Slide Presentasi Mata Kuliah Organisasi Komputer D osen : Yan Everhard R, Ir. MT.

1. Slide Presentasi Mata KuliahOrganisasi KomputerDosen :Yan Everhard R, Ir. MT. Fakultas Teknologi Informatika Universitas BUDI LUHUR

2. Pendahuluan Komputer adalah merupakan sesuatu sistem yang cukup kompleks, yang terdiri dari : • Komponen Hardware • Komponen Software • Komponen Brain ware Semua komponen tersebut diatas adalah merupakan suatu kesatuan utuh yang tidak dapat dipisahkan satu dengan yang lain.

3. Untuk melihat lebih jelas komputer pada aspek pendukungnya, maka dapat di lihat pada : • Aspek Arsitektural Hal – hal yang tampak bagi seorang user. • Aspek Organisatorial Interkoneksi antar sistem pendukung. Dari paparan tersebut diatas maka komputer terdiri dari 3 elemen dasar, yaitu : • Processor • Memori • Input – Output System

4. Prinsip dasar yang ditetapkan oleh Von Neumann tentang komputer adalah“ Store Programmed Concept ” Penterjemahan dari prinsip dasar tersebut diatas adalah : • Data dan instruksi disimpan di memori utama • Memori ini dapat diakses melalui proses pengalamatan • Eksekusi data / instruksi terjadi dengan cara sequential. Adapun urutan eksekusi terhadap data / instruksi adalah : • Instruction Fetch • Instruction Decode • Operand Fetch • Operand Execute

5. Dari uraian tersebut diatas maka dapat dilihat bahwa elemen yang paling dominan pada proses eksekusi data / instruksi adalah main memori.Hal ini dapat diterima karena main memori merupakan sentra kegiatan dari processor dan input output system didalam menangani aliran data / instruksi didalam komputer.Dan pada saat awal sebuah komputer diaktifkan maka terjadi proses pemuatan data / intruksi yang dikenal sebagai proses POST ( Power On Self Test ), dimana proses tersebut main memori akan memberikan urutan langkah kerja dari prosesor didalam mempersiapkan mekanisme kerja secara keseluruhan.

6. Memori Memory pada sistem komputer dapat dibedakan menjadi : • Internal memory • Eksternal memory Memory digunakan untuk menyimpan data atau program yang akan diproses oleh processor. Berdasarkan sifat dari data tersebut yang berhubungan dengan pemrosesan maka dapat di katagorikan : • Data yang sedang diproses • Data yang akan diproses • Data yang belum diproses

7. Karakteristik penting dari sistem memory yang digunakan pada sistem komputer adalah : Lokasi • Processor • Internal (Main) • External (Secondary) Kapasitas • Ukuran Word ( Word size ) • Jumlah Word Satuan Transfer • Word • Block

8. Metoda akses • Sequential • Direct • Random • Assosiative Kinerja • Access Time • Cycle Time • Transfer Rate Type fisik • Semikonduktor • Magnetic • Optical

9. Karakteristik fisik : • Volatile / Non Volatile • Erasable / Non Erasable Tiga konsep Unit of Transfer yang saling berhubungan bagi internal memori : • Word Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan bilangan dan panjang instruksi. • Addressable Units Pada sejumlah sistem, addressable unit adalah word. Namum terdapat sistem yang mengijinkan pengalamatan pada tingkat byte. • Unit Of Transfer Satuan ini merupakan jumlah bit yang dibaca atau yang dituliskan kedalam memory pada suatu saat. Satuan transfer tidak perlu sama dengan word atau addressable unit. Bagi external memory seringkali data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih besar dari word dan hal ini dikenal sebagai block.

10. Hierarkhi Memory Spektrum dari teknologi didalam sistem memory : • Semakin kecil waktu akses, semakin besar harga perbit • Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga perbit • Semakin besar kapasitas, semakin lama waktu akses Dari gambar dibawah ini, jika kita bergerak turun dari atas ke bawah maka akan didapat : • Penurunan harga perbit • Peningkatan kapasitas • Peningkatan waktu akses ( waktu akses yang semakin lama ) • Penurunan frekwensi akses memory oleh CPU

11. Traditional Memory Hierarchi

12. Contempory Memory Hierarchi

13. Memory Semikonduktor Tipe tipe memory Semikonduktor : RAM (Random Access Memory ) • Static RAM • Dinamic RAM ROM ( Read Only Memory ) • Mask ROM  programmed by factory • PROM ( Programmable ROM )  programmed by user • Erasable PROM ( EPROM )  UV Light ; Chip Level • Electrically Erasable PROM  Electrical ; Byte Level • Flash ROM  Electrical ; Block Leve

14. Random Access Memory Merupakan memory Baca Tulis dimana isi dari RAM dapat diupdate setiap saat dan bersifat volatile serta digunakan data / instruksi selama pemrosesan berlangsung. Dinamic RAM : • Terbuat dari bahan kapasitif • Memerlukan daya operasional yang relatif kecil • Kerapatan perkeping IC yang besar • Memerlukan rangkaian Refresh • Harga lebih murah • Effisien untuk sistem sistem besar • Kecepatan proses yang relatif lambat dibanding RAM Static

15. Static RAM : • Terbuat dari sistem transistor bipolar • Memerlukan daya operasional yang relatif besar • Tidak memerlukan rangkaian Refresh, karena sifat dari transistor. • Kerapatan perkeping IC yang sedikit ( kecil ) • Harga lebih mahal • Kecepatan proses yang tinggi • Effisien untuk sistem sistem kecil dan sistem yang memerlukan kecepatan pemrosesan yang tinggi.

16. Read Only Memory ROM adalah memory yang berisi program yang bersifat tetap / tidak berubah sepanjang sistem yang digunakan memungkinkan. Aplikasi penting dari ROM meliputi : • Microprogramming • Library subroutine bagi fungsi – fungsi yang sering diperlukan. • Program program sistem yang berfunsi untuk mengatur kerja sistem secara keseluruhan. • Tabel tabel fungsi sistem.

17. Sebelum operasi dari sistem komputer diaktifkan maka isi dari ROM akan di-load terlebih dahulu ke dalam RAM  POST ( Power On Self Test ). Permasalahan yang ada pada sistem ROM : • Langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi • Tidak boleh terjadi kesalahan sekecil apapun. Apabila ternyata dijumpai kesalahan pada satu bitnya maka ROM tersebut tidak dapat digunakan. Untuk mengatasi hal tersebut diatas maka dibuatlah ROM yang dapat diprogram dan dihapus seperti halnya RAM. Tiga macam Read mostly memory : • EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory ) • EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ) • Flash ROM / Flash Memory

18. Organisasi Memory Elemen dasar dari sebuah memory semikonduktor adalah sel memory yang didalam sistem elektronika digitalnya dikenal sebagai Flip Flop. Seluruh sel memory memiliki sifat sifat tertentu : • Sel memory memiliki dua keadaan stabil atau tidak stabil yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 0 dan 1. • Sel memory mempunyai kemampuan untuk ditulisi  untuk men-set keadaan. • Sel memory mempunyai kemampuan untuk dibaca  untuk merasakan keadaan. • Sel memory secara keseluruhan mempunyai kemampuan untuk diberikan nilai awal yang sama.

19. Error Correction pada RAM Error pada memory semikonduktor dapat dikategorikan sebagai kegagalan yang berat dan kegagalan yang ringan. Kegagalan yang berat merupakan kerusakan fisik permanen sehingga sel memory yang mengalaminya tidak dapat lagi digunakan untuk menampung data. Kegagalan yang ringan adalah kejadian yang random dan tidak merusak atau yang mengubah isi sebuah sel memory atau lebih, tanpa merusak memory secara permanen. Kegagalan ringan ini salah satunya dapat disebabkan oleh masalah catu daya yang tidak stabil.

20. Untuk mengantisipasi kegagalan tersebut diatas maka : • Untuk kegagalan yang berat / fatal maka sistem komputer secara keseluruhan akan berhenti untuk beroperasi. • Untuk kegagalan yang ringan maka dapat dilakukan melalui mekanisme Error Correction dengan menggunakan metoda Hamming Code. Tetapi perlu dicatat bahwa yang dimaksud dengan kegagalan yang ringan, yang dapat diantisipasi dengan menggunakan metoda Hamming Code adalah kegagalan yang terjadi pada single bit saja.

21. Suatu error correction dapat dibuat untuk menjaga agar validasi dari data yang dibaca maupun ditulis adalah absah. Jika M bit disimpan pada RAM maka untu koreksi dengan Hamming Code diperlukan K bit tambahan, sehingga ukuran aktual dari word memori yang disimpan adalah M+K bit. Dengan sistem tersebut diatas maka akan didapatkan kondisi • Jika tidak ada kesalahan maka data bit yang diminta akan dikirimkan. • Jika ada kesalahan dan dimungkinkan untuk dikoreksi  dilakukan perbaikan. • Jika ada kesalahan dan tidak dimungkinkan untuk diperbaiki  error signal Untuk sistem proteksi memory saat ini digunakan gabungan Parity dan Hamming Code.

22. Hamming Code Metoda perbaikan / pemulihan kesalahan data tersimpan yang didasarkan atas penambahan bit bit pendeteksian kesalahan yang memberi kemampuan penerima untuk melakukan koreksi terhadap kesalahan yang terjadi. Bit bit yang disisipkan pada data yang akan dikirim biasanya disebut sebagai bit hamming Posisi bit bit hamming dinyatakan dalam posisi 2n, dengan n = 0,1,2,3,4,5,… D : Data “0” / “1” H : Hamming Code

24. Memory Semikonduktor pada Komputer SIMM • Single In - line Memory Module • Mempunyai jumlah pin 30 atau 72 pin • Pin 30 Banyak digunakan untuk PC zaman 80286-80486 dan beroprasi pada 16 bit • Pin 72 digunakan PC dengan processor intel dan beroperasi pada 32 bit DIMM • Dual In - line Memory Module. • Dual berarti kedua sisi menjalankan sekuens proses program masing-masing namun masih dapat menjalankan proses yang sama • DIMM sekarang telah mencapai lebar data sebanyak 68 bit

25. EDO DRAM (Extended Data Out Dynamic RAM) SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) beroperasi pada 66 Mhz, 100 Mhz, 133 Mhz. DDR RAM (Double Data Rate RAM) beroperasi pada200 Mhz, 266 Mhz, 333 Mhz, 400 Mhz) spesifikasi fabrikan : DDR200 /PC1600 = 1,6 GB/sec DDR266 /PC2100 = 2,1 GB/sec DDR333 /PC2700 = 2,7 GB/sec DDR400/PC3200 = 3,2 GB/sec DDR SDRAM ( Double Data Rate Synchronous DRAM ) R DRAM ( Rambus DRAM )

26. DDR 2 RAM beroperasi pada 400 Mhz, 533 Mhz, 667 Mhz spesifikasi fabrikan : DDR2-400 / PC2-3200 DDR2-533 / PC2-4200 DDR2-667 / PC2-5300 DDR2-800 / PC2-6400

27. SIMM RAM Beroperasi pada tegangan 5 V

28. Notch Key Definition

30. SDRAMberoperasi pada tegangan 2,5 V

31. DDR SDRAM beroperasi pada tegangan 2,5 V

32. DDR 2 beroperasi pada tegangan 1,8 V

34. Dual Channel Memory • Menambah ‘tenaga’ bandwidth antara memory dan processor menjadi 2 jalur • Jalur transfer menjadi 128 bit yg tadinya 64 bit • Ex : memory single channel DDR400/PC3200 mengalirkan data 400Mhz x 64 bits = 3.2 GB/sec. • Maka dengan dual channel =6.4 GB/sec

35. Dual-channel architecture describes a technology that theoretically doubles data throughput from RAM to the memory controller. Dual-channel-enabled memory controllers utilize two 64-bit data channels, resulting in a total bandwidth of 128-bits, to move data from RAM to the CPU.

36. Dual-channel technology was created to address the issue of bottlenecks. Increased processor speed and performance requires other, less prominent components to keep pace. In the case of dual channel design, the intended target is the memory controller, which regulates data flow between the CPU and system memory (RAM). The memory controller determines the types and speeds of RAM as well as the maximum size of each individual memory module and the overall memory capacity of the system. When the memory is unable to keep up with the processor, however, a bottleneck occurs, leaving the CPU with nothing to process. Under the single-channel architecture, any CPU with a bus speed greater than the memory speed would be susceptible to this bottleneck effect.

37. Front Side Bus • In personal computers, the Front Side Bus (FSB) is the data transfer bus that carries information between the CPU and the northbridge of the Motherboard. • Some computers also have a back side bus which connects the CPU to a memory cache. This bus and the cache memory connected to it are faster than accessing the system RAM via the front side bus. • The bandwidth or maximum theoretical throughput of the front side bus is determined by the product of the width of its data path, its clock frequency (cycles per second) and the number of data transfers it performs per clock cycle. For example, a 32-bit (4-byte) wide FSB operating at a frequency of 100 MHz that performs 4 transfers per cycle has a bandwidth of 1600 megabytes per second (MB/s).

38. Mother Board Diagram

39. Notice that many manufacturers today publish the speed of the FSB in megatransfers per second (MT/s), not the FSB clock frequency in megahertz (MHz). This is because the actual speed is determined by how many transfers can be performed each clock cycle as well as by the clock frequency. For example, if a motherboard (or processor) has a FSB clocked at 200 MHz and performs 4 transfers per clock cycle, the FSB is rated at 800 MT/s.

40. History and Current usage The front side bus is an alternative name for the data and address buses of the CPU as defined by the manufacturer's datasheet. The term is mostly associated with the various CPU buses used on PC-related motherboards (including servers etc), seldom with the data and address buses used in embedded systems and similar small computers. Front side buses serve as a connection between the CPU and the rest of the hardware via a so called chipset. This chipset is usually divided in a northbridge and a southbridge part, and is the connection points for all other buses in the system. Buses like the PCI, AGP, and memory buses all connect to the chipset in order for data to flow between the connected devices. These secondary system buses usually run at speeds derived from the front side bus clock, but are not necessarily synchronous to it.

41. Related Component Speeds CPU The frequency at which a processor (CPU) operates is determined by applying a clock multiplier to the front side bus (FSB) speed. For example, a processor running at 3200 MHz might be using a 400 MHz FSB. This means there is an internal clock multiplier setting (also called bus/core ratio) of 8. That is, the CPU is set to run at 8 times the frequency of the front side bus: 400 MHz × 8 = 3200 MHz. By varying either the FSB or the multiplier, different CPU speeds can be achieved.

42. Memory Setting a FSB speed is related directly to the speed grade of memory a system must use. The memory bus connects the northbridge and RAM, just as the front side bus connects the CPU and northbridge. Often, these two buses must operate at the same frequency. Increasing the front-side bus to 450 MHz in most cases also means running the memory at 450 MHz. In newer systems, it is possible to see memory ratios of "4:5" and the like. The memory will run 5/4 times as fast as the FSB in this situation, meaning a 400 MHz bus can run with the memory at 500 MHz. This is often referred to as an “asynchronous “ system. It is important to realize that due to differences in CPU and system architecture, overall system performance can vary in unexpected ways with different FSB-to-memory ratios.

43. In image, audio, video, gaming and scientific applications that perform a small amount of work on each element of a large data set, FSB speed becomes a major performance issue. A slow FSB will cause the CPU to spend significant amounts of time waiting for data to arrive from system memory. However, if the computations involving each element are more complex the processor will spend longer performing these and the FSB will be able to keep pace, because the rate at which memory is accessed is reduced.

44. Peripheral Buses Similar to the memory bus, the PCI and AGP buses can also be run asynchronously from the front side bus. In older systems, these buses operated at a set fraction of the front side bus frequency. This fraction was set by the BIOS. In newer systems the PCI, AGP, and PCI Express peripheral buses often receive their own clock signals, which eliminates their dependence on the front side bus for timing.

45. Over Clocking Overclocking is the practice of making computer components operate beyond their stock performance levels. Many motherboards allow the user to manually set the clock multiplier and FSB settings by changing jumpers or BIOS settings. Many CPU manufacturers now "lock" a preset multiplier setting into the chip. It is possible to unlock some locked CPUs; for instance, some Athlons can be unlocked by connecting electrical contacts across points on the CPU's surface. For all processors, increasing the FSB speed can be done to boost processing speed.

46. This practice pushes components beyond their specifications and may cause erratic behaviour, overheating or premature failure. Even if the computer appears to run normally, problems may appear under heavy load. For example, during Windows Setup, you may receive a file copy error or experience other problems. Most PCs purchased from retailers or manufacturers, such as Hewlett-Packard or Dell, do not allow the user to change the multiplier or Front Side Bus settings due to the probability of erratic behavior or failure. Motherboards purchased separately to build a custom machine are more likely to allow the user to edit the multiplier and FSB settings in the PC's BIOS.

47. North Bridge

48. The name is derived from drawing the architecture in the fashion of a map. The CPU would be at the top of the map at due north. The CPU would be connected to the chipset via a fast bridge (the North Bridge) located north of other system devices as drawn. The northbridge would then be connected to the rest of the chipset via a slow bridge (the South Bridge) located south of other system devices as drawn. The North Bridge, also known as the memory controller hub (MCH) in Intel systems (AMD, VIA, SiS and others usually use 'northbridge'), is traditionally one of the two chips in the core logic chipset on a PC motherboard, the other being the southbridge. Separating the chipset into North Bridge and South Bridge is common, although there are rare instances where these two chips have been combined onto one die when design complexity and fabrication processes permit it.

49. The North Bridge typically handles communications among the CPU, RAM, AGP or PCI Express, and the southbridge. Some North Bridges also contain integrated video controllers, which are also known as a Graphics and Memory Controller Hub (GMCH) in Intel systems. Because different processors and RAM require different signalling, a North Bridge will typically work with only one or two classes of CPUs and generally only one type of RAM. There are a few chipsets that support two types of RAM (generally these are available when there is a shift to a new standard).

50. For example : • The northbridge from the NVIDIAnForce2 chipset will only work with Socket A processors combined with DDR SDRAM • The Intel i875 chipset will only work with systems using Pentium 4 processors or Celeron processors that have a clock speed greater than 1.3 GHz and utilize DDR SDRAM. • The Intel i915g chipset only works with the Intel Pentium 4 and the Celeron, but it can use DDR or DDR2 memory.