PIPELINING DAN RISC

PIPELINING DAN RISC

Pipelining adalah teknik pemecahan satu pekerjaan/ tugas menjadi beberapa subtugas,dan mengeksekusi sub-tugas tersebut secara bersamaan/ paralel dalam unit-unit multi hardware atau segmen-segmen

 Tujuan yg ingin dicapai dlm pipeline adalah untuk meningkatkan throughput. (the number of instructions complete per unit of time - but it is not reduce the execution time of an individual instruction)

 Waktu yg digunakan untuk eksekusi setiap tugas sama dengan waktu yg digunakan untuk satu eksekusi nonpipeline.

 Tetapi karena eksekusi tugas yg berurutan dilakukan secara bersamaan, maka jumlah tugas yg dapat dieksekusi dlm suatu waktu yg disediakan lebih tinggi

 Hardware pipeline menyediakan throughput yang lebih baik dibandingkan dgn hardware non-pipeline.

RISC adalah komputasi kumpulan instruksi yang disederhanakan. RISC merupakan sebuah arsitektur komputer atau 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, desainini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapamikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00dari 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.

Prosessor Vector Pipelining

1. Berkurangnya kontensi memori karena adanya akses memori yang lebih sedikit

2. Berkurangnya pendekodean instruksi

3. Tingkah lakunya bias diramalkan, hal ini khususnya penting bagi:

􀂄Pengindeksan implicit dan akses memori

􀂄Pencabangan implicit

􀂄Terdapat berbagai macam instruksi pada register to register

􀂄Siklus Instruksi memiliki 2 Fase:

1. I : Instruction Fetch (Pengambilan Instruksi)

2. E : Execute (Melakukan operasi ALU dengan register input dan output)

􀂄Operasi Load danStore memiliki3 Fase:

1. I : Instruction Fetch

2. E : Execute (Menghitung alamat memori)

3. D : Memory (Operasi register ke memori atau memori ke register)

Reduced Instruction Set Computer (RISC)

pada arsitektur RISC : Set instruksi yang terbatas dan sederhana Register general purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaan teknologi kompiler untuk mengoptimalkan pemakaian registernya. Konsep arsitektur RISC banyak menerapkan proses eksekusi pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang diperlukan untuk melakukan pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar, eksekusi secara pipeline memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih rumit.Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi program yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang menggunakan pendekatan RISC.

KARAKTERISTIK RISC

􀂄Satu instruksi pers iklus

􀂄Operasi register to register

􀂄Mode pengalamatan yang sederhana

􀂄Format instruksi yang sederhana

􀂄Desain hardwired (tanpamicrocode)

􀂄Format instruksi yang fix

􀂄Proses compile yang cepat

Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sbb.: Operasi-operasi yang dilakukan: Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori. Operand-operand yang digunakan: Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akan menentukan organisasi memori untuk menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya. Pengurutan eksekusi: Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline. Eksekusi Instruksi

Reference     :    http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/390/jbptunikompp-gdl-sindrianil-19458-10-9-pipeli-g.pdf

                          http://funsday.blogspot.com/2009/04/93-reduced-instruction-set-computer.html

                                   http://ocw.gunadarma.ac.id/course/industrial-technology/program-of-electronics-engineering-study-2013-s1/arsitektur-komputer/pipeline-dan-risc

ARSITEKTUR FAMILY IBM PC DAN TURUNANNYA

Konfigurasi microcomputer dasar

Berdasarkan UkurannyaBerdasarkan ukurannya, komputer digolongkan ke dalam micro computer (komputer mikro), mini computer (komputer mini), small computer (komputer kecil), medium computer (komputer menengah), large computer (komputer besar) dan super computer (komputer super).1.Micro ComputerMicro Computer (Mikro Komputer) disebut juga dengan nama personal computer (komputer personal) . ukuran main memory komputer mikro sekarang berkisar dari 16 MB sampai lebih dari 128 MB, dengan konfigurasi operand register 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Kecepatan komputer mikro sekarang berkisar 200 Mhz sampai dengan 500 Mhz.Komputer mikro umumnya adalah single-user (pemakainya tunggal), yaitu satu komputer hanya dapat digunakan untuk satu pemakai saja untuk tiap saat.

1. Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

2. Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya

IBM (International Business Machines) merupakan sebuah perusahaan hardware yang mengembangkan software – software yang sudah ada seperti UNIX dan WINDOWS. Oleh karena itu IBM sendiri merupakan sebuah perusahaan bukan system operasi, hanya saja IBM mencoba mengembangkan OS yang telah ada seperti OS dari UNIX dan LINUX.IBM PC adalah sebutan untuk keluarga komputer pribadi buatan IBM. IBM PC diperkenalkan pada 12 Agustus 1981, dan "dipensiunkan" pada tanggal 2 April 1987. Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yakni :

·                     IBM 4860 PCjr

·                     IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)

·                     IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)

·                     IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)

·                     IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology

·                     IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)

·                     IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

Berikut ini adalah komponen IBM PC :

·                     Sistem kontrol BUS : Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

·                     Sistem kontrol interuppt : Pengontrol Interuppt

·                     Sistem kontrol RAM & ROM : Chip RAM & ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

·                     Sistem kontrol DMA : Pengontrol DMA

·                     Timer : Timer Interval Programmable

·                     Sistem kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Sistem software

Agar user dapat memasukkan dan menjalankan program aplikasi, maka komputer harus sudah berisi beberapa software sistem dalam memori-nya. Software sistem adalah kumpulan program yang dieksekusi seperlunya untuk menjalankan fungsi seperti

-Menerima dan menginterpretasikan perintah user
-Memasukkan dan tnengedit program aplikasi dan rnenyimpannya sebagai file dalam peralatan penyimpanan sekunder
-Mengatur penyimpanan dan pengambilan file dalam peralatan penyimpanan sekunder
-Menjalankan program aplikasi standar seperti word processor, spreadsheet, atau game, dengan data yang disediakan oleh user
-Mengontrol unit I/O untuk menerima informasi input dan menghasilkan output
-Mentranslasikan program dari bentuk source yang disediakan oleh user menjadi bentuk objek yang berisi instruksi mesin
-Menghubungkan dan menjalankan program aplikasi user-written dengan rutin library standar yang ada, seperti paket komputasi numerik

Software sistem-lah yang bertanggungjawab untuk koordinasi semua aktifitas dalam sistem komputasi. Tujuan bagian ini adalah untuk memperkenalkan beberapa aspek dasar software sistem.

Manfaat IBM PC

1. Kemudahaan penggunaan
2. Daya Tempa
3. Daya Kembang
4. Expandibilitas

Reference        : http://funsday.blogspot.com/2009/04/82-konfigurasi-mikro-komputer-dasar.html

                          http://salahh.blogspot.com/2011/12/ibm-pc-keluarganya.html

                         http://funsday.blogspot.com/2009/04/84-sistem-software.html

SISTEM INPUT / OUTPUT

SISTEM INPUT OUTPUT

Fungsi Modul I/O

Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas

pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register – register

CPU.Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan

Memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontrolan.

Fungsi dalam menjalankan tugas bagi modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa katagori,

yaitu:

• Kontrol dan pewaktuan.

• Komunikasi CPU.

• Komunikasi perangkat eksternal.

• Pem-buffer-an data.

• Deteksi kesalahan.

Langkah-langkah Penanganan I/O

1. CPU mengecek staus modulI/O Device

2. I/O module mengirimkan  statusnya

3. Jika ready, CPU meminta transfer data

4. I/O modul mengambil data dari device

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

Metode Pengaksesan I/O

1.MemoriMapped I/O

Dalam memory-mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O. CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori dan

menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat I/O.Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal

untuk penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun memakan banyak ruang memori alamat.

2. Isolated I/O

Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O

adalah sedikitnya instruksi I/O.

Metode Operasi sistem I/O

1.    I/O Terprogram

Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung,seperti pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat. Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses operasinya.

2. I/O Instruksi(Demand Driven)

driven I/O memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu. Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya.Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

3. Direct Memory Access (DMA)

Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara langsung. Hal ini berimplikasi pada :

• Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.

• Kerja CPU terganggu karena adanya interupsi secara langsung.

Bertolak dari kelemahan di atas, apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access (DMA).Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan Akhir proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu dengan interupsi.

Transfer Data

1.    Format Transfer

a. Paralel : semua bit pada karakter dikirim secara  bersamaan  dalam batas waktu tranmisi tertentu

b. Serial  :  data dikirm secara berurutan dalam satu baris  komnikasi tunggal, sehingga antara pengirim dan  penerima harus membagi batas waktu pengiriman karakter menjadi beberapa sub  interval pengiriman

              

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

2. Mode Transfer

a. Synchronous :

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

b. Asynchronous

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

Interfacing Piranti I/O

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

n  Fungsi Umum:

Mensinkronkan data transfer antara CPU dan piranti I/O

Fungsi Detail :

1. Penyedia status piranti I/O bagi CPU

2. Memiliki kemampuan interupsi / DMA

3. Mampu mentransfer instruksi CPU ke piranti

4. Mampu berfungsi sebagai buffer storage data transfer

5. Mampu melakukan pengujian kesamaan data

6. Mampu mendecode dan mengencode data

7. Memiliki fasilitas khusus: Konversi data paralel ke serial, Encoding karakter F1,F2

    BACKSPACE, DELETE dan lain-lain

8. Menyediakan sinyal status operasi

Strukrur Interface :

1. Register : Kendali (CR) :mencatat instruksi dan informasi dalam piranti

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

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

2. BUS

    Receiver : menangani data input

    Transciever : sirkuit bidirectional data menangani input  maupun output

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

Sistem Prosessor I/O

n    General Purpose komputer yang berisi sejumlah saluran DMA, CPU tersendiri dan menjalankannya secara paralel

n    Fungsi :

Sebagai piranti front end yang menangani setiap aspek I/O dan menyediakan pengendali I/O khusus yang disebut I/O Channel

Instruksi  IOP :

1. Instruksi Transfer Data

    Input (pembacaan), Output (penulisan) dan membaca informasi status

2. Instruksi General Purpose

    Instruksi aritmatika, logika, percabangan (konversi, prioritas operasi, evaluasi alamat, jump instruksi)

3. Instruksi Kendali

   Instruksi untuk menangani fungsi piranti I/O khusus yang tidak terlibat dalam transfer data contoh : memindahkan head R/W untuk menentukan lokasi track dan record pada disk.

Format Instruksi IOP :

1. Field Opcode : representasi jenis operasi

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

3. Field Word Count : jumlah word yang harus ditransfer

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

5. Filed Status : untuk tujuan komunikasi dan pencatatan.

              

Reference           : http://www.scribd.com/doc/52690071/11/Karakteristik-Sistem-Memori

                            http://www.4shared.com/get/nTJ3iM_t/5_Sistem_Memori_Komputer.html

                            http://staffsite.gunadarma.ac.id

                            http://journal.mercubuana.ac.id/

    http://ocw.gunadarma.ac.id/course/