Prosesor Paralel

Jaringan Interkoneksi

Interkoneksi jaringan terdiri dari elemen switching. Topologi adalah pola untuk menghubungkan individu switch ke unsur-unsur lain, seperti prosesor, memori dan switch lain. Jaringan yang memungkinkan pertukaran data antara prosesor dalam sistem paralel.

• -          Koneksi jaringan langsung

Jaringan langsung mempunyai jaringan point to point antara dua komputer. Jaringan ini static, dengan kata lain jaringan point to point adalah tetap, contoh jaringan langsung adalah topologi ring, mesh, dan cube.

• -          Koneksi Jaringan tak langsung

Jaringan tak langsung tidak memiliki cabang yang tetap, topologinya dapat dirubah secara dinamik berdasarkan aplikasi yang digunakan. Jaringan tak langsung dibagi menjadi BUS, Multistage, dan crossbar.

SIMD (single Instruction Stream, Multiple Data Stream)

Adalah kelas komputer parallel yang mendiskripsikan suatu komputer dengan lebih dari satu prosesor untuk mengerjakan oerasi yang sama dalam data yang besar secara simultan. Pada CPU modern umumnya SIMD digunakan untuk meningkatkan performa dibidang multimedia

MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream)

MIMD merupakan teknik dalam mencapai proses parallel dimana mesin menggunakan sejumlah prosesor yang berfungsi asinkronous. Dimana prosesor yang berbeda dapat mengakses intruksi yang berbeda dan dengan data yang berbeda. MIMD lebih banyak digunakan untuk mesin aplikasi desain permodelan atau manufaktur dengan kendali, simulasi, pemodelan, dan peralihan komunikasi. MIMD memiliki distribusi memori yang terpisah dan memiliki Hypercube atau mesh interconnection. Dan juga CPU dengan lebih dari satu disebut komputer MIMD.

Arsitektur pengganti

Merupakan konsep rencangan atau struktur operasi dasar komputer atau blueprint dengan deskripsi funsi kebutuhan pernagkat keras yang didesain.

Source:

https://www.scribd.com/doc/305577778/APA-ITU-SISD-SIMD-MISD-MIMD

http://dhanang-thedoctor.blogspot.co.id/2013/02/tugas-ke-4-organisasi-arsitektur.html

https://www.tutorialspoint.com/parallel_computer_architecture/parallel_computer_architecture_interconnection_network_design.htm

Pipelining dan RISC

Pada komputer, pipeline adalah perpindahan overlapping atau secara berulang dari instruksi ke prosesor. Pipelining menggunakan dasar dari pipeline, tanpa pipeline sebuah prosesor mendapatkan instruksi pertama dari memori, melakukan operasi yang disebut for, dan mendapatkan instruksi selanjutnya dari memori. Tetapi karena eksekusi tugas yg berurutan dilakukan secara bersamaan, maka jumlah tugas yg dapat dieksekusi dlm suatu waktu yg disediakan lebih tinggi.

Pipelining kadang dibandingkan dengan manufaktur perakitan di mana bagian yang berbeda dari produk yang sedang dikumpulkan pada saat yang sama meskipun pada akhirnya mungkin ada beberapa bagian yang harus dikumpulkan sebelum yang lain. Pipeline dan pipelining juga diterapkan pada memori kontrol komputer dan perpindahan data terhadap memori yang berbeda diberbagai lokasi. Tujuan yg ingin dicapai dlm pipeline adalah untuk meningkatkan throughput.

Lalu selain pipeline dan pipelining, terdapat juga RISC. RISC merupakan desain CPU yang didasarkan pada instruksi yang mudah dan high performance ketika digabungkan dengan arsitektur mikroprosesor yang mampu menjalankan intruksi dengan sedikit siklus perputaran mikroprosesor per instruksi. Ciri lain pada RISC adalah sistem tersebut mengunakan load/store architecture, dimana mmori normalnya mengakses hanya bagian dari intruksi secara spesifik, daripada mengakses sebagai bagian dari instruksi lainnya seperti “add”.

Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah:

-        - 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.

Dalam sejarah perangkat keras komputer, beberapa awal CPU RISC menggunakan arsitektur yang sangat mirip, yang sekarang disebut pipa RISC klasik. CPU tersebut adalah MIPS, SPARC, Motorolla 88000, dan yang terbaru adalah CPU DLX yang digunakan untuk edukasi. RISC pipeline klasik mempunyai beberapa kategori seperti:

-        -  Classic five stage RISC pipeline

Dasar five stage pipeline pada mesin RISC adalah (Instruction Fetch “IF”. Instruction Decode “ID”, Execute “EX”, Memory access “MEM”, Register write back “WB”).

-         -Hazard

Hazard merupakan istilah berbahaya untuk situasi dimana petunjuk pada pipeline  menghasilkan output yang salah. Hazard sendiri dibagi menjadi beberapa bagian yang diantaranya “Structure”, “Data”, “Control”.

-         - Exeptions

Solusi yang paling sederhana, yang disediakan oleh sebagian besar arsitektur adalah dengan membungkus aritmatika. Angka-angka yang lebih besar dari nilai dikodekan maksimum mungkin memiliki bit paling signifikan yang dikurangi sampai bit sesuai.

-         - Cache miss handling

Kadang cache data atau instruksi tidak berisi data atau instruksi yang dibutuhkan. Dalam kasus ini, CPU harus menghentikan operasi sampai cache dapat diisi dengan data yang dibutuhkan, dan kemudian melanjutkan eksekusi. Masalah mengisi cache dengan data yang dibutuhkan dan berpotensi menulis kembali ke baris memori cache tidak khusus untuk untuk pipeline.

Source:

Computer Architecture, A Quantitative Approach (Fifth Edition) - Morgan Kaufmann, 2011 ISBN 978-0123838728

 Flynn, Michael J. (1995). Computer architecture: pipelined and parallel processor design. pp. 54–56. ISBN 0867202041.

http://whatis.techtarget.com/definition/pipelining

Northern Illinois University, Department of Computer Science, “RISC - Reduced instruction set computer”

Arsitektur family IBM PC

IBM Personal Computer atau yang lebih dikenal dengan IBM PC adalah versi original perusahaan IBM. Model PC pertama dari perusahaan tersebut adalah IBM model  5150 yang diperkenalkan pada 12 Agustus 1981. Model tersebut dibuat oleh tim insinyur dan desainer dibawah pengawasan direktur Don Estridge dari IBM Entry System Division di Boca Raton, Florida. Perusahaan ini pun akhirnya tidak memproduksi lagi pada tanggal 2 April 1987.

Kesuksesan dari IBM PC  akhirnya memimpin perusahaan lain  untuk melakukan development IBM Compatibles,dan akhirnya membuat produk seperti disket yang dikomersilkan dengan nama IBM Format. Duplikat dari IBM PC dapat dibuat dengan of the shelf parts, namun untuk bios membutuhkan beberapa tenaga dari insinyur. Perusahaan seperti Compaq, Phoenix Software Assosiates, American Megatrens, Award dan lainnya berhasil membuat full fungsi dari BIOS yang akhirnya membuat perusahaan DELL, Gateway, HP dapat membuat PC yang bekerja seperti produk dari IBM, dan IBM pun menjadi standar industri dari perusahaan komputer.

Adapun model yang dikeluarkan oleh IBM PC adalah seperti berikut:

Model name	Model #	Introduced	CPU	Features
PC	5150	Agustus 1981	8088	Floppy Disk / Cassette system
XT	5160	Maret 1983	8088	First IBM PC internal hard drive
XT/370	5160/588	Oktober 1983	8088	5160 with XT/370 Option Kit and 3277 Emulation Adaptor
3270 PC	5271	Oktober 1983	8088	3270 terminal emulation, 20 fungi keyboard
PCjr	4860	November 1983	8088	Floppy based home PC, infrared keyboard
Portable	5155	Februari 1984	8088	Floppy based portable
AT	5170	Agustus 1984	80826	Faster processor, system bus, jumperless configuration, RTC
AT/370	5170/599	Oktober 1984	80286	5170 with AT/370 Option Kit and 3277 emulaition adapter
3270 AT	5281	Juni 1985	80286	3270 terminal emulation
Convertible	5140	April 1956	80C88	Microfloppy laptop portable
XT 286	5162	September 1986	80286	Slow hard drive, zero wait state memory motherboard

Turunan dari IBM PC sendiri merupakan computer yang dikembangkan berdasarkan IBM PC Compatible yang dimana dari segi mikroprosessor single chip, arsitektur kernel x86 atau 32bit yang dibuat agar mampu menggunakan part perangkat keras yang dapat diganti ganti, dan computer yang telah dikembangkan ini biasanya disebut clone PC, dan sekarang nama clone tersebut sudah tida k dipakai dan menjadi PC untuk sebutannya.

Tidak hanya dari segi kernel ataupun mikroprosessor saja yang dibuat menyerupai, namun PC BUS pun hampir menyerupai model awal dari IBM PC. Pada motherboardpun slot bus pun memiliki expansion card, dan juga terdapat ROM subsystem, DMA, coprocessor socket, sound circuitry, keyboard interface, dan juga bila pada original PC IBM juga terdapat cassete interface.

Komponen pada IBM PC juga diturunkan kekomputer generasi sekarang pada bagian elektroniknya seperti:

-      - Motherboard

Dimana motherboard ini berisi berbagai sistem kontrol seperti BUS, CU, I/O, lalu juga terdapat media penyimpanan seperti RAM dan ROM, dan bagian pengolahan data informasi terdapat pada CPU.

-      - PIC (Peripheral Integrated Circuit)

PIC ini berisi berbagai macam chip yang bertugas untuk berbagai fungsi seperti:

a.       Programmable Interupt Control

b.      Direct Memory Access Controller

c.       Programmable Interval Timer

d.      Programmable Peripheral Interface untuk parallel I/O kontrol printer

e.      Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Control untuk komunikasi serial dengan port RS-232

-      - Set Karakter

IBM PC original mengunakan 7-bit ASCII sebagai basis, dan ditambahkan menjadi 8-bit dengan karakter tambahan.

-      - Media Penyimpanan

IBM 5150 menggunakan media penyimpanan sebagai berikut

a.       Cassette Tape

b.      Fixed Tape

c.       Floppy Diskettes

-      - BIOS

Sebagai Basic Input/Output System Code yang ditempatkan pada ROM PC

-      - Serial Port Adresses and Interupts

-      - Printer Port

-      - OS Support

IBM PC pertama kali menggunakan OS DOS yang disupport dengan CP/M-86 dan ini OS ini pun hanya tersedia selama 6 bulan yang kemudian menjadi UCSD p-System sebagai OS dari IBM PC.

Source:

Bradley, David J. (September 1990). "The Creation of the IBM PC". BYTE. pp. 414–420. Retrieved 2 April 2016.

"Dual-Head operation on vintage PCs".

"IBM Archives: Philip D. Estridge". Retrieved 2009-02-27.

Morgan, Chris (January 1982). "Of IBM, Operating Systems, and Rosetta Stones". BYTE. p. 6. Retrieved 19 October 2013.

Muller, Guide to repairing and upgrading PCs 6th edition

PC Magazine, Sept. 30, 1986, pp. 179-184

Scott Mueller Upgrading and Repairing PCs, Second Edition, Que Books, 1992, ISBN 0-88022-856-3 page 48, 94

Williams, Gregg (January 1982). "A Closer Look at the IBM Personal Computer". BYTE. p. 36. Retrieved 19 October 2013.

Unit Input dan Output

Sistem BUS

Sistem BUS adalah koneksi antar komponen utama pada sistem komputer, dengan menggabungkan Data BUS untuk membawa informasi, Address BUS untuk menentukan kemana data harus dikirim, dan Control BUS sebagai bagian dari oerasi. Teknik ini dirancang untuk mengurangi biaya dan meningkatkan modularitas, meskipun ini sangat popular pada tahun 1970 dan 1980an, banyak modern komputer menggunakan banyak variety dari bus yang terpisah untuk dapat beradaptasi dengan kebutuhan spesifik.BUS sendiri di bagi menjadi dua kategori yaitu:

-        -  Internal BUS

Internal BUS dikenal sebagai Internal Data BUS, atau System BUS yang menghubungkan semua komponen internal dari komputer seperti CPU, Memory, dan Motherboard.

-         - External BUS

External BUS atau BUS expansi dibuat untuk menghubungkan ke perangkat eksternal seperti printer ke komputer.

BUS dapat dibuat menjadi Parallel BUS, dengan membawa data word secara parallel pada beberapa kabel, atau serial BUS yang membawa data dalam form serial bit.

I/O Interface

I/O interface merupakan komponen yang dimana tempat keluar masuknya informasi dari sebuah komputer. Komponen input pada I/O merupakan sebua sinyal atau data yang diterima oleh sistem yang nantinya akan diolah pada computer, contoh komponen input ini berupa mouse, keyboard, scanner, dll. Komponen output pada I/O merupakan keluaran data yang telah diolah oleh komputer yang akan disampaikan kepada user, contoh komponen output adalah speaker, monitor, printer, dll.

Metode pengaksesan dan orerasi sstem I/O

Metoda pengaksesan I/O dibagi menjadi dua, yaitu:

-        -  Memory Mapped I/O

Memory Mapped I/O berbagi ruang dengan memori eksternal, jadi total kapasitas alamat hanya memori yang tersambung saja.

-        -  I/O mapped I/O (Port mapped I/O)

I/O mapped I/O mempunyai alamat yang terpisah dari memori, jadi total kapasita alamat memori adalah banyaknya I/O dan memori yang terhubung. I/O yang terpisah digunakan sebagai instruksi untuk mengakses I/O. lalu sinyal yang terpisah digunakan untuk megalamatkan perangkat I/O.

Sedangkan metode operasi sistem I/O dilakukan dengan cara I/O yang terprogram, I/O instruksi, dan dengan cara DMA (Direct Memory Access).

Source:

https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-an-I-O-a-mapped-I-O-and-a-memory-mapped-I-O-in-the-interfacing-of-the-microprocessor

Linda Null; Julia Lobur (2006). The essentials of computer organization and architecture (2nd ed.). Jones & Bartlett Learning. pp. 33,179–181. ISBN 978-0-7637-3769-6.

CPU

CPU ( Central Processing Unit ) merupakan perangkat keras computer yang memiliki fungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangat lunak. CPU merupakan otak dari computer. Tanpa adanya CPU, maka computer tidak akan berfungsi sebagai mestinya. CPU memiliki fungsi untuk menjalankan program yang telah disimpan dalam memori utama, dengan cara mengambil intruksi kemudian menguji intruksi dan mengeksekusinya sesuai alur perintah.

• BUS

BUS Sistem terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, Memori, I/O). Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Struktur Bus dibagi menjadi 3, yaitu “Saluran Data”, “Saluran Alamat”, “Saluran Kontrol”.

Bus sendiri dibagi juga menjadi beberapa elemen diantaranya:

• Jenis Bus

1. Dedicated
2. Time Multiplexed

• Metode Arbitrasi

1. Sentralisasi
2. Distribusi

• Timing

1. Synchronous
2. Asynchronous

• Bandwidth Bus
• Jenis Transfer Data

• ALU

Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem didalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika danlogika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkancontoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di manahasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksiyang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakansistem bilangan biner two’s complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian datatersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU outputregister, sebelum disimpan dalam memori. Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi unit ini adalah untuk melakukan suatu proses datayang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiridari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangandinamakan dengan Adder. Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder jugadisebut rangkaian kombinasional aritmatika.

• Set Register

Register prosesor adalah sejumlah kecil memori yang bekerja dalam kecepatan sangat  tinggi untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai umum yang digunakan. nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

Jenis jenis register pada prosesor :

• Register data ,  digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).
• Register alamat, digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
• Register general purpose, digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
• Register floating-point, digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan floating point.
• Register konstanta (contant register), digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifat read only), semacam phi,null,true, false
• Register vector, digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD
• Register special purpose ,digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.
• Register yang spesifik terhadap model mesin(machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain prosesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi prosesor.

Source:

http://www.academia.edu/6554450/Sistem_Bus

https://www.scribd.com/doc/137705503/Pengertian-ALU

http://gijutsusekai.blogspot.co.id/2015/09/apa-itu-register.html

http://pengayaan.com/pengertian-cpu-dan-fungsinya/

Arsitektur Set Instruksi

 Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU dengan sebuah kamus berisi daftar perintah apa saja yang dapat dilakukan (didukung) oleh sebuah prosesor, dan biasanya terikat dengan sebuah keluarga arsitektur prosesor tertentu. Berikut adalah jenis – jenis dari set instruksi.

- Data Processing (Aritmathic dan Logic Instruksi)
Data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan

- Data Storange (Memory Instruction)
Sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM). Akan tetapi, istilah “computer storage” sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal, yang bisa berupa cakram optis, beberapa bentuk media penyimpanan magnetis.

- Data Movement (I/O Instructions)
Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu :
• Load & Upload [difokuskan untuk memindahkan data yang berupa indeks atau data itu sendiri alias isi dari database tersebut]
• Export & Import [memindahkan data secara lengkap, mulai dari grand, schema, dan seluruhnya]

- Conrtrol (Test and Branch Instruction)
Unit kendali (bahasa Inggris: Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

Teknik Pengalamatan instruksi dibagi 7, yaitu:
- Inherent
- Immediate
- Direction
- Extended
- Indexed
- Relative
- Machine Code, Opcode, Mnemonic, Assressing Mode

Source:
http://belajarsiskom.blogspot.co.id/
https://sanusiadam79.wordpress.com/2015/12/30/set-instruksi-program-dan-jenis-jenis-instruksi/

Organisasi dasar komputer

Organisasi komputer merupakan ilmu yang mempelajari bagian dari unit operasional komputer dan hubungan antara komponen dengan sistem komputer. sebagai contoh adalha sinyal keluaran, interface, serta bagian fisik dan non fisik dari komputer.

Struktur serta fungsi dari organisasi komputer adalah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar, dan fungsi merupakan masing – masing komponen yang merupakan bagian dari struktur. Cara kerja dari komputer sendiri dapat di deskripsikan sebagai berikut.

1.       Input device

Input device merupakan bagian alat yang digunakan sebagai masukan atau menerima masukan kedalam komputer. contoh, keyboard, mic, mouse, dll.

2.       Output device

Output merukan alat yang dapat menghasilkan keluaran dari sebuat komputer seperti printer, monitor, speaker, dll.

3.       I/O Port

I/O adalah bagian dimana untuk masukan serta keluaran, bisa juga sebagai pengirim atau penerima.

4.       CPU

CPU merupakan bagian untuk pemrosesan atau bagian dari komputer yang berfungsi sebagai otak. CPU sendiri mempunyai ALU, CU, serta Bus Data.

5.       Memori

Memori terdiri dari dua bagian pada bagian internal, yaitu RAM dan ROM, serta pada bagian external terdapat Harddrive, Flash Drive, dll.

source: https://anasnurhuda354.wordpress.com/2012/11/24/organisasi-dan-komputer-dasar/