Kontrol Keluaran Memori

Gambar 1.1. Unit Fungsional dasar pada komputer


Arsitektur Komputer

Arsitektur berhubungan dengan atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang

programmer. Contoh: set instruksi, teknik pengalamatan dan lain sebagainya.

2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer

Struktur Utama Komputer

Central Processing Unit (CPU): pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan

fungsi – fungsi komputer. CPU umumnya disebut sebagai prosesor.

Memori Utama: sebagai penyimpan data.

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

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

Gambar 1.2. Struktur Dasar Komputer

Dari keempat komponen tersebut CPU merupakan komponen yang paling kompleks.

Struktur CPU:

Control Unit: mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.

Arithmetic And Logic Unit (ALU): membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.

Register: penyimpan internal bagi CPU.

CPU Interconnection: menghubungkan seluruh bagian dari CPU.


Fungsi Komputer

Fungsi operasi dasar sistem komputer:

Fungsi Operasi Pengolahan Data

Fungsi Operasi Penyimpanan Data

Fungsi Operasi Pemindahan Data

Fungsi Operasi Kontrol

Gambar 1.3. Operasi-Operasi Komputer

Gambar a. mengilustrasikan komputer sebagai fungsi operasi pemindahan data. Gambar b

operasi penyimpanan data sementara c dan d fungsi komputer sebagai fungsi operasi pengolahan

data.


3. Evolusi dan Kinerja Komputer

Sejarah Singkat Komputer

Generasi Pertama: Tabung Vakum (1945-1955)

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat

oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan

komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.

ENIAC dibuat di bawah lembaga Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah

badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata

baru.

ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000

tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai

5.000 operasi penambahan perdetik. ENIAC masih merupakan mesin desimal, representasi

data bilangan dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20

akumulator, yang masing-masing akumulatornya mampu menampung 10 digit desimal. Setiap

digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung vakum.

Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel

switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC selesai pada tahun

1946.

John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC

pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer

barunya,bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program

tersimpan ( stored-program concept ).

Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang kemudian di

kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

Struktur komputer IAS terdiri dari :

Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.


Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.

Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori

sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.

I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Gambar 1.4. Struktur Komputer IAS

Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40

binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun

instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda

dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing-masing 8 bit kode

operasi (op code) dan 12 bit alamat.

Op Code Alamat Op Code Alamat

Instruksi Kiri Instruksi Kanan

Gambar 1.5. Format Memori IAS

0 7 8 19 20 27 28 39


Unit kontrol maupun ALU berisi lokasi- lokasi penyimpanan yang disebut register yang terdiri

dari beberapa jenis yaitu:

Memory Buffer Register (MBR): berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori

atau digunakan untuk menerima word dari memori.

Memory Address Register (MAR): untuk menentukan alamat word di memori untuk

dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.

Instruction Register (IR): berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.

Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi

sebelah kanan word di dalam memori.

Program Counter (PC): berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil

dari memori.

Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ): digunakan untuk penyimpanan

sementara operand dan hasil ALU.

IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21

instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :

Data transfer: memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau

antara dua register ALU sendiri.

Unconditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu

Conditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat

tertentu agar dihasilkan suatu nilai percabangan.

Arithmetic: kumpulan operasi yang dibentuk oleh ALU.

Address Modify: instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat dikomputasi

memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

Kelebihan komputer IAS:

Mesin alamat tunggal

Panjang instruksinya pendek sehingga menghasilkan program yang kecil.

Pengambilan instruksi dilakukan dua sekaligus sehingga mempercepat waktu siklus instruksi.


Address modify menghasilkan perubahan field alamat instruksi yang lain dalam memori.

Kekurangan komputer IAS:

Lemah dalam pelaksanaan operasi I/O.

Tidak mempunyai tipe instruksi “call” dan “return”

Gambar 1.6. Struktur Detail Komputer IAS


Komputer Komersial

Tahun 1950 dianggap sebagai industri komersial dengan berdirinya dua perusahaan yaitu Sperry

dan IBM.

Tahun 1947 Eckkert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Operation untuk

memproduksi komputer secara komersial. UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

merupakan komputer pertama yang mereka hasilkan.

Generasi kedua: transistor (1955-1965)

Pada era ini tidak lagi menggunakan tabung vakum melainkan transistor. Daya dan bentuknya

relative kecil. Transistor ditemukan tahun 1947 di Bell Labs. Dengan adanya transistor nikerja

hardware komputer makin cepat prosesnya. Memori makin besar kapasitasnya namun makin

kecil bentuknya. ALU menjadi lebih komplek ,lahirnya bahasa tingkat tinggi dan software sistem

operasi. Pada generasi ini munculnya Digital Equipment Corporation dengan komputer

pertamanya PDP 1.

Generasi Ketiga: Integrated Circuit (1965-1980)

Ditemukannya Integrated Circuits (IC) yang terbuat dari silicon oleh Robert Noyce pada tahun

1958 yang merupakan konsep penggabungan komponen elektronika dalam satu paket.

Generasi Keempat: Very Large Scale Integration

Diawali dengan peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004 yang merupakan tonggak awal

perkembangan mikroprosesor selanjutnya.

Perancangan Kinerja

Perkembangan mikroprosesor sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Sehingga

menyebabkan berkurangnya sinkronisasi operasi antar komponen.


Gambar grafik perbandingan perkembangan kecepatan mikroprosesor dan memori.

Metode yang digunakan untuk mengatasi perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor

dengan komponen lainnya:

Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan

lintasan sistem bus.

Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan teknik cache atau pola buffer

lainnya pada keeping DRAM.

Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan menggunakan hirarki

bus-bus yang lebih cepat dan membuat struktur aliran data.

Evolusi komputer Pentium dan power PC

Teknologi Pentium menggunakan rancangan CISC (Complex Instruction Set Computers) dalam

arsitekturnya. Sedangkan PowerPC menerapkan teknologi RISC (Reduced Instruction Set

Computers) yang akan dibahas pada bagian-bagian selanjutnya.


BAB 2. SISTEM BUS

1. Definisi dan Fungsi Bus

Sistem bus merupakan penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalani

tugasnya. Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel pada motherboard yang

menghubungkan modul-modul. Jalur bus pada modul-modul I/O dibuat menjadi slot-slot yang

mudah dilepas pasang. Sedangkan jalur bus pada chips akan terhubung melalui pinnya.

2. Struktur Interkoneksi

Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancangan

struktur interkoneksi bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya.

Gambar 2.1. Modul-modul Komputer


Dari jenis pertukaran data yang diperlukan struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan

data berikut:

Memori ke CPU: CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

CPU ke Memori: CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

I/O ke CPU: CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O

CPU ke I/O: CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O

I/O ke Memori atau dari Memori:digunakan pada sistem DMA.

Interkoneksi Bus

Merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada

sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

Struktur Bus

Sebuah bus terdiri atas beberapa saluran. Secara umum fungis saluran bus dikategorikan dalam

tiga bagian yaitu: saluran data, alamat dan kontrol.

Gambar 2.2. Pola Interkoneksi bus

Data bus adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluran atau

lebar bus berhubungan dengan panjang word.

Address bus digunakan untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada data bus dan

saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

Control bus digunakan untuk mengontrol bus data, alamat dan seluruh modul yang ada.


Sinyal kontrol terdiri atas:

Sinyal pewaktuan: digunakan untuk menandakan validitas data dan alamat

Sinyal perintah: membentuk suatu operasi.

Secara umum saluran kontrol meliputi:

Memory write: memerintahkan data pada bus akan dituliskn ke dalam lokasi alamat.

Memory read: memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

I/O write: memerintahkan data pada bus dikirm ke lokasi port I/O

I/O read: memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

Transfer ACK: menunjukan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada

bus.

Bus request: menunjukan bahwa modul memerlukan kontrol bus

Bus grant: menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

Interrupt request: menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

Interrupt ACK: menunjukan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

Clock: kontrol untuk sinkronisasi antar modul.

Reset: digunakan untuk melalukan inisialisasi seluruh modul.

3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus

Dikarenakan bus merupakan jalur yang menghubungkan antar perangkat didalam sistem

komputer maka setiap operasi akan menggunakan jalur ini dua kegiatan operasi pada jalur bus:

Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

Meminta penggunaan bus

Apabila telah disetujui modul akan memidahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

Operasi meminta data dari modul lainnya:

Meminta penggunaan bus

Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.

Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.


Hirarki Multiple Bus

Terlalu banyaknya modul atau perangkat yang terhubung dengan bus maka kinerja sistem

menjadi menurun yang disebabkan antara lain:

Semakin besar delay propgansi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

Antrian penggunaan bus semakin panjang.

Habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Untuk mengantisipasi dapat dilakukan dengan penggunaan bus jamak yang heirarkis yang terdiri

atas bus lokal, bus sistem dan bus ekspansi.

Gambar 2.3. Arsitektur Bus Jamak Tradisional

Gambar 2.4. Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi


Prosesor, cache dan memori utama terletak pada bus level tinggi karena memiliki karakteristik

pertukaran data yang tinggi. Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan

pada bus ekspansi.

Pada bus jamak kinerja tinggi bus kecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor. perubahan

pada arsitektur tidak mempengaruhi kinerja bus.

4. Elemen Rancangan Bus

Jenis Bus

Dibedakan menjadi dua:

Dedicated bus, khusus menyalurkan data tertentu misal data saja atau alamat saja.

Multiplexed bus, menyalurkan data yang berbeda baik data, alamat atau sinyal kontrol.

Kategori ini memliki keuntungan hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat

tempat namun kerugiannya adalah kecepatan transfer menurun.

Metode Arbitrasi

Terdiri dari dua macam metode:

Tersentral: diperlukan arbiter sebagai pengontrol penggunaan bus oleh modul

Terdistribusi: setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengatur

pertukaran data melalui bus.

Timing

Metode terbagi menjadi dua:

Pewaktuan sinkron: terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu. Biasanya satu

siklus untuk satu event.

Pewaktuan asinkron: memungkinkan kerja modul yang tidak sama kecepatannya. Event yang

terjadi tergantung pada event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal validasi.


Lebar Bus

semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu dan semakin

besar bus alamat semakin banyak range lokasi yang dapat direferensikan.

Contoh Bus:

Industry Standard Architecture (ISA)

Peripheral Component Interconnect (PCI): bus yang tidak tergantung pada prosesor dan

berfungsi sebagai bus peripheral. Digunakan untuk sistem I/O berkecepatan tinggi seperti:

NIC, video, sound card dan sebagainya,

Universal Standard Bus (USB): digunakan untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.

Keuntungan penggunaan USB pemakai tidak perlu membuak casing untuk memasang

peralatan I/O baru dan tidak perlu memasang tombola tau jumper pada PCB atau peralatan.

Small Computer System Interface (SCSI): menggunakan interface paralel 8,16 atau 32

saluran data. Merupakan interface untuk drive CD-ROM, audio, hard disk, perangkat

eksternal berukuran besar.


BAB 3. MEMORI

1. Definisi dan Fungsi Memori

Memori berdasarkan lokasi terbagi mejadi tiga yaitu register, memori internal dan memori

eksternal. Register merupakan memori yang terletak pada prosesor sementara memori internal

dan eksternal berada diluar prosesor, yang membedakan keduanya adalah memori internal

(memori utama dan cache) pengaksesan dilakukan langsung oleh prosesor sementara memori

eksternal (disk, pita) terakses menggunakan piranti I/O.

Memori harus mampu mengikuti kecepatan CPU tujuan agar terjadi sinkronisasi kerja untuk

menghindari adanya waktu tunggu. Semakin besar kapasitas semakin besar waktu akses dan

semakin kecil harga per bitnya.

Metode mengakses unit data meliputi:

Akses Squential: memori diorgaisasi mejadi unit-unit yang disebut record. Informasi

pengalamatan dipakai untuk memisahkan record dan pencarian lokasi Akses dibuat dalam

bentuk urutan linier yang spesifik. Digunakan mekanisme baca/tulis bersama. Contoh : pita

magnetik

Akses Langsung: terdapat mekanisme baca/tulis bersama. Setiap blok dan record mempunyai

alamat unit berdasarkan lokasi fisik. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Contoh:

disk

Akses Acak: waktu untuk mengakses lokasi yang ditentukan tidak tergantung pada urutan

akses sebelumnya dan dilakukan secara langsung.contoh: memori utama

Associatif: memungkinkan untuk melakukan perbandingan dari suatu lokasi bit dengan

pencocokan secara spesifik suatu word secara simultan.

Berdasarkan karakterisitik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja:

Waktu akses: waktu yang dibutuhkan untuk baca tulis.

Waktu siklus: waktu akses ditambah waktu untuk menghilang pada saluran sinyal.


Transfer rate: untuk non random akses hubungan berikut harus terpenuhi:

TN = TA + dimana

TN = waktu rata-rata untuk baca/tulis N bit

TA = waktu akses rata-rata

N = jumlah bit

R = kecepatan transfer dalam bit perdetik (bps)

Satuan memori paling sederhana disebut sebagai bit. Satuan lainnya dikatakan sebagai byte (1

byte = 8 bit) dan kumpulan byte dinyatakan dalam word. Pajang word yang biasa digunakan

adalah 8,16 dan 32 bit

Tingkatan satuan memori

Kilobytes (Kb) 1024 bytes

Megabyte (Mb) 1,048,576 bytes

Gigabyte (Gb) 1,073,741,824 bytes

Terabyte (Tb) 1,099,511,627,776 bytes

Tabel 3.1. Tingkatan dan Satuan Memori

2. Memori Utama Semikonduktor

Elemen dasar dari memori utama semikonduktor adalah sel memori yang umumnya mempunyai

tiga terminal fungsional yang mampu membawa sinyal elektrik dan mempunyai karakter:

Memiliki dua keadaan stabil atau semi stabil direpresentasikan dengan 0 dan 1.

Mempunyai kemampuan untuk ditulis sedikitnya satu kali untuk menetapkan keadaan.


Kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan.

Jenis-jenis memori semikonduktor

Tipe memori Kategori Penghapusan Mekanisme Tulis Volatilitas

Random Acces

Memory (RAM) Baca - tulis

Secara elektrik,

tingkatan byte Secara elektrik Volatile

Read only

memory (ROM) Baca saja Tidak mungkin

mask

Non-volatile

Programmable

ROM (PROM)

Secara elektrik

Erasable PROM

(EPROM)

Baca saja

Sinar UV,

tingkatan keping

Electrically

EPROM

(EEPROM)

Secara elektrik,

tingkatan byte

Flash Secara elektrik,

tingkatan blok

Sel Sel Memili MemiliData masuk Memili

Baca Tulis

Gambar 3.1. Operasi Sel


RAM

Random Akses Memori memiliki sifat diakses secara acak melalui logika wired-in-addressing

dan volatile. Memori ini digunakan kan sebagai media penyimpan sementara. Teknologi yang

digunakan pada RAM ada dua yaitu dinamis dan statis.

RAM Dinamis (DRAM) disusun oleh sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada

kapasitor. Sifat dari kapasitor memiliki kecenderungan untuk mengosongkan muatan hal ini

menyebabkan DRAM memerlukan muatan listrik secara berkala untuk memelihara

penyimpanan. Memori jenis ini berkapasitas besar dikarenakan memiliki lebih banyak sel perunit

luas atau lebih padat. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori dinamik digunakan pada

memori utama.

RAM Statis (SRAM) pada memori nilai biner disimpan menggunakan konfigurasi flip-flop yang

tradisional dan umumnya memiliki sifat lebih cepat dibanding memori dinamis. Karakteristik

tersebut mengakibatkan memori statis digunakan pada memori cache.

ROM

Read Only Memory memiliki sifat menyimpan data secara permanen tidak dapat diubah dan

nonvolatile. Dengan demikian mengakibatkan setiap data yang tersimpan menjadi aman namun

tidak memungkinkan untuk melakukan koreksi. Perubahan data dilakukan hanya dengan

melakukan penyisipan secara elektrik dengan bantuan alat khusus tanpa menghapus data

sebelumnya. Programmable ROM (PROM) merupakan jenis memori dari ROM yang dapat

melakukan hal tersebut.

Jenis-jenis memori ROM lainnya yang memiliki sifat lebih sering dilakukan pembacaan jika

dibandingkan dengan penulisan adalah EPROM, EEPROM dan flash. Perbedaan diantara ketiga

memori tersebut dalah pada proses penghapusan data EPROM dilakukan secara tingkatan

keping, EEPROM penghapusan dilakukan secara tingkatan byte dan flash penghapusan

dilakukan secara blok yang merupakan tingkat menengah diantara EPROM dan EEPROM

dipandang dari sisi harga dan kemampuan


Pengemasan Keping

Penggunaaan pin pada EPROM keping 8 Mbit yang diorgnisasiskan sebagai 1M x 8. Dengan pin

32 (standar) yang mendukung beberapa saluran sinyal antara lain:

Alamat word yang sedang diakses. 1M word diperlukan 20 buah pin (A0-A19)

Data yang akan dibaca terdiri dari 8 saluran (D0 – D7)

Catu daya pada saluran Vcc

Grounding pada Vss

Chip Enable (CE) digunakan untuk menentukan kevalidan dari pin bila terdapat lebih dari

satu keping memori pada bus yang sama, A19.

Tegangan program (Vpp)


3. Koreksi Kesalahan

Kesalahan pada memori semikonduktor dapat dikategorikan kedalam 2 keadaan:

1. Kesalahan berat, merupakan kerusakan sel memori secara permanen dikarenakan cacat

pabrikasi atau lainnya yang mengakibatkan memori tidak dapat dibaca/tullis.

2. Kesalahan ringan merupakan kerusakan nondestructive yang dapat mengubah isi data

didalam sel memori tanpa merusak sel yang disebabkan adanya gangguan pada pasokan

tenaga atau partikel alfa. Jenis kesalahan ini dapat masih dapat dikoreksi dengan dua

cara:

2.1. Deteksi kesalahan

Deteksi kesalahan dengan cara menambahkan data word (W) dengan suatu kode

(K) yang disebut sebagai bit cek paritas, W + K. kesalahan ditemukan dengan

memeriksa bit paritas. Richard Hamming (1950) menggunakan diagram Venn

untuk melakukan deteksi pada word 4 bit .

0

1 1

1

0

1 1

1

0

0

1

0

01

1

0

0

1

A A

A

B B

B

C

C

C

0

01

1

0

0

1

A

C

B

1 2

3 4


Pada word data 4 bit digambarkan dengan diagram Venn 3 lingkaran yang saling

berpotongan dan membentuk 7. Kotak pertama berisikan data. Pada kotak kedua

parity bit yang kosong diisikan dengan bilangan logika 1 sehingga berjumlah

genap. Pada kotak ketiga ditemukan adanya kesalahan penulisan bit pada data

dengan melihat bilangan logika 1 yang tidak genap.

Koreksi kesalahan 8 bit data:

Data Bits Bit Paritas SEC Bit Paritas DEC

8 4 5

16 5 6

32 6 7

64 7 8

128 8 9

512 9 10

8 bit data diperlukan 4 bit tambahan sehingga panjang seluruhnya adalah 12 bit

Posisi bit 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Nomor

posisi

1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001

Bit data D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1

Bit cek C8 C4 C2 C1

Bit cek paritas ditempatkan dengan perumusan 2N dimana N = 0,1,…sedangkan

bit data adalah sisanya. Kemudian dengan exclusive-OR dijumlahkan sebagai

berikut:


C1 = D1 D2 D4 D5 D7

C2 = D1 D3 D4 D6 D7

C4 = D2 D3 D4 D8

C8 = D5 D6 D7 D8

Setiap cek bit beroperasi pada setiap posisi bit data yang nomor posisinya berisi

bilangan 1 pada kolomnya. Contoh pada data 00111001 kemudian ganti bit data

ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai errornya. Bagaimana untuk mendapatkan data ke 3

sebagai bit yang terdapat error?

Jawab: masukan data pada perumusan cek bit paritas

C1 = 1 0 1 1 0 = 1

C2 = 1 0 1 1 0 = 1

C4 = 0 0 1 0 = 1

C8 = 1 1 0 0 = 0

Bit 3 mengalami kesalahan sehingga data menjadi 00111101

C1 = 1 0 1 1 0 = 1

C2 = 1 1 1 1 0 = 0

C4 = 0 1 1 0 = 0

C8 = 1 1 0 0 = 0

Apabila bit-bit cek dibandingkan antara yang lama dengan yang baru maka

terbentuk syndrom word:


C8 C4 C2 C1

0 1 1 1

0 0 0 1

0 1 1 0 = 6

Jika diperhatikan posisi ke-6 adalah data ke-3

Mekanisme koreksi kesalahan akan meningkatkan reabilitas memori namun menambah

kompleksitas pengolahan data mengurangi kapasitas memori karena adanya bit parity.

4. Memori Virtual

Memori virtual diperlukan pada dua kasus dalam mengeksekusi program-program besar yang

mempunyai ukuran melebihi ukuran fisik memori:

memori utama prosesor tidak cukup untuk menjalankan program besar

ukuran fisik memori utama dibiarkan kecil untuk mengurangi biaya walapun prosesor

mempunyai ruang memori logic yang besar.

Keuntungan memori virtual:

Ukuran program tidak dibatasi oleh ukuran memori fisik.

User tidak perlu mengestimasi alokasi memori melainkan didilakukan secar otomatis sesuai

permintaan program.

Manual folding dieliminasi untuk menjalankn program-program besar.

Program dapat diload dalam suatu area memori fisik karena program tidak menggunakan

alamat fisik..


Mekanisme Memori Virtual

Kapanpun suatu instruksi atau operand harus diakses, prosesor akan mencari didalam memori

utama jika tersedia maka proses dilanjutkan jika tidak tersedia maka interupsi dibangkitkan atau

yang dikenal dengan page fault untuk meminta sistem operasi melakukan swapping (pertukaran).

Swapping merupakan suatu peristiwa dimana pada suatu saat hanya sebagian program yang

dikirim dari harddisk ke memori utama. Pada saat diperlukan bagian yang tidak berada pada

memori utama dikirim dari harddisk, dan pada saat yang sama bagian dari suatu program yang

berada pada memori utama dikeluarkan dan disimpan di harddisk.

Dua metode yang umum dalam implementasi memori virtual:

Paging: software sistem membagi program menjadi sejumlah page

Segmentation: pemrogram menyusun program ke dalam segmen-segmen berbeda dengan

ukuran yang berbeda.


BAB 4. MEMORI CACHE

1. Definisi dan Fungsi

Keberadaan memori cache dimaksudkan untuk mempercepat kerja dari memori utama sehingga

mendekati kecepatan prosesor, cache memiliki salinan data dari memori utama. Pada saat CPU

membaca sebuah word memori maka terlebih dahulu akan memeriksa keberaan word tersebut

didalam cache bila ditemukan akan langsung dikirim ke CPU bila tidak ditemukan maka

pencarian akan dilanjutkan ke memori utama. Cache terhubung dengan prosesor melalui saluran

data, kontrol dan alamat.

Gambar 4.1. Cache dan Memori Utama

Keberadaan cache bisa terletak pada prosesor yang disebut on chip cache atau cache internal/

cache tingkat 1 (L1) dan berada diluar prosesor yang disebut off chip cache atau cache

eksternal/cache tingkat 2 (L2)

Pada gambar berikut menjelaskan konsep kerja dari prosesor menuju cache dengan kondisi cache

hit yaitu suatu keadaan ditemukannya data didalam cache dan cache miss keadaan tidak

ditemukannya data didalam memori cache.

Pada peristiwa cache hit, buffer alamat dan buffer data akan diabaikan komunikasi terjadi hanya

diantara prosesor dan cache.

Pada keadaan cache miss alamat akan dimuat pada sistem bus dan data akan dikembalikan dari

cache maupun prosesor melalui buffer data.

Waktu yang digunakan untuk membawa word data dari memori utama menuju prosesor disebut

sebagai miss pinallty.

Word Block

CPU Cache Memori utama

Kapasitas kecil, cepat

Kapasitas besar, lambat


Gambar 4.2. Organisasi Cache Memori

Semakin besar ukuran cache maka semakin lambat unjuk kerja dari cache tersebut. Memori

cache disusun atas sejumlah baris (disebut juga blok) dengan ukuran setiap baris sama dengan

ukuran blok pada memori utama hanya saja memori utama memiliki jumlah blok yang lebih.

Untuk itu diperlukan metode pemetaan untuk melakukan pemindahan word data dari keduanya.

2. Metode Pemetaan

Pemetaan Langsung, blok memori utama dipetakan ke satu baris khusus dalam memori

cache. Setiap saluran pada baris cache akan diberikan alamat dari blok sehingga tidak ada

2 blok memori utama dipetakan pada baris yang sama pada cache.

Kelebihan:

Metode ini sederhana karena tag dari baris cache hanya satu yang cocok dengan field tag

dari memori utama yang diberikan.

Kekurangan :

Blok memori tertentu dipetakan pada suatu baris cache yang tetap. Jika dua blok yang

sering diakses terjadi untuk dipetakan pada baris cache yang sama maka hit ratio pada

baris yang sering diakses kecil menyebabkan eksekusi program menjadi lambat.


Gambar 4.2. Organisasi Cache Pemetaan Langsung

Pemetaan Asosiatif

Setiap blok memori utama akan dimuat kesembarang saluran cache berdasarkan tag yang

dimiliki memori utama yang diatur oleh kontrol logika cache. Metode ini mengatasi

kekurangan pada pemetaan langsung.

Kelebihan :

Fleksibelitas tinggi. Suatu blok memori dapat dimuatkan pada sembarang baris cache

Kekurangan:

Merupakan sistem yang mahal. Pengontrol cache menjadi komplek karena pencarian

parallel terhadap perpindahan blok pada baris.


Gambar 4.3. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif

Pemetaan Assosiatif Set

Merupakan penggabungan dari dua metode pemetaan langsung dan assosiatif. Jumlah

total baris cache dikelompokan ke dalam set yang banyak. Setiap blok memori utama

dapat dimuat dalam sembarang saluran cache.

Kelebihan:

Menyediakan fleksibelitas yang lebih baik. Terdapat pilihan yang banyak dalam

pemetaan suatu blok memori.

Selama pembacaan dan pencarian terjadi hanya dalam suatu set. Tidak seperti assosiatif

pencarian dilakukan pada semua cache.

Kekurangan:

Biaya lebih mahal daripada pemetaan langsung namun tidak lebih mahal dari pemetaan

assosiatif.


Gambar 4.4. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif Set

Gambar 4.4. Contoh Pemetaan Asosiatif Set


Gambar 4.5. Contoh Pemetaan Asosiatif Set

3. Algoritma Penggantian

Merupakan metode yang digunakan untuk membuat kosong isi dari memori cache untuk dapat

dimuatkan blok data yang baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan algoritma

penggantian. Tiga metode algoritma penggantian yang akan diuraikan sebagai berikut:

Random Choice: memilih baris cache secara acak tanpa suatu acuan.

First In First Out (FIFO) : memilih set yang telah berada pada cache dalam waktu yang lama.

Least Frequently Used (LFU): mengganti blok data yang mempunyai referensi paling sedikit.


Least recently Used (LRU) mengganti blok data terlama yang berada pada cache dan tidak

memiliki referensi.

Write Policy

Sebelum dilakukan penggantian terhadap data yang berada pada memori cache perlu dilakukan

cek apakah data pada memori telah sama. Bila data memori utama telah using maka segera

digantikan. Dua metode yang digunakan:

Write Through Policy

Penulisan data yang sama dalam memori utama sekaligus dalam memori cache. Metode ini

memperlambat eksekusi dikarenakan setiap saat memerlukan akses ke memori utama.

Write Back Policy penulisan hanya pada memori cache saja. Data pada memori cache akan

dipindahkan ke memori utama apabila cache ingin melakukan perubahan data. Hal ini akan

menimbulkan masalah apabila perangkat I/O mengakses data pada memori utama yang

belum update.

Pendekatan yang mungkin dilakukan bagi koherensi cache meliputi:

Bus Watching with Write Through, cache controller akan melakukan monitoring bus alamat

untuk mendeteksi setiap operasi. Apabila ditemukan adanya penulisan pada alamat yang

dipakai bersama maka data pada cache akan dianggap tidak valid.

Hardware transparency, adanya perangkat keras tambahan yang menjamin semua updating

data pada memori utama dan cache.

Non Cacheable Memory, hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan secara

bersama oleh lebih dari satu prosesor. seluruh Akses yang masuk pada bagian memori ini

dianggap sebagai cache miss dikarenakan data tidak akan pernah disalin kedalam cache.


BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

1. Magnetic Disc

Disc merupakan penyimpan eksternal pada sistem komputer yang berbahan non magnetik yang

dapat dimagnetisasi dan berbentuk lingkaran. Proses baca dan tulis pada disk menggunakan head

yaitu kumparan yang dimuati listrik hingga menghasilkan medan magnet.

Disk tersusun dari sejumlah ribuan lingkaran yang semakin ketengah semakin rapat yang

disebut sebagai track. Setiap track dibatasi oleh gap yang bertujuan untuk menghindari kesalahan

baca atau tulis yang disebabkan melesetnya head atau gangguan dari medan magnet. Lebar track

sama dengan lebar head.

Data yang tersimpan dalam pada track berbentuk blok berukuran tidak lebih besar dari track itu

sendiri yang disebut sebagai sector.

Gambar 5.1 Penampang Disk Magnetik

Untuk melakukan baca atau tulis head harus mengetahui letak awal dan posisi sector maupun

track melalui header dari setiap data.


Field ID merupakan header data berfungsi untuk menentukan letak sector dan track. Byte

SYNCH merupakan pola bit yang menandakan awal field data.

Gambar 5.3. Multiple Platter Disk

Sync Byte Track Head Sector CRC Sync Byte Data CRC

Gambar 5.2.Format Data pada track

Gap 1 Gap 3 Data Gap 2 Id Gap 1 ID Gap 2 Data Gap 3


Karakterisitik Magnetik Disk

Karakteristik Jenis Keterangan

Gerakan Head Fixed head (satu per track)

Movable head (satu per

permukaan)

Pada fixed head masing-masing track

memiliki satu head.

Pada movable hanya terdapat satu head

yang bergerak untuk mencari posisi track

Portabilitas Disk Removable disk

Nonremovable disk

Removable disk berkapasitas lebih besar

dan fleksible

Sisi Bersisi tunggal

Bersisi ganda

Platter Single Piringan tunggal

Multiple platter

Mekanisme head Kontak

Gap tetap

Gap aerodinamika

(Winchester)

Pada mekanisme kontak, head bersentuhan

dengan permukaan disk.

Pada Gap tetap terdapat jarak antara head

dengan permukaan semakin padat data

semakin dekat dan semakin besar terjadinya

kesalahan baca tulis.

Seek Time disebut sebagai waktu yang digunakan head untuk menemukan track yang dicari.

Rotational latency disebut sebagai waktu berputar yang digunakan sector untuk menemukan

headnya apabila track sudah didapatkan.


Acces time adalah waktu yang diperlukan disk untuk berada pada posisi siap membaca dan

menulis.

Disk Drive

Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

Fisik lebih fleksible Fisik lebih kaku

Kapasitas lebih kecil Kapasitas lebih besar

Waktu akses dan transfer data lebih cepat Waktu akses dan transfer data lebih cepat

Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

lebih lambat lebih cepat

Lebih rentan mengalami kerusakan Kerusakan data lebih sedikit

Saat baca tulis head menyentuh permukaan

media

Head melayang diatas permukaan pada jarak

dekat yang disebut flying head

Mempunyai dua permukaan Mempunyai dua permukaan dengan banyak

piringan

2. Optical Disc

Compact Disc (CD)

Pertama kali ditemukan tahun 1983 dengan kapasitas mencapai 700 MB berbahan dasar

aluminium berbungkus plastik atau resin yang dapat memantulkan cahaya. Pembacaan informasi

menggunakan sinar laser berdaya rendah dan tidak dapat dihapus dengan baca tulis

menggunakan teknik direct acces. CD berisi track berbentuk spiral yang berawal dari pusat

menuju sisi luar. Kecepatan rotasi semakin menuju pusat semakin lambat.


CD-R (Compact Disk Recordales): berbahan dasar resin polycarbonate. Memiliki sifat tidak

dapat dihapus menjadikannya back up data terbaik.

CD-RW (Compact Disk Rewritables): penulisan dapat dilakukan berulang berbahan dasar logam

perpaduan dari perak, indium, antimo dan tellurium.

Digital Versatile Disc (DVD)

Dikembangkan tahun 1997 berkapasitas 4,7 GB untuk yang bersisi tunggal dan berkapasitas

lebih untuk yang ganda. Penulisan menggunakan sinar laser dibuat dalam format sebuah ROM

serta dapat dihapus (DVD-E) dan yang dapat ditulisi sekali (DVD-R). Media berbahan dasar

polikarbonat dan menggunakan teknik direct acces. Baca tulis menggunakan teknis direct access.

Blu-Ray Disc (BD)

Blu-ray Disc (BD) adalah sebuah media penyimpanan cakram optik yang dirancang untuk

menggantikan format DVD. Disk plastik 120 mm dan diameter 1,2 mm, ukuran yang sama

seperti DVD dan CD. Konvensional (pre-BD-XL) Blu-ray Disc mengandung 25 GB per layer,

dengan cakram dual layer (50 GB) menjadi standar industri untuk fitur-panjang cakram video.

Disc tiga lapisan (100 GB) dan lapisan quadruple (150 GB) yang tersedia untuk BD-XL ulang-

penulis drive. [3] Nama Blu-ray Disc mengacu pada laser biru yang digunakan untuk membaca

disk, yang memungkinkan informasi untuk menjadi disimpan dengan kepadatan yang lebih besar

daripada yang mungkin dengan laser merah panjang-panjang gelombang yang digunakan untuk

DVD. Aplikasi utama dari Blu-ray Disc adalah sebagai media untuk bahan video seperti film.

Selain spesifikasi hardware, Blu-ray Disc dikaitkan dengan satu set format multimedia.

Umumnya, format ini memungkinkan untuk video dan audio untuk disimpan dengan definisi

yang lebih besar dari pada DVD.

Format ini dikembangkan oleh Sony dan Blu-ray Disc Association, sebuah kelompok yang

mewakili pembuat elektronik konsumen, perangkat keras komputer, dan film. Blu-ray Disc

pertama prototipe yang diresmikan pada bulan Oktober 2000, dan pemain prototipe pertama

dirilis pada bulan April 2003 di Jepang. Setelah itu, ia terus dikembangkan sampai rilis resmi

pada bulan Juni 2006.


IDE Disk (Hardisk)

Pengalamatan menggunakan LBA (Logical Block Addressing) yaitu metode pengalamatan yang

hanya member nomor pada sector-sekto mulai dari 0 hingga 224-1. Metode yang mengharuskan

pengontrol menkonversi alamat-alamat LBA menjadi head, sector dan silinder.

SCSI Disk (Harddisk)

SCSI (Small Computer System Interface) metode pengalamatan sama dengan IDE perbedaan

mampu mentranfer data dalam kecepatan tinggi yang menjadikanya standar bagi beberapa

prodesen komputer. Selain itu dapat dianggap sebagai sebuah bus yang mampu mengontrol

hingga 7 peralatan al: CD, recorder CD, scanner dan sebagainya. Media tersebut dikenali okeh

SCSI berdasarkan ID unik yang mereka miliki.

3. Magnetic Tape

Berbentuk track-track parallel mempunyai head baca tulis tunggal dan dimana head baca dan

tulis dipisahkan. Head harus melewati bagian-bagian pita lain yang ada sebelumnya secara serial.

Cocok untuk menyimpan data besar namum tidak untuk pembacaan secara acak. Bit disimpan

dalam selebar pita dalam suatu frame dan sepanjang pita dalam bentuk data terkecil yang

disebut record. Pengaksesan dilakukan


secara sequensial. Apabila head berada lebih atas dari letak record yang diinginkan maka

pita harus dimundurkan. Kecepatan putaran pita rendah transfer data menjadi lambat.

Track 2

Track 1

Track 0

Tepi bawah pita

Arah baca tulis

Gambar 5.4 Pita Magnetik


BAB 6. STORAGE ARRAY

1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

Redundancy Array of Independent Disk merupakan pengaturan beberapa disk memori dengan

sistem akses parallel dan redudansi guna meningkatkan reliabilitas khususnya penyimpanan

berbasis data. Konsep ini menggantikan disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk-disk

berkapasitas kecil dengan mendistribusian data pada disk-disk tersebut.

Karakteristik RAID:

Sekumpulan disk drive yang dianggap sebagai satu sistem tunggal.

Data didistribusikan ke drive fisik array

Digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recovery data ketika terjadi

masalah.

Tingkatan RAID

RAID Level 0

Metode drive spinning, block interleave data spinning atau disk stripping digunakan pada level

ini yaitu penempatan blok-blok data pada stripe dalam beberapa permukaan disk. Level ini tidak

menawarkan fault tolerance karena tidak memiliki redundansi. Kelebihan ketiadaan redundansi

adalah kinerja lebih tinggi. Direkomendasikan untuk data yang tidak kritis yang membutuhkan

kecepatan baca tulis yang tinggi.

Gambar 6.1. RAID 0 (Nonredundant)


Raid Level 1

Konsep yang digunakan pada level ini adalah secara mirroring dengan memberikan proteksi

kegagalan yang terbaik dimana proses tulis dilakukan pula pada mirror set yang mengakibatkan

kinerja lebih lambat dari RAID 0. Namun mengakibatkan proses baca menjadi lebih cepat.

Direkomendasikan untuk proses yang memerlukan fault tolerance tinggi seperti kuntansi dan

gaji. Harga mahal karena diperlukan jumlah disk dua kali lipat.

Raid Level 2

Menggunakan konsep data stripping. Pada level ini disk terbagi menjadi disk penyimpan data

dan disk parity yaitu disk tambahan untuk menyimpan informasi koreksi kesalahan yang

dibangkitkan dengan metode kode hamming. Adanya metode koreksi ini mengakibatkan kinerja

menjadi lebih lambat.

Raid Level 3

Konsep yang dibangun sama dengan RAID level 2 yang membedakan pada jumlah penggunaan

disk parity yang hanya 1 saja. Level ini dinilai lebih ekonomis. Berguna untuk penyimpanan data

dengan blok-blok yang besar.

Gambar 6.2. RAID 1 (Disk Mirroring)

Drive Data Drive Hamming

Gambar 6.3. RAID 2 (redundancy melalui kode Hamming


Raid Level 4

Konsep yang diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai

parity. Tidak direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

Raid Level 5

Konsep yang digunakan sama dengan level 4 hanya saja penempatan parity disebar pada masing-

masing disk. Direkomendasikan untuk file dan server aplikasi, email dan server pemberitaan,

server berbasis data dan web dikarenakan memiliki proteksi terbaik untuk harga murah.

Raid Level 6

Kekurangan RAID adalah terjadinya kerusakan fisik secara bersamaan dikarenakan waktu

penggunaan. Level ini menjawab kerusakan multidisk pada RAID. Yaitu dengan menggandakan

Parity

Gambar 6.4. RAID 3, Bit interleave data striping dengan parity

Gambar 6.6. RAID 5, Block interleave dengan parity terdistribusi

Gambar 6.5. RAID 4, Block Interleave data striping dengan satu parity disk

Parity


paritas dan meletakan secara menyebar. Dan menempatkan sebuah level proteksi kedua yang

menggunakan kode-kode reed Solomon error correction disamping parity. Konsep yang

diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai parity. Tidak

direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

2. Storage Area Network (SAN)

Merupakan teknologi media penyimpanan yang terhubung dengan jaringan terpisah dari jaringan

utama (LAN/WAN) yang dimiliki oleh suatu organisasi. Secara fisik SAN terdiri dari controller

dan storage dengan konsentrator switch. Dengan kata lain SAN merupakan storage berbasis

networking yang terhubung dengan network utama

Dengan demikian SAN dapat menangani trafik data dalam jumlah besar antara server dan

peralatan penyimpan tanpa mengurangi bandwith yang ada pada jaringan utama.

Keuntungan penggunaan SAN:

Availability: satu salinan data dapat diakses oleh semua host melalui jalur yang berbeda dan

semua data lebih efisien dalam pengaturannya.

Reliability: infrastruktur yang dapat menjamin tingkat kesalahan yang minimal dan

kemampuan dalam mengatasi kegagalan.

Scalability: server maupun media penyimpan dapat ditambahkan secara independent.

Performance: menggunakan Fiber Channel dengan bandwidth 100MBps dengan overhead

(informasi mengenai data tersebut) yang rendah. Trafik back up dan jalur utama LAN/WAN

dipisahkan.

Gambar 6.7. RAID 5, Block interleave dengan parity terdistribusi


Manageability: manajemen dilakukan terpusat dan deteksi, koreksi kesalahan yang proaktif.

Return on Information Management: bertambahnya tingkat redundansi, kemampuan

manajemen dan penambahan server maupun media penyimpan secara independen

mengakibatkan biaya kepemilikan menjadi rendah sementara mampu menaikan Return on

Information Management (ROIM) jika dibandingkan dengan media penyimpanan tradisional.

Gambar 6.8. Storage Area Network


BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi

Merupakan program yang mengontrol eksekusi program aplikasi dan bertindak sebagai antar

muka antara brainware dan hardware.

Layanan-layanan yang disediakan sistem operasi:

Pembuatan program: layanan program utilitas seperti editor dan debugger yang bukan

bagian dari sistem operasi tetapi dapat di akses melalui sistem operasi

Eksekusi program:

Akses ke perangkat I/O: Digunakan untuk menjalankan program dengan bantuan I/O

Device, seperti:

- Request Device ( pemintaan peralatan)

- Release Device ( Mengeluarkan peralatan)

- Read (Baca)

- Write (Tulis)

Akses terkontrol ke file: menyediakan mekanisme perlindungan untuk mengontrol akses

ke file-file

Akses sistem: mengontrol akses kesistem secara keseluruhan .

Pendeteksian Kesalahan dan tanggapan: Untuk pelacakan, mencari kesalahan terdapat

terjadi di dalam Prosesor atau Memori

Akuntansi

Jenis sistem operasi

Interaktif: pengguna berinteraksi secara langsung dengan komputer.

Batch: program pengguna ditampung secara bersama program pengguna lainnya dan

kemudian disampaikan oleh operator komputer. Setelah program diselasaikan hasilnya

dicetak bagi pengguna.


Multiprogramming: beberapa program disimpan dimemori dalam sekali waktu tertentu untuk

kemudian dilakukan proses secara bersama untuk meningkatkan kinerja dari prosesor.

Uniprogramming : satu proses yang dilakukan dalam waktu tertentu.

2. Penjadwalan

Pada multiprogramming penjadwaln sangat diperlukan sekali guna mengatur seluruh proses yang

sedang berlangsung. Jenis-jenis penjadwalan:

Penjadwalan jangka pendek: menjadwalkan alokasi pemroses diantara proses-proses

ready dalam memory utama

Penjadwalan jangka menengah: menangani proses-proses yang tertunda ketika kondisi

yang membuat tertunda hilang proses langsung dimasukan ke memori utama dalam status

ready untuk diproses

Penjadwalan jangka panjang : bertugas pada antrian proses (batch) dan emilih proses

berkutnya yang akan dieksekusi. Berprioritas lebih rendah dan digunakan sebagai pengisi

agar pemroses selalu dalam keadaan sibuk

Batch

Queue

CPU

Suspended Ready Queue

Ready

Queue

Suspended Blocked Queue

Program Jangka Pendek

Program Jangka Menengah

Program Jangka Panjang

Program-program

Gambar 7.1. Penjadwalan


Tujuan Penjadwalan

Efisiensi

Utilisasi CPU: membuat CPU selalu sibuk

Respon time: waktu mulai menjawab sampai selesai

Meminimalkan Turn around time, yaitu jumlah waktu eksekusi dan waktu tunggu.

Memaksimalkan Throughput, hasil yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu.

Ada 2 strategi penjadwalan :

1. Penjadwalan nonpreemptive: Setiap proses diberi sejumlah waktu tertentu oleh prosesor

setiap proses tidak dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses lainnya hingga

proses yang sedang berlangsung selesai.

FIFO (First In First Out): mengutamakan proses yang terlebih dulu masuk

SJF (Shortest Job First) : mengetahui seluruh waktu dari setiap proses untuk

mengambil proses dengan waktu terpendek yang terlebih dahulu dilayani.

2. Penjadwalan preemptive : proses dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses

lainnya dan akan dilanjutkan kemudian.

RR (Round Robin): semua proses dianggap penting dan diberi sejumlah waktu yang

disebut quantum untuk dapat menyelesaikan proses.

PS (Priority Schedulling): setiap proses memiliki prioritas dan prosesor mengutaman

proses yang memilki prioritas lebih tinggi. Jika semua prioritas sama maka FIFO

yang akan digunakan untuk menyelesaikan proses.

3. Manajemen Memori

Pada uniprogramming memori utama dibagi menjadi dua satu bagian untuk sistem operasi dan

satu bagian untuk program yang sedang dieksekusi. Pada sistem multiprogramming bagian

pengguna dari memori dibagi lagi untuk mengakomodasi berbagai proses. Teknik pengaturan

memori yang demikian disebut sebagai manajemen memori yang efektif pada multiprogramming


Swapping

Suatu proses dapat di-swap secara temporary keluar dari memori dan dimasukkan ke backing

store, dan dapat dimasukkan kembali ke dalam memori pada eksekusi selanjutnya.

Backing store –disk cepat yang cukup besar untuk mengakomodasi copy semua memori

image pada semua user; menyediakan akses langsung ke memori image.

Roll out, roll in – varian swapping yang digunakan dalam penjadualan prioritas; proses

dengan prioritas rendah di-swap out, sehingga proses dengan prioritas tinggi dapat di-load

dan dieksekusi.

Bagian terbesar dari swap time adalah transfer time, total transfer time secara proporsional

dihitung dari jumlah memori yang di swap.

Modifikasi swapping dapat ditemukan pada sistem UNIX, Linux dan Windows.

Contiguous Allocation

Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian:

Resident operating system, biasanya tersimpan di alamat memori rendah termasuk

interrupt vector .

User proces menggunakan memori beralamat tinggi/besar.

Single-partition allocation

Relokasi register digunakan untuk memproteksi masing-masing user proses dan

perubahan kode sistem operasi dan data.

Relokasi register terdiri dari alamat fisik bernilai rendah; limit register terdiri dari

rentang/range alamat logik, setiap alamat logik harus lebih kecil dari limit register.

Paging

Membagi memori fisik ke dalam blok (page, frame) dengan ukuran tertentu (fixed) yang

seragam.

Memudahkan manajemen free memory (hole) yang dapat bervariasi.


Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar seperti pada

variable partition (compaction).

OS lebih sederhana dalam mengontrol (proteksi dan kebijakan) pemakaian

memori untuk satu proses.

Standard ukuran blok memori fisik yang dialokasikan (de-alokasi) untuk setiap proses.

Ukuranya (tergantung OS): 512 byte s/d 16 KB.

Segmentation

Skema pengaturan memori yang mendukung user untuk melihat memori tersebut..

Sebuah program merupakan kumpulan dari segment. Sebuah segement berisi unit logik

seperti:

main program,

procedure,

function,

method,

object,

local variables, global variables,

common block,

stack,

symbol table, arrays

Offset: 16 bits

Sistem Operasi ditinjau dari Segi PROSES

Sistem Operasi, terdiri dari sekumpulan program untuk suatu resources (memori). Bagaimana

hubungan antara program-program baik selama proses berjalan dan kapan program tersebut

harus dipergunakan?.

Kondisi utama dalam proses Sistem Operasi.

1. RUN

Adalah proses yang sudah dipilih oleh prosesor dan program-programnyanya sedang

berjalan.


2. WAIT

Adalah proses yang sedang menunggu yang dikarenakan adanya event/kejadian

Misal: suatu operasi Input-Output yang sedang berjalan maka prosesor tidak akan

melakukan proses, karena I/O yang sedang beroperasi.

3. READY

Adalah proses dalam kondisi yang siap dilaksana kan/ready, akan tetapi jumlah proses

lebih banyak dari jumlah prosesor sehingga proses tersebut harus menunggu giliran untuk

diproses (Ready to Run)

Kondisi lain;

1. SUBMIT

Adalah kondisi dimana pemakai/user memasukan suatu JOB kedalam sistem, dan

sistem tersebut harus memberikan suatu respon.

2. HOLD

Adalah kondisi dimana Job dimasukan telah dikonversikan kedalam bentuk yang

“readable” (yang dapat dibaca oleh mesin). Tetapi tidak ada resources yang

dialokasikan untuk job tersebut, sehingga untuk ke kondisi berikutnya harus

dialokasikan terlebih dahulu.

3. COMPLETE

Adalah kondisi dimana prosesor telah menyelesaikan proses komputasi dan semua

resource sudah dikembalikan.


BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN


Unit masukan dan keluaran merupakan bagian komponen utama dari sistem komputer selain dari

CPU dan memori. Dalam modul I/O berisikan logika yang mengatur dan menghubungkan antara

perangkat erksternal dengan sistem bus sekaligus antara perangkat eksternal lainnya .

Beberapa alasan mengapa perangkat eksternal eksternal tidak terhubung secara langsung dengan

sistem bus adalah:

Banyaknya variasi perangkat eksternal.

Perbedaan kecepatan transfer data antara perangkat eksternal dengan CPU maupun

memori.

Perbedaan format dan panjang data antara perangkat erksternal dengan CPU

2. Sistem Masukan dan Keluaran Komputer

Dalam menjalankan tugasnya fungsi modul I/O terbagi menjadi beberapa kategori:

1. Kontrol dan pewaktuan: melakukan pengaturan dan pengawasan supaya terjadinya

sinkronisasi antara CPU, memori dan perangkat eksternal.

2. Komunikasi CPU:

meliputi proses-proses menerima perintah dari CPU untuk perangkat eksternal,

Modul I/O

Link ke perangkat luar lainnya

Sistem BUS

Gambar 8.1 Modul I/O


pertukaran data antara CPU dengan perangkat eksternal,

pelaporan status modul I/O maupun perangkat eksternal apakah dalam keadaan

sibuk,siap atau error.

Mengetahui alamat perangkat eksternal yang dikontrolnya.

3. Komunikasi perangkat eksternal: meliputi komunikasi data, kontrol dan status.

4. Melakukan buffer data: bertujuan untuk mendapatkan penyesuaian data sehubungan

dengan perbedaan laju transfer.

5. Deteksi kesalahan: bertujuan melaporkan ketiap kali perangkat eksternal mendapati

masalah. Misal isi tinta atau kertas habis.

3. Teknik Masukan atau Keluaran

Dalam modul I/O terdapat tiga teknik untuk melalukan proses masukan dan keluaran yaitu:

I/O terprogram: Data saling dipertukarkan antara CPU dan Modul I/O.

Kelemahan: adanya waktu tunggu pada CPU saat I/O merampungkan tugasnya. Setiap

instruksi yang diberikan dari CPU kepada modul I/O maupun perangkat eksternal

dipastikan disertakan dengan alamat tujuan.

Empat klasifikasi perintah I/O:

1. Perintah Kontrol: mengaktivasi perangkat eksternal dan memberitahukan tugas yang

harus dikerjakan.

2. Perintah Test: menguji berbagai kondisi status modul

3. Perintah Read: mengambil paket data dari perangkat I/O kemudian menyimpannya

dalam buffer internal melalui bus data.

4. Perintah write: perintah dari CPU kepada modul I/O untuk mengambil data dari bus

data untuk selanjutnya dberikan ke perangkat eksternal.


Interrupt – driven I/O: Tidak adanya waktu tunggu pada CPU. Saat instruksi menjalankan

perintah I/O dari modul I/O karena pada saat yang sama CPU melakukan proses lainnya

tanpa harus menunggu perintah I/O selesai.

Data hasil pembacaan oleh modul I/O dari perangkat I/O akan disimpan di bus data

hingga menunggu diminta baca oleh CPU sementara itu modul mengirimkan sinyal

interupsi kepada CPU untuk mengirimkan instruksi selanjutnya.

Terdapat empat keadaan yang digunakan CPU untuk menjawab interupsi tersebut:

1. Multiple Interrupt Lines: merupakan terknik yang paling sederhana yaitu dengan

membangun saluran interupsi yang banyak antara Modul dengan CPU.

2. Software Poll: saat menerima sinyal interupsi dari modul. Selanjutnya CPU akan

menuju Interrupt Services Routine tempat terjadinya software poll untuk

menentukan modul mana yang melakukan interupsi. Proses penentuan ini

mengambil waktu proses dari CPU menjadi lebih lambat.

3. Daisy Chain: seluruh modul I/O terhubung dengan saluran interupsi CPU secara

melingkar

4. Arbitrasi Bus: modul I/O akan mendapatkan kendali kontrol bus sebelum

melakukan interupsi kepada CPU hal ini mengakibatkan hanya ada satu modul

I/O yang melakukan interupsi.

DMA (Direct Memory Acces): CPU hanya akan melakukan proses di awal dan akhir saja

ketika menanggapi sinyal interupsi yang masuk. Seluruh proses interupsi akan diserahkan

kepada DMA dengan cara mengambil alih siklus bus pada jalur bus oleh DMA.

Sementara interupsi berlangsung CPU masih dapat melakukan proses lainnya.


BAB 9. SET INSTRUKSI

Merupakan sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU.

1. Elemen-elemen Instruksi

Operation code (Op code) : berisikan perintah yang akan dikerjakan

Source Operand reference : letak data yang harus dikerjakan sesuai perintah

Result Operand reference : Penyimpan hasil operasi

Next Instruction Reference : Perintah selanjutya yang harus diselesaikan

Dalam sebuah instruksi, tidak harus semua elemen ini dicantumkan, tergantung kebutuhan dan

jenis instruksinya. Semua instruksi dijalankan didalam CPU dan umumnya menggunakan

register sebagai tempat membaca/menyimpan operand meskipun tidak selamanya register

berisikan operand melainkan menunjuk kepada salah satu media penyimpan lainnya missal:

memori, cache, modul I/O.

Source and result operand dari suatu operasi dapat berada pada tiga tempat berikut:

Memori utama atau memori virtual

CPU register

Perangkat I/O

Representasi Instruksi

Pada bahasa mesin, setiap instruksi berbentuk pola bit biner yang unik untuk itu agar dapat

dimengerti oleh pengguna maka dibuatlah berbagai instruksi menggunakan singkatan sebagai

simbolik yang disebut sebagai mnemonic. Missal: ADD, SUB, MPY, DIV, LOAD, STOR.

Operand dapat direpresentasikan dengan menggunakan simbolik missal: ADD A,B

Tambahkan nilai yang berada pada B kedalam register A dan simpan hasilnya di register A.

seorang programmer diperkenankan menggunakan symbol dan menetapkan lokasi untuk

merepresentasikan bahasa mesin dimana setiap opcode symbol direpresentasikan dengan angka

biner yang selalu tetap.


Jenis-jenis Instruksi

1. Data processing:

Aritmetik misal : ADD, SUB dll.

Logic missal : AND, OR, NOT, SHR, dll.

Konversi data

2. Data storage (memori):

Transfer data missal : STOR, LOAD, MOVE, dll.

3. Data movement: Input dan Output ke modulI/O

4. Program flow control: JUMP, HALT, dll.

2. Format-format Instruksi

Format Instruksi 3 Alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO1], [AO2] merupakan suatu instruksi dengan satu alamat

hasil dan dua alamat operand.

Misal: SUB Y,A,B bentuk algoritmik Y A – B yang mengandung arti kurangkan isi register

A dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

Dengan format seperti ini program lebih pendek dan mengoperasikan banyak register sekaligus

dan bentuk ini tidak umum digunakan di komputer.


Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO] merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan

satu alamat hasil merangkap salah satu operand lainnya.

Misal: SUB Y, B bentuk algoritmik Y Y – B yang mengandung arti kurangkan isi register Y

dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

Dengan format instruksi seperti ini panjang program tidak bertambah terlalu banyak tetapi

mengoperasikan lebih sedikit register dan bentuk instruksi seperti ini masih digunakan di

komputer.



Bentuk umum: [OPCODE] [AO], merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan hasil

disimpan di accumulator.

Misal: SUB B bentuk algoritmik AC AC – B mengandung arti kurangkan isi Acc dengan isi

register B kemudian simpan hasilnya di Acc.

Dengan format instruksi seperti ini program menjadi bertambah panjang sementara register yang

digunakan hanya satu dan bentuk ini digunakan pada komputer jaman dahulu.

Misal: SUB bentuk algoritmik: S[top] S[top-1] – S[top] mengandung arti kurangkan isi stack

no.2 dari atas dengan isi stack paling atas kemudian simpan isi hasilnya di stack paling atas.

Untuk instruksi PUSH dan POP mempunyai cara kerja yang berbeda.

Contoh Format Instruksi 3 Alamat

A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

SUB Y, A, B bentuk algoritmik Y A – B

MPY T, D, E bentuk algoitmik T D × E

ADD T, T, C bentuk algoritmik T T + C

DIV Y, Y, T bentuk algoritmik Y Y / T

Memerlukan 4 operasi

Contoh Format Instr 2 Alamat

A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

MOVE Y, A bentuk algoritmik Y A

SUB Y, B bentuk algoritmik Y Y - B

MOVE T, D bentuk algoritmik T D

MPY T, E bentuk algoritmik T T × E


ADD T, C bentuk algoritmik T T + C

DIV Y, T bentuk algoritmik Y Y / T



A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

LOAD D bentuk algoritmik AC D

MPY E bentuk algoritmik AC AC × E

ADD C bentuk algoritmik AC AC + C

STOR Y bentuk algoritmik Y AC

LOAD A bentuk algoritmik AC A

SUB B bentuk algoritmik AC AC – B

DIV Y bentuk algoritmik AC AC / Y

STOR Y bentuk algoritmik Y AC



A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

PUSH A bentuk algoritmik S[top] A

PUSH B bentuk algoritmik S[top] B

SUB bentuk algoritmik S[top] A - B

PUSH C bentuk algoritmik S[top] C

PUSH D bentuk algoritmik S[top] D

PUSH E bentuk algoritmik S[top] E

MPY bentuk algoritmik S[top] D × E

ADD bentuk algoritmik S[top] C + S[top]

DIV bentuk algoritmik S[top] (A - B) / S[top]


POP Y bentuk algoritmik Out S[top]


Latihan

Kerjakan X = (A + B × C) / (D – E × F)

Design dari sebuah intruksi sangat komplek karena mempengaruhi banyak aspek dalam sistem

komputer. Beberapa hal yang paling fundamental dalam prose perancangan antara lain meliputi:

Operation repertoire berkenaan dengan seberapa banyak dan jenis operasi apa yang yang

harus tersedia dan sekomplek apakah operasi itu seharunya.

Data types berkenaan dengan jenis data yang dapat disediakan

Instruction format berknaan dengan panjang instruksi (bits), nomor alamat, ukuran field

dan sebagainya.

Register berkenaan dengan jumlah register yang dapat digunakan oleh instruksi dan

masing-masing fungsinya.

Addressing digunakan untuk menspesifikasikan alamat operand.

Jenis-jenis operasi komputer:

Data transfer :

Lokasi sumber dan tujuan harus ditentukan

Panjang data harus diidentifikasi

Mode address untuk setiap operasi harus ditentukan

Arithmetic

Logical

Conversion

I/O

System control

Transfer of control


BAB 10. MODE PENGALAMATAN


Dua cara yang umumnya dilakukan dalam penempatan operand instruksi yaitu pada lokasi

memori utama dan register CPU.

Apabila penempatan berada pada memori utama maka alamat lokasi harus diberikan oleh

instruksi dalam medan operand tidak perlu memberikan alamat secara eksplisit pada instruksi.

Mode pengalamatan merupakan metode penentuan alamat operand pada instruksi.

Tujuan yang mempengaruhi arsitektur komputer ketika memilih mode pengalamatan:

1. Mengurangi panjang instruksi dengan mempunyai medan yang pendek untuk alamat.

2. Menyediakan bantuan yang tangguh kepada pemrogram untuk penanganan data

kompleks seperti pengindeksan sebuah array, control loop, relokasi program dan

sebagainya.

2. Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing

2. Direct Addressing

3. Indirect Addressing

4. Register addressing

5. Register indirect addressing

6. Displacement addressing

7. Stack addressing

1. Immediate Addressing

Merupakan metode yang tidak melakukan aktivitas pengambilan operand.

Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama

dengan field alamat

Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplement 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

Keuntungan:

Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh

operand

Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

Kekurangan:

Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

2. Direct Addressing

Alamat operand secara eksplisit diberikan didalam instruksi.

Keuntungan:

Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kekurangan:

Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan

panjang word

Contoh: ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator


Gambar 10.1 Direct Addressing

3. Indirect Addressing

Pada metode ini dapat melalui lokasi memori atau register.

Indirect addressing memori: jika sebuak lokasi memori menyimpan alamat operand.

Indirect addressing register: jika sebuah register digunakan untuk menyimpan alamat

operand.

Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilrannya akan berisi

alamat operand yang panjang.

Contoh: ADD (A); tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

Gambar 10.2 Indirect Addressing

Keuntungan:

Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi


Kekurangan:

Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses

operasi

4. Register Addressing

Pengalamatan ini sama dengan direct addressing yang membedakan hanya pada lokasi

register yang digunakan.

Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

Perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori

utama

Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi

8 atau 16 register general purpose.

Gambar 10.3. Register Addressing

Keuntungan:

Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi

memori

Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan

lebih cepat

Kekurangan:

Ruang alamat menjadi terbatas


5. Register Indirect Addressing

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

Gambar 10.4. Register Indirect Addressing

6. Displacement Addressing

Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak

langsung

Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field

yang eksplisit


Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register

Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register

Gambar 10.5. Displacement Addressing

Tiga model displacement

a. Relative addressing

Relative addresing, 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

b. Base register addressing

Base register addressing, register yang direferensi berisi sebuah alamat memori,

dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu

Referensi register dapat eksplisit maupun implisit

Memanfaatkan konsep lokalitas memori

c. Indexing

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

7. Stack Addressing

Semua operand untuk suatu instruksi diambil dari bagian teratas stack. Instruksi tidak

memiliki medan operand.

Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out

Stack merupakan blok lokasi yang terbalik

Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian

paling atas stack

Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack

pointer mereferensi ke elemen ketiga stack

Stack pointer tetap berada dalam register

Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya

merupakan pengalamatan register tidak langsung.


BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

Proses yang terjadi didalam CPU

Fetch Instruction, membaca instruksi dari memori

Interpret Instruction, instruksi diterjemahkan kedalam perintah yang relevan.

Fetch data, proses eksekusi dari sebuah instruksi membutuhkan pembacaan data dari

memori atau modul I/O

Process data, proses eksekusi dari sebuah instruksi membutuhkan perhitungan

aritmatika atau operasi logika pada data

Write data, hasil dari sebuah eksekusi butuh ditulis kedalam memori atau modul I/O

Untuk menjalan semua proses tersebut CPU membutuhkan proses penyimpanan, kemampuan

mengingat alamat instruksi terakhir untuk mencapai instruksi selanjutnya.

1. Komponen Utama CPU adalah:

Arithmetic and Logic Unit (ALU) yang terdiri dari dua bagian unit arithmetika dan unit

Boolean.

Control Unit bertugas mengontrol operasi CPU dan keseluruhan sistem komputer.

Mengambil instrukssi-instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi

tersebut.

Gambar 11.1. CPU dengan sistem Bus

CPU

ALU

CU

Register

Sistem BUS

Control Data Address


Fungsi CPU

CPU berfungsi menjalankan program-program yang tersimpan di memori utama dengan cara

mengambil sebuah instruksi , mengeksekusinya dan kemudian mengambil instruksi selanjutnya

kegiatan yang berulang ini disebut sebagai siklus instruksi yang terdiri dari dua tahapan langkah,

yaitu: siklus pengambilan (fetch) dan siklus eksekusi.

2. Siklus pada CPU

Siklus Pengambilan (Fetch) dan Eksekusi

Siklus instruksi merupakan proses yang terjadi didalam CPU yaitu sebuah siklus yang diawali

dengan pembacaan instruksi dari memori. Setiap kali terjadi pembacaan memori maka Program

Counter (PC) akan menambah satu hitungan. Selanjutnya Instruksi-instruksi tersebut akan

diisikan didalam register instruksi (IR) yang kemudian akan diterjemahkan oleh CPU untuk

menjalankan proses yang diperintahkan. Proses tersebut dikelompokan kedalam empat kategori:

CPU – memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya

Gambar 11.2. Struktur Internal CPU

Pengambilan Instruksi

Eksekusi Instruksi

Instruksi

Berikutnya

Gambar 11.3. Siklus


CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

Pengolahan data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

Kontrol, merupakan instruksi untuk melakukan kontrol fungsi atau kerja. Siklus eksekusi

untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori.

Instruction Address Calculation (IAS) menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan

dieksekusi.

Instruction Fetch (IF) membaca atau mengambil instruksi dari lokasi memori ke CPU

Instruction Operation Decoding (IOD) menganalisa intruksi untuk menentukan jenis operasi

yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

Operand Address Calculation (OAC) menentukan alamat operand apabila melibatkan

referensi operand pada memori.

Operand Fetch (OF) mengambil operand dari memori atau dari modul I/O

Data Operation (DO) membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi

Operand Store (OS) menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori

Gambar 11.4. Diagram Siklus Instruksi


Siklus Interupsi

Interupsi merupakan suatu proses penghentian dan pengalihan instruksi yang sedang berlangsung

di dalam CPU untuk sementara menjalankan routine interupsi. Setiap komponen komputer

mempunyai kecepatan eksekusi yang berbeda sehingg fungsi interupsi digunakan sebagai

sinkronisasi kerja antar modul.

Macam-macam kelas interupsi:

Program, merupakan interupsi yang terjadi sebagai hasil eksekusi program. Misal aritmatika

flow, operasi illegal, dll.

Timer, merupakan interupsi yang dibangkitkan oleh pewaktuan dalam prosesor.

I/O, merupakan interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan dengan

pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.

Hardware failure, merupakan interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau

kesalahan paritas memori.

Ketika suatu modul telah menyelesaikan tugasnya dan bersiap untuk menerima instruksi

selanjutnya maka modul akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian

prosesor akan melayani routine handle tersebut dengan menghentikan aktifitas yang sedang

dikerjakan yang kemudian akan melanjutkan kembali setelah program interupsi selesai.

Ada dua kondisi respon ketika prosesor menerima sinyal interupsi yang masuk yaitu interupsi

diterima/ditangguhkan dan ditolak.

Bilamana terjadi penangguhan maka prosesor akan melakukan beberapa hal berikut:

Menangguhkan eksekusi yang sedang berjalan dan menyimpan konteksnya dengan menyimpan

alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

Prosesor mengarahkan Program Counter (PC) pada alamat awal routine interrupt handler.


Gambar 11.5. Siklus Eksekusi Instruksi dengan Interupsi

Interupsi berganda sangat dimungkinkan terjadi pada sistem operasi yang komplek.

Terdapat dua pendekatan untuk menangani interupsi berganda :

Pengolahan interupsi berurutan/sekuensial bilamana prosesor menolak/tidak

mengizinkan interupsi lain saat menangani sebuah interupsi ditangani prosesor. Dan

prosesor akan menjawab interupsi bilamana telah merampungkan instruksi yang sedang

dikerjakan. Kelemahan pendekatan ini adalah tidak memperhitungkan prioritas interupsi

Pengolahan interupsi bersarang merupakan pendekatan dengan mengutamakan interupsi

yang memiliki prioritas lebih tinggi .


Gambar 11.6. Interupsi Bersarang

Diberikan suatu kondisi dimana terjadi tiga kegiatan proses pencetakan dengan printer,

permohonan modul komonikasi pembacaan memori dan pembacaan disk dengan urutan prioritas

3,1,2. Saat proses pencetakan berlangsung prosesor mendapatkan sinyal permohonan interupsi

untuk mengakses modul komunikasi. Maka proses dialihkan dan pencetakan dihentikan

sementara. Saat pengeksekusian modul komunikasi ditemukan sinyal interupsi pembacaa disk

yang berprioritas lebih rendah maka interupsi diabaikan. Pembacaan modul komunikasi

dirampungkan hingga selesai yang dilanjutkan kemudian dengan pembacaan disk dan

pencetakan.


3. RISC dan CISC

Arsitektur komputer berhubungan dengan perancangan set instruksi dan penentuan bit-bit pada

setiap rangkaian field dalam instruksi. Adanya kelemahan pada desain instruksi akan

mempengaruhi pemrogram bahasa mesin serta kompiler.

Dua konsep yang berhubungan dengan CPU dan set instruksi:

1. Complex Instruction Set Computing (CISC)

2. Reduce Instruction Set Computing (RISC)

Semua sistem komputer lama relatif mempunyai sistem CISC. Sementara generasi komputer

sekarang cenderung menggunakan RISC karena tingkat kinerjanya yang tinggi.

Konsep CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu instruksi cukup dengan beberapa

baris bahasa mesin yang relatif pendek sehingga implikasinya hanya sedikit saja RAM yang

digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut. Arsitektur CISC menekankan pada

perangkat keras karena filosofi dari arsitektur CISC yaitu bagaimana memindahkan kerumitan

perangkat lunak ke dalam perangkat keras.

Kelemahan CISC:

1. Kompleksitas CPU: desain unit kontrol komplek karena mempunyai set instruksi yang

besar.

2. Ukuran sistem dan biaya: terdapat banyak sirkuit hardware mengakibatkan CPU menjadi

Komplek sehingga meningkatkan biaya.

3. Kecepatan Clock: sirkuit yang besar mengakibatkan propagation delay lebih besar

sehingga kecepatan clock menurun.

4. Keandalan: sirkuit besar mengakibatkan tingginya tingkat kegagalan.

5. Maintainability: rumitnya sirkuit mengakibatkan pendeteksian kegagalan jauh lebih sulit.

Penemuan microprogramming membantu menurunkan beban tersebut.


6. Pipeline instruksi memerlukan dua atau lebih siklus clock.

7. Prosesor mengandalkan efiensi compiler untuk mendeteksi dan mengurangi waktu tunda.

Konsep RISC

RISC (Reduce Instruction Set Computing), merupakan sebuah arsitektur komputasi modern

dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan

pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer

vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa

mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00

dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine.

Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM

(termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems,

serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

Arsitektur RISC mempunyai fitur sebagai berikut:

1. Instruksi sederhana

2. Set instruksi kecil

3. Panjang instruksi sama untuk semua instruksi

4. Register untuk penyimpanan operand jumlahnya besar (konsep kerja register ke register).

5. Arsitektur Load/Store: compiler memberikan banyak istruksi load/store dikarenakan

operand dan hasil berada dalam register bukan memori.

6. Penggunaan pengalamatan tak langsung register.

7. Eksekusi instruksi yang lebih cepat.

8. Pipeline instruksi hanya dalam satu siklus clock.


Tabel 11.1. Tabel Perbandingan singkat CISC dan RISC

CISC RISC

Menekankan pada perangkat keras,

sesuai dengan peruntukannya bagi

programmer.

Memiliki instruksi komplek. Load /

Store atau Memori ke Memori

bekerjasama

Memiliki ukuran kode yang kecil dan

kecepatan yang rendah.

Transistor di dalamnya digunakan

untuk menyimpan instruksi –

instruksi bersifat kompleks.

Menekankan pada perangkat lunak,

dengan sedikit transistor

Instruksi sederhana bahkan single

Load / Store atau memory ke memory

bekerja terpisah

Ukuran kode besar dan kecepatan

lebih tinggi

Transistor didalamnya lebih untuk

meregister memori


BAB 12. CONTROL UNIT

1. Fungsi dan Operasi Control Unit

Control unit berfungsi sebagai pengendali setiap aktifitas yang ada didalam CPU dan

membangkitkan sinyal-sinyal kontrol. Mikrooperasi-mikrooperasi dilaksakan bila sinyal kontrol

yang relevan mengaktifkan titik-titik kontrol. Sebuah instruksi terdiri dari sejumlah langkah yang

disebut sebagai siklus (cycle) yang terdiri dari fetch, indirect, execute dan interrupt.

Selain melakukan instruksi regular, control unit juga melakukan intsruksi khusus tertentu seperti:

urutan reset, pelayanan interrupt dan penanganan situasi kegagalan lainnya.

2. Microoperation

a. Siklus Fetch

Merupakan siklus pertama yang dilakukan dalam instruksi dimana pengambilan instruksi di

dapat dari sejumlah memori, antara lain:

Memory Buffer Register (MBR),terhubung dengan jalur

alamat pada sistem bus yang menentukan alamat baca atau tulis pada memori.

Memory Address Register (MAR), terhubungdengan jalur data pada sistem bus yang

yang berisikan data yang akan dsimpan atau terakhir dibaca dalam memori.

Program Counter (PC), menyimpan alamat dari instruksi selanjutnya.

Instruction Register (IR), menyimpan siklus fetch yang terakhir

Tahapan siklus fetch:

T1: Membaca alamat instuksi selanjutnya dari PC kemudian memindahkan alamat

tersebut pada MAR (satu-satunya memori yang terhubung langsung dengan jalur

bus).

T2: Melakukan kopi data dari jalur data bus berdasarkan address yang terdapat pada

jalur bus dan selanjutnya disimpan pada MBR. Menambahkan counter pada PC

T3: Memindahkan isi insruksi dari MBR kedalam IR (membebaskan sementara MBR

dari siklus intruksi).


b. Siklus Indirect

Merupakan siklus mengambil operand sumber. Dengan asumsi format instruksi satu alamat,

pengalamatan langsung dan tak langsung diijinkan. Apabila operasi tersebut

menspesifikasikan alamat tak langsung maka siklus tak langsung harus mendahului siklus

eksekusi.

Tahapan siklus Indirect:

c. Siklus Interrupt

Siklus interrupt terjadi pada saat Control Unit memeriksa kehadiran permintaan interupsi

sebelum melakukan pengambilan intruksi baru dan setelah instuksi yang sebelumya

diselesaikan. Jika terjadi interupsi maka siklus interrupt dijalankan.

Tahapan siklus Interrupt

d. Siklus Execute

Siklus ini jauh lebih kompleks jika dibandingkan dengan siklus lainnya. Pada siklus fetch,

indirect dan interrupt siklus cenderung sama untuk setiap program sementara siklus execute

tergantung dari perintah instruksinya.

T1: MAR (PC)

T2: MBR memori

PC (PC) + I

IR (MBR)

T1 : MAR (IR (Address))

T2 : MBR Memori

T3: IR (Address) (MBR(Address))

T1: MBR (PC)

T2 : MAR save address

PC Routine Address

T3 : Memory (MBR)


3. Input dan Output pada Unit Control

Input Unit Control

Unit control mempunyai beberapa masukan antara lain:

1. Clock berfungsi melakukan sinkronisasi operasi antar komponen

2. Flag digunakan untuk mengetahui status CPU

3. Instruction register digunakan untuk menentukan operasi mikro yang akan digunakan

berdasarkan operand

4. Sinyal kontrol dari Bus member jalur munuju unit kontrol dari bus

Output Unit Control:

1. Sinyal kontrol didalam CPU terdiri dari beberapa sinyal:

Sinyal-sinyal yang menyebabkan perpindahan data antar register

Sinyal-sinyal yang dapat mengaktifkan fungsi ALU

2. Sinyal kontrol menuju Bus

Sinyal kontrol menuju memori

Sinyal kontrol menuju modul I/

Sinyal kontrol dari Bus

Sinyal kontrol ke Bus

Sinyal kontrol didalam CPU

Control

Unit

Instruction register

flag

Clock

Control bus


Pemilihan Design Control Unit

Control Unit didesign dengan dua macam kemampuan berbeda:

1. Kumpulan sinyal kontrol unik bagi setiap intruksi

2. Sinyak kontrol dari suatu intruksi diberikan dengan urutan yang tepat.

Terdapat dua cara mendesign unit kontrol yaitu hardwired Control Unit (HCU) merupakan

design konvensional dan Microgrammed Control Unit (MCU) yang merupakan teknik design

modern.

1. Hardwired Control Unit (HCU)

Terdiri dari kumpulan sirkuit kombinasional yang membangkitkan sinyal kontrol melalui

sirkuit hardware.

Keunggulan Hardwired Control Unit adalah mampu bekerja lebih cepat dari Microgrammed

Control Unit(MCU)

2. Microgrammed Control Unit (MCU)

Menggunakan konsep penyimpanan microgram yaitu menyimpan pola sinyal kontrol pada

sebuah memori ROM untuk membangkitkan sinyal-sinyal kontrol. Keunggulan dari dari

design ini adalah rancangan lebih mudah dan dapat dimodifikasi.


BAB 13. PARALLEL KOMPUTER

1. Klasifikasi Multiprosesor

Sistem multiprosesor dapat dibedakan menjadi dua kelompok:

1. Loosely coupled: memori tidak disharing dan setiap prosesor mempunyai memori

sendiri. Memori

2. Tightly coupled: melakukan sharing informasi melalui sebuah memori bersama.

Klasifikasi tightly coupled terbagi menjadi :

Uniform memory acces (UMA) : waktu akses memori sama untuk semua prosesor

Non uniform memory acces (NUMA) : waktu akses memori berbeda untuk prosesor

yang berbeda.

No Remote Memory Access (NORMA)

Cluster

Suatu interkoneksi sistem komputer multi independen yang dioperasikan seperti sebuah sistem

tunggal dalam suatu kerjasama. Setiap simpul dalam cluster dapat juga bekerja secara

independen

Cluster berbeda dengan sebuah jaringan komputer. Pada jaringan komputer tujuan utama adalah

resource sharing sementara cluster menyediakan semua kebaikan dari sistem mutiprosessor

Cluster komputer terbagi ke dalam beberapa kategori, sebagai berikut:

1. High-availability clusters

Diimplementasikan untuk tujuan meningkatkan ketersediaan layanan yang disediakan oleh

cluster itu sendiri. Ukuran yang umum digunakan adalah dua node.

2. Load-balancing clusters

Mendistribusikan beban kerja secara merata melalui beberapa node yang bekerja dibelakang.


3. Compute clusters

Tujuan clustering adalah untuk tujuan komputasi tidak mengedepankan layanan basis

data/web.

4. Grid computing

Mencakup banyak pekerjaan independen yang tidak harus berbagi data yang sama Berbagi

sumber daya mungkin dapat diterapkan namun hasil dari setiap proses tidak mempengaruhi

kegiatan yang lainnya.

Ada dua tujuan utama dibelakang terbentuknya cluster:

Load sharing: dua sistem membentuk cluster dan sharing beban pemrosesan

Gambar konsep load sharing pada cluster

Fault Tolerance: dua sistem yang membentuk cluster dimana salah satu digunakan sebagai

hot stand-by yang berfungsi melakukan pengambil alihan fungsi bila terjadi kegagalan. Dan

berlaku diam selama tidak menemukan kegagalan pada sistem lain.

Gambar konsep fault tolerance

Link kecepatan tinggi

Sistem 1

Adapter

Sistem 2

Adapter

Share hard disk

Link kecepatan tinggi Sistem utama

Adapter

Stand by

Adapter


2. Komputasi Paralel

Komputasi parallel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersama dengan

memanfaatkan beberapa komputer independen secara bersama.

Perbedaan antara komputasi tunggal dengan komputasi paralel, bisa digambarkan pada gambar

di bawah ini:

Gambar 13.1. Penyelesaian Sebuah Masalah pada Komputasi Tunggal

Gambar 13.2. Penyelesaian Sebuah Masalah pada Komputasi Paralel

Dari perbedaan kedua gambar di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa kinerja komputasi paralel

lebih efektif dan dapat menghemat waktu untuk pemrosesan data yang banyak daripada

komputasi tunggal.

Komputer Paralel : Komputer yang memiliki kemampuan untuk melakukan pengolahan paralel.

Pengolahan Paralel : pengolahan informasi yang menekankan pada manipulasi data-data elemen

secara simultan dimaksudkan untuk mempercepat komputasi dari sistem

komputer dan menambah jumlah keluaran (troughput) yang dapat

dihasilkan dalam jangka waktu tertentu.


Peningkatan throughput dapat dilakukan dengan :

Meningkatkan kecepatan operasi

Meningkatkan jumlah operasi yang dapat dilakukan dalam satu waktu tertentu (concurrency).

3. Klasifikasi Komputer Parallel:

Klasifikasi Flynn

Memandang organisasi sebuah sistem komputer berdasarkan jumlah instruksi dan data ang

dimanipulasi secara simultan dan membaginya menjadi empat kelompok utama:

SISD (Single Instruction stream, Single Data stream)

Komputer tunggal yang mempunyai satu unit kontrol, satu unit prosesor dan satu unit

memori.

SIMD (Single Instruction stream, Multiple Data stream)

Komputer yang mempunyai beberapa unit prosesor di bawah pengawasan satu unit

kontrol. Setiap prosesor menerima instruksi yang sama dari unit kontrol, tetapi beroperasi

pada data yang berbeda.

Control Processor Instruction Stream

Data

Stream

Processor Data

Stream

Processor Data

Stream

Shared

Memory

or

Control Processor Memory Instruction Stream

Data

Stream


MISD (Multiple Instruction stream, Single Data stream)

Sampai saat ini struktur ini masih merupakan struktur teoritis dan belum ada komputer

dengan model ini.

MIMD (Multiple Instruction stream, Multiple Data stream)

Organisasi komputer yang memiliki kemampuan untuk memproses beberapa program

dalam waktu yang sama. Pada umumnya multiprosesor dan multikomputer termasuk

dalam kategori ini.

Control 1 Processor 1 Instruction Stream

Data

Stream

Control N Processor N Instruction Stream

Data

Stream


Data

Stream

Shared

Memory

or

Interconnection

.

.

.

.


Control N Processor N Instruction Stream


Data .

.

.

.

Memory


T.G. LEWIS

T.G. Lewis membedakan komputer paralel ke dalam dua kelas, berdasarkan ada atau tidak

adanya common global clock, sebagai : synchronous dan asynchronous.

PARALLEL COMPUTER

SYNCHRONOUS ASYNCHRONOUS

Vector / Array

SIMD

Systolic

MIMD

Reduction


Synchronous :

Pada komputer paralel yang termasuk dalam kategri ini terdapat koordinasi yang mengatur

beberapa operasi untuk dapat berjalan bersamaan sedemikian hingga tidak ada

ketergantungan antar operasi.

Parallelism yang termasuk dalam kategori ini adalah vector/array parallelism, SIMD dan

systolic parallelism.

Systolic parallel computer adalah multiprocessor dimana data didistribusikan dan dipompa

dari memory ke suatu array prosesor sebelum kembali ke memori.

Asynchronous :

Pada komputer paralel yang termasuk dalam kategori asynchronous, masing-masing prosesor

dapat diberi tugas atau menjalankan operasi berbeda dan masing-masing prosesor

melaksanakan operasi tersebut secara sendiri-sendiri tanpa perlu koordinasi.

Paradigma yang juga termasuk dalam kategori ini adalah MIMD dan reduksi.

Paradigma reduksi adalah paradigma yang berpijak pada konseph graph reduksi. Program

dengan model reduksi diekspresikan sebagai graph alur data. Komputasi berlangsung dengan

cara mereduksi graph dan program berhenti jika graph akhirnya hanya mempunyai satu

simpul.

MICHAEL J. QUINN

Quinn membedakan paralelisma ke dalam dua jenis : Data Parallelism dan Control Parallelism.

Data Parallelism : penerapan operasi yang sama secara simultan terhadap elemen-

elemen dari kumpulan data.

Control Parallelism : penerapan operasi-operasi berbeda terhadap elemen-elemen data

yang berbeda secara bersamaan. Pada control parallelism dapat terjadi aliran data antar

proses-proses dan kemungkinan terjadi aliran data yang kompleks/rumit.


Teknik pemecahan satu tugas menjadi beberapa sub-tugas dan mengeksekusi tugas

tersebut secara bersamaan dalam unit-unit multihardware atau segmen-segmen yang

disebut sebagai Pipelining merupakan satu kasus khusus dari control parallelism dimana

aliran data membentuk jalur yang sederhana.

Gambar Ilustrasi perbandingan pipelining dengan data parallelism.

A B w w w w

1

PIPELINED

A B

A B

A B

w

w

w3

w

w

w

DATA PARALLELISM

A B w1

SEKUENSIAL


4. Analisa Algoritma Paralel.

Pada saat sebuah algoritma digunakan untuk memecahkan sebuah problem, maka performance

dari algoritma tersebut akan dinilai. Hal ini berlaku untuk algoritma sekuensial maupun

algoritma paralel. Penampilan sebuah algoritma pengolahan peralel dapat dinilai dari beberapa

kriteria, seperti running time dan banyaknya prosesor yang digunakan.

Running Time

Running time adalah waktu yang digunakan oleh sebuah algoritma untuk menyelesaikan masalah

pada sebuah komputer paralel dihitung mulai dari saat algoritma mulai hingga saat algoritma

berhenti. Jika prosesor-prosesornya tidak mulai dan selesai pada saat yang bersamaan, maka

running time dihitung mulai saat komputasi pada prosesor pertama dimulai hingga pada saat

komputasi pada prosesor terakhir selesai.

Counting Steps

Untuk menentukan running time, secara teoritis dilakukan analisa untuk menentukan

waktu yang dibutuhkan sebuah algoritma dalam mencari solusi dari sebuah masalah. Hal

ini dilakukan dengan cara menghitung banyaknya operasi dasar, atau step, yang

dilakukan oleh algoritma untuk keadaan terburuknya (worst case).

Langkah-langkah yang diambil oleh algoritma dibedakan ke dalam dua jenis yaitu

a. Computational step

Sebuah computational step adalah sebuah operasi aritmetika atau operasi logika yang

dilakukan terhadap sebuah data dalam sebuah prosesor.

b. Routing step

Pada routing step, sebuah data akan melakukan perjalanan dari satu prosesor ke

prosesor lain melalui shared memory atau melalui jaringan komunikasii

Contoh 1:


Perhatikan sebuah file komputer dengan n entri berbeda. Pada file tersebut akan diperiksa

apakah x terdapat di dalamnya.

Dengan algoritma sekuensial, keadaan terburuknya (worst case) untuk menemukan x

membutuhkan n langkah, dimana tiap langkah adalah membandingkan x dengan sebuah

entri pada file. Keadaan terburuk terjadi jika x ternyata sama dengan entri terakhir pada

file atau x tidak terdapat pada file tersebut.

Dengan EREW SM SIMD (Exclusive Read Exclusive Write Shared Memory SIMD)

komputer dengan N prosesor, dimana N n, pada worst casenya dibutuhkan log N + n/N langkah.

Misalkan P1 , P2 , … , PN prosesor-prosesor pada EREW SM SIMD komputer tersebut.

Proses pencarian entri yang sama dengan x adalah :

-. Broadcasting, x dikomunikasikan pada semua prosesor dengan cara

1. P1 membaca x dan mengkomunikasikan dengan P2.

2. P1 dan P2 secara simultan mengkomunikasikan x dengan P3 dan P4

3. P1, P2, P3 dan P4 secara simultan meng-komunikasikan x dengan P5 , P6 , P7 dan

P8 .

Dan seterusnya hingga semua prosesor mengenal x.

Proses ini dilakukan dalam log N langkah.

-. Searching, File dimana x akan dicari dibagi ke dalam sub file dan secara simultan

dilakukan pencarian oleh prosesor-prosesor :

P1 mencari pada n/N entri pertama,

P2 mencari pada n/N entri kedua,

P3 mencari pada n/N entri ketiga,


PN mencari pada n/N entri ke-N.

Proses ini membutuhkan n/N langkah.

Jadi total langkah yang dibutuhkan oleh algoritma tersebut adalah : log N + n/N

langkah.

Speedup

Pengukuran speedup digunakan untuk mengevaluasi kinerja algoritma parallel.

Dilakukan dengan melakukan perbandingan antara waktu yang diperlukan algoritma

sekuensial yang paling efisien untuk melakukan komputasi dengan waktu yang

dibutuhkan untuk melakukan komputasi yang sama pada sebuah mesin pipeline atau

parallel

Banyaknya Prosesor

Semakin banyak prosesor yang digunakan semakin tinggi biaya untuk memperoleh solusi

sebuah problem. Hal ini terjadi karena perlu dipertimbangkan biaya pengadaan prosesor dan

perawatannya.

Jumlah prosesor yang tergantung dari n, n=ukuran problem, dinyatakan sebagai p(n).

Kadang-kadang jumlah prosesor tidak tergantung pada ukuran problem.

Contoh 3 :

Perhatikan n bilangan x1,x2,…,xn yang akan dijumlahkan.

Dengan menggunakan komputer tree-connected SIMD dengan log n level dan n/2 daun,

dibutuhkan pohon dengan ukuran (n-1) atau p(n) = n -1 .

Ilustrasi untuk n = 8.

Speedup = Worst case running time dari algoritma sekuensial terefisien

Worst case running time dari algoritma


Sedangkan pada contoh 1. , banyaknya prosesor, N , tidak tergantung pada ukuran

problem, n .

P1

P3 P2

P5 P4 P7 P6

x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 INPUT


DAFTAR PUSTAKA

1. Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer Organization Fifth Edition, Pearson Prentice Hall 2005

2. Willam Stallings, Organisasi & Arsitektur Komputer Edisi keenam, Prentice Hall 2003 3. Syahrul, Organisasi dan Arsitektur Komputer, Andi offset 2010

Technology

Diktat arsitektur & organisasi komputer