Pipelining dan Prosesor Paralel

Artikel 1 (Pipelining dan RISC)

1. PIPELINING

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 meningkatkanthroughput. (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.

2. 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)

3. RISC (Reduced Istructioon Set Computer)

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.

Pada arsitektur RISC : Set instruksi yang terbatas dan sederhana Register general purpose yang berjumlah banyak, atau penggunaanteknologi 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

Tugas 3 (Input/Output Unit)

1. Input / Output Unit

Salah satu fitur dasar komputer adalah kemampuannya untuk mempertukarkan data dengan perangkat lain. Kemampuan komunikasi ini memungkinkan operator manusia misalnya, untuk menggunakan keyboard dan layer display untuk mengolah teks dan grafik. Manusia mengembangkan penggunaan komputer untuk berkomunikasi dengan komputer lain melalui internet dan mengakses informasi di seluruh dunia.

Dalam aplikasi lain, komputer tidak begitu tampak tetapi sama pentingnya. Komputer menjadi bagian integral pada alat-¬alat rumah tangga, peralatan manufacturing, sistem transportasi, perbankan dan terminal point¬ of ¬sale. Dalam aplikasi semacam itu, input ke suatu komputer dapat berasal dari sensor switch, kamera digital, mikrofon, atau alarm kebakaran. Out put dapat berupa sinyal suara yang dikirim ke speaker atau perintah yang dikodekan secara digital untuk mengubah kecepatan motor, membuka katup, atau menyebabkan suatu robot bergerak dengan cara tertentu. Singkatnya, general ¬purpose komputer harus memiliki kemampuan untuk mempertukarkan informasi dengan sejumlah perangkat dalam lingkungan yang bervariasi.

Sistem Bus

Prosesor, memori utama, dan perangkat I/O dapat diinterkoneksikan dengan rnenggunakan bus bersama yang fungsi utama nya adalah menyediakan jalur komunikasi untuk transfer data. Bus tersebut menyertakan jalur yang diperlukan untuk mendukung interrupt dan arbitration. Protokol bus adalah set aturan yang mengatur kelakuan berbagai perangkat yang terhubung ke bus yaitu kapan harus meletakkan informasi kedalam bus, menyatakan sinyal kontrol, dan lain sebagainya. Jalur bus yang digunakan untuk mentransfer. Data dapat dikelompokkan rnenjadi tiga tipe jalur data, alamat, dan kontrol.Sinyal control menetapkan apakah operasi baca atau tulis yang akan dilakukan. Biasanya digunakan jalur R/ W tunggal.Jalur tersebut menetapkan Read pada saat di setke 1 dan Write pada saat di¬setke 0. Apabila dirnungkinkan menggunakan beberapa ukuran operand, seperti byte, word, atau long word, rnaka ukuran data yang diminta juga diindikasikan.

Standart Input/ Output Interface

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O. Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar (interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi (interface standar).

Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware. Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

Mengakses Perangkat I/O

Pengaturan sederhana untuk menghubungkan perangkat I/O ke suatu komputer adalah dengan menggunakan pengaturan bus tunggal. Bus tersebut meng¬enable semua perangkat yang dihubungkan padanya untuk mempertukarkan informasi. Biasanya, pengaturan tersebut terdiri dari tiga set jalur yang digunakan untuk membawa alamat, data, dan sinyal kontrol. Tiap perangkat I/O ditetapkan dengan suatu set alamat yang unik. Pada saat prosessor meletakkan suatu alamat pada jalur alamat, perangkat yang mengenali alamat ini merespon perintah yang dinyatakan pada jalur kendali. Prosessor meminta operasi baca atau tulis, dan data yang di -request ditransfer melalui jalur data. Pada saat perangkat I/O dan memori berbagi ruang alamat yang sama, pengaturan tersebut disebut memory mapped I/O.
Dengan memory mapped I/O, tiap instruksi mesin yang dapat mengakses memori dapat digunakan untuk mentransfer data ke atau dari perangkat I/O. Misalnya,
jika DATAIN adalah alamat input buffer yang terhubung dengan keyboard, maka instruksi
Move DATAIN, R0 Membaca data dari DATAIN dan menyimpannya dalam register prosessor R0. Serupa dengan instruksi Move R0, DATAOUT Mengirim isi register R0 ke lokasi DATAOUT, yang mungkin berupa buffer data output dari unit display atau printer.
Kebanyakan system komputer menggunakan memory mapped I/O.

Beberapa prosessor memiliki instruksi In dan Out khusus untuk menjalankan transfer I/O. Misalnya, prosessor dalam famili Intel memiliki instruksi I/O khusus dan ruan g alamat1 6-bit terpisah untuk perangkat I/O. Pada saat membangun sistem komputer yang berbasis pada prosessor ini, desainer memiliki pilihan dalam mengkoneksikan I/O dengan menggunakan ruang alamat I/O khusus atau hanya dengan menggabungkannya sebagai bagian dari ruang alamat memori. Pendekatan paling akhir tersebut sejauh ini merupakan yang paling umum karena melibatkan penggunaan software yang lebih sederhana.
Salah satu manfaat ruang alamat terpisah adalah perangkat I/O menangani lebih sedikit jalur alamat. Perhatikan bahwa alamat I/O terpisah tidak harus berarti jalur alamat I/O tersebut terpisah secara fisik dari jalur alamat I/O tersebut terpisah secara fisik dari jalur alamat memori.

Perangkat I/O beroperasi pada kecepatan yang sangat berbeda dengan prosessor. Pada saat operator manusia memasukkan karakter pada keyboard, prosessor mampu mengeksekusi jutaan instruksi antar ¬entri karakter yang berurutan. Suatu instruksi yang membaca karakter dari keyboard sebaiknya hanya dieksekusi pada saat karakter tersebut tersedia dalam input buffer ant armuka keyboard.

2. Arsitektur Family IBM PC

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

Famili IBM PC dan Turunannya

Komputer personal pertamakali muncul setelah diperkenalkan mikroprosesor, yaitu chip tunggal yang terdiri dari set register , ALU dan unit kontrol computer. IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal yang disebut PC I/O Channel BUS atau PC BUS. PC BUS melengkapi PC dengan 8 jalur data, 20 jalur alamat, sejumlah jalur kontrol dan ruang alamat fisik PC adalah 1 MB

Konfigurasi Mikrokomputer Dasar :

1.      Chipset adalah set dari chip yagn 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

Komponen IBM PC

1. Sistem Kontrol BUS: Pengontrol BUS , Buffer Data dan Latches Alamat

2. Sistem Kontrol Intrerrupt :Pengontrol Interrupt

3. Sistem Kontrol RAM dan ROM :Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

4. Sistem Kontrol DMA : Pengontrol DMA

5. Timer : Timer Interval Programmable

6. Sistem Kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Sistem Software

1. Penetapan Alamat Port I/O

2. Penetapan Vector Interrupt

3. ROM BIOS

4. Penetapan Alamat Memori

Manfaat IBM PC

1.Expandibilitas

2.Kemudahaan penggunaan

3.Daya Kembang

4.Daya Tempa

Sumber     : http://www.scribd.com/doc/20951460/Sistem-Bus-Komputer

      http://cnx.org/content/m18835/latest/

      http://iryanaichwani.blogspot.com/2010/06/pengenalan-kontrol-inputoutput.html

Tugas 3 (Input/Output Unit)

1. Input / Output Unit

Salah satu fitur dasar komputer adalah kemampuannya untuk mempertukarkan data dengan perangkat lain. Kemampuan komunikasi ini memungkinkan operator manusia misalnya, untuk menggunakan keyboard dan layer display untuk mengolah teks dan grafik. Manusia mengembangkan penggunaan komputer untuk berkomunikasi dengan komputer lain melalui internet dan mengakses informasi di seluruh dunia.

Dalam aplikasi lain, komputer tidak begitu tampak tetapi sama pentingnya. Komputer menjadi bagian integral pada alat-¬alat rumah tangga, peralatan manufacturing, sistem transportasi, perbankan dan terminal point¬ of ¬sale. Dalam aplikasi semacam itu, input ke suatu komputer dapat berasal dari sensor switch, kamera digital, mikrofon, atau alarm kebakaran. Out put dapat berupa sinyal suara yang dikirim ke speaker atau perintah yang dikodekan secara digital untuk mengubah kecepatan motor, membuka katup, atau menyebabkan suatu robot bergerak dengan cara tertentu. Singkatnya, general ¬purpose komputer harus memiliki kemampuan untuk mempertukarkan informasi dengan sejumlah perangkat dalam lingkungan yang bervariasi.

Sistem Bus

Prosesor, memori utama, dan perangkat I/O dapat diinterkoneksikan dengan rnenggunakan bus bersama yang fungsi utama nya adalah menyediakan jalur komunikasi untuk transfer data. Bus tersebut menyertakan jalur yang diperlukan untuk mendukung interrupt dan arbitration. Protokol bus adalah set aturan yang mengatur kelakuan berbagai perangkat yang terhubung ke bus yaitu kapan harus meletakkan informasi kedalam bus, menyatakan sinyal kontrol, dan lain sebagainya. Jalur bus yang digunakan untuk mentransfer. Data dapat dikelompokkan rnenjadi tiga tipe jalur data, alamat, dan kontrol.Sinyal control menetapkan apakah operasi baca atau tulis yang akan dilakukan. Biasanya digunakan jalur R/ W tunggal.Jalur tersebut menetapkan Read pada saat di setke 1 dan Write pada saat di¬setke 0. Apabila dirnungkinkan menggunakan beberapa ukuran operand, seperti byte, word, atau long word, rnaka ukuran data yang diminta juga diindikasikan.

Standart Input/ Output Interface

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O. Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar (interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi (interface standar).

Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware. Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

Mengakses Perangkat I/O

Pengaturan sederhana untuk menghubungkan perangkat I/O ke suatu komputer adalah dengan menggunakan pengaturan bus tunggal. Bus tersebut meng¬enable semua perangkat yang dihubungkan padanya untuk mempertukarkan informasi. Biasanya, pengaturan tersebut terdiri dari tiga set jalur yang digunakan untuk membawa alamat, data, dan sinyal kontrol. Tiap perangkat I/O ditetapkan dengan suatu set alamat yang unik. Pada saat prosessor meletakkan suatu alamat pada jalur alamat, perangkat yang mengenali alamat ini merespon perintah yang dinyatakan pada jalur kendali. Prosessor meminta operasi baca atau tulis, dan data yang di -request ditransfer melalui jalur data. Pada saat perangkat I/O dan memori berbagi ruang alamat yang sama, pengaturan tersebut disebut memory mapped I/O.
Dengan memory mapped I/O, tiap instruksi mesin yang dapat mengakses memori dapat digunakan untuk mentransfer data ke atau dari perangkat I/O. Misalnya,
jika DATAIN adalah alamat input buffer yang terhubung dengan keyboard, maka instruksi
Move DATAIN, R0 Membaca data dari DATAIN dan menyimpannya dalam register prosessor R0. Serupa dengan instruksi Move R0, DATAOUT Mengirim isi register R0 ke lokasi DATAOUT, yang mungkin berupa buffer data output dari unit display atau printer.
Kebanyakan system komputer menggunakan memory mapped I/O.

Beberapa prosessor memiliki instruksi In dan Out khusus untuk menjalankan transfer I/O. Misalnya, prosessor dalam famili Intel memiliki instruksi I/O khusus dan ruan g alamat1 6-bit terpisah untuk perangkat I/O. Pada saat membangun sistem komputer yang berbasis pada prosessor ini, desainer memiliki pilihan dalam mengkoneksikan I/O dengan menggunakan ruang alamat I/O khusus atau hanya dengan menggabungkannya sebagai bagian dari ruang alamat memori. Pendekatan paling akhir tersebut sejauh ini merupakan yang paling umum karena melibatkan penggunaan software yang lebih sederhana.
Salah satu manfaat ruang alamat terpisah adalah perangkat I/O menangani lebih sedikit jalur alamat. Perhatikan bahwa alamat I/O terpisah tidak harus berarti jalur alamat I/O tersebut terpisah secara fisik dari jalur alamat I/O tersebut terpisah secara fisik dari jalur alamat memori.

Perangkat I/O beroperasi pada kecepatan yang sangat berbeda dengan prosessor. Pada saat operator manusia memasukkan karakter pada keyboard, prosessor mampu mengeksekusi jutaan instruksi antar ¬entri karakter yang berurutan. Suatu instruksi yang membaca karakter dari keyboard sebaiknya hanya dieksekusi pada saat karakter tersebut tersedia dalam input buffer ant armuka keyboard.

2. Arsitektur Family IBM PC

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

Famili IBM PC dan Turunannya

Komputer personal pertamakali muncul setelah diperkenalkan mikroprosesor, yaitu chip tunggal yang terdiri dari set register , ALU dan unit kontrol computer. IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal yang disebut PC I/O Channel BUS atau PC BUS. PC BUS melengkapi PC dengan 8 jalur data, 20 jalur alamat, sejumlah jalur kontrol dan ruang alamat fisik PC adalah 1 MB

Konfigurasi Mikrokomputer Dasar :

1.      Chipset adalah set dari chip yagn 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

Komponen IBM PC

1. Sistem Kontrol BUS: Pengontrol BUS , Buffer Data dan Latches Alamat

2. Sistem Kontrol Intrerrupt :Pengontrol Interrupt

3. Sistem Kontrol RAM dan ROM :Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

4. Sistem Kontrol DMA : Pengontrol DMA

5. Timer : Timer Interval Programmable

6. Sistem Kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Sistem Software

1. Penetapan Alamat Port I/O

2. Penetapan Vector Interrupt

3. ROM BIOS

4. Penetapan Alamat Memori

Manfaat IBM PC

1.Expandibilitas

2.Kemudahaan penggunaan

3.Daya Kembang

4.Daya Tempa