struktur asas bagi komputer • sejarah pembangunan...

Kuliah 1

• Struktur asas bagi komputer

• Sejarah pembangunan komputer

Struktur asas bagi komputer

Bab 1

Sistem Komputer

Merupakan suatu sistem yang mengandungi

komputer sebagai salah satu daripada

komponennya

Organisasi Komputer

Menjurus kepada unit-unit operasi dan

saling sambungannya yang merealisasikan

spesifikasi senibina komputer

Apakah Komputer ?

Peranti elektronik yang berada di bawah

arahan dan kawalan aturcara, dan ia

melaksanakan empat operasi asas :

• masukan (input)

• pemprosesan (processing)

• keluaran (output)

• storan/simpanan (storage)

Kitaran IPOS

IPOS : Input, Processing, Output, Storage

Jenis Komputer

• Komputer Kegunaan Khusus

– Contoh : Pengawal lampu isyarat

• Komputer Kegunaan Am

– Komputer untuk individu

– Komputer untuk organisasi

Komputer untuk individu

• Professional workstation

• Desktop computers

• Networked computers (NC)

• Notebook computers

• Subnotebooks

• Personal Digital Assistants (PDA)/

– Handheld computers/ Palmtop

Komputer untuk organisasi

• Supercomputer

– Paling laju

– Paling mahal

• Mainframe (kerangka utama)

– Kelajuan tinggi

– Lebih mahal

– Memproses jumlah data banyak dengan cepat

– Menyokong banyak pengguna

– Melakukan tugas-tugas pelayan

• Minicomputer

– Kemampuan dan kelajuan lebih rendah dari kerangka utama

• Server

Sistem Komputer

• Perkakasan (hardware)

– Komponen fizikal komputer seperti bahagian

mekanikal & litar elektronik yang boleh

disentuh

• Perisian (Software)

– Aturcara yang mengarahkan komputer

melakukan sesuatu.

– Terdiri dari himpunan aturcara, algoritma dan

set arahan yang tidak dapat disentuh

Perisian Komputer

• Perisian sistem (system software):– Semua aturcara berkaitan dengan penyelarasan

operasi-operasi komputer • Contoh

– Sistem Pengendalian (Operating System)- Windows 98, Mac OS, Unix, Linux, MS Dos

– Program utiliti (Utility programs) – pengurusan fail

– Penterjemah bahasa aturcara (compiler, interpreter)

• Perisian aplikasi

– Aturcara yang mengarahkan komputer melakukan tugasan khusus

• pemprosesan teks (Microsoft Word), operasi matematik (Microsoft Excel), pengurusan pangkalan data.

Perkakasan Komputer Peribadi

• Komponen dalam sistem komputer mikro

Sistem Digital & Analog

• Sistem Digital

- Sebarang sistem yang mengendalikan isyarat

digit(diskrit)

• Sistem Analog

• Sebarang sistem yang mengendalikan isyarat

selanjar

4 Unit Fungsian Asas bagi Komputer

1. Unit Input

• Komputer menerima maklumat yang dikodkan melalui

input di mana fungsinya adalah untuk membaca data

• Contoh peranti input:papan kekunci, joystick, trackball,

mouse.

2. Unit Output

• Fungsinya adalah untuk menghantar data yang telah

diproses untuk dipaparkan

• Contoh peranti output

3. Unit Storan

• Menyimpan data dan aturcara dalam jangkamasa yang

panjang

• tetap

• Boleh dipercayai

• Mudah – cari dan capai data dengan cepat

• Storan dipadatkan

– Disket –500 m/surat buku

– Disk optik –500 buku

• Economy

– Jimat dari segi kos simpanan fizikal

– Kemudahan dan kelajuan memfail/capai data

Jenis Storan

•Magnetic disk storage

•Optical disk

–Magneto-optical

–CD-ROM

–CD-R

–CD-RW

–DVD-ROM

•Magnetic Tape Storage

Disket

• Kapasiti rendah – fail kecil

• Mudah-alih

• dilapisi bahan metalik

• Jaket plastik keras untuk

perlindungan

• 3 ½ inch, 1.44 MB

Disket Mudah-alih Kapasiti Tinggi

• Fail lebih besar

• Mudah alih

• Kapasiti tinggi

– 120 / 200 MB

– Contoh: Superdisk

• Zip disk

– 250 MB

– Tidak serasi dengan disket 3 ½ inch

Cakera Keras

• Pelbagai saiz (Mb,Gb)

• Ciri mudah-alih

– Secara amnya tidak mudah alih

– Cakera keras boleh ditanggal wujud utk PC

• Kepingan keras dilapisi bahan metalik

4. Unit Prosesan

• Unit Pemprosesan Pusat (CPU)

• Jenis-jenis storan

• Melaksana program

• Mencari data dalam ingatan

• Unit sistem

• Pemproses Mikro

• Ingatan semikonduktor

• Garisan Bas

• Kelajuan dan kuasa

Unit Pemprosesan Pusat(CPU)

Unit Pemprosesan Pusat (CPU)

• Tukar data menjadi maklumat

• Pusat Kawalan

• Satu set litar elektronik yang melaksanakan

arahan program tersimpan

• Dua bahagian

– Uni Kawalan (CU)

– Unit Aritmetik dan Logik (ALU)

Unit Kawalan

• Bahagian perkakasan yang

bertanggungjawab

• Arahkan sistem komputer untuk laksanakan

arahan program

• Berkomunikasi dengan bahagian lain dalam

perkakasan

Unit Arithmetik / Logik (ALU)

Melakukan operasi matematik

Melakukan operasi logikal

Operasi Aritmetik

Tambahan

Hasil tolak

Pendaraban

Pembahagian

Operasi Logikal

• Menilai syarat

• Membuat perbandingan

• Boleh membanding

– Nombor-nombor

– abjad

– Aksara khas

Daftar

Bertujuan khusus

Kelajuan tinggi

Storan sementara

Terletak dalam CPU

Daftar arahan

Pegang arahan yang sedang dilaksanakan

Daftar Data

Memegang data yang menunggu untuk diproses

Memegang keputusan hasil dari prosesan

Unit

KawalanALU

Register

Ingatan

Jenis Storan

• Sekunder

– Data yang akhirnya akan digunakan

– Jangka panjang

• Ingatan

– Data yang akan digunakan dalam masa terdekat

– Sementara

– Capaian lebih cepat dari storan

• Daftar

– Data yang berhubung rapat dengan operasi yang sedang dilaksanakan

– Capaian lebih cepat dari ingatan

Mengukur kapasiti storan

KB – kilobyte

• 1024 byte

• Sebahagian disket

• Ingatan cache

MB – megabyte

• Sejuta byte

• RAM

GB – gigabyte

• Billion bytes

• Cakera liat

• CDs dan DVDs

TB – terabytes

• Trillion bytes

• Cakera liat yang

sangat besar

Ingatan

Storan primer

Ingatan primer

Storan utama

Storan dalaman

Ingatan utama

Jenis ingatan utama

RAM

Random Access Memory

Ingatan Capai Rawak

ROM

Read Only Memory

Ingatan boleh baca saja

RAM

• Memerlukan tenaga letrik untuk

menyimpan nilai

• Tidak tetap

• Data dan arahan boleh dibaca dan diubah

• Pengguna selalunya merujuk kepada

ingatan jenis ini

Apa yang ada dalam RAM?

• Sistem Pengendalian

• Aturcara yang sedang berjalan

• Data yang diperlukan oleh aturcara

• Keputusan pertengahan yang menunggu

untuk dikeluarkan/dipaparkan sebagai

output

ROM

• Tetap

• Arahan untuk hidupkan komputer

• Data dan arahan boleh dibaca, tetapi tidak

boleh diubah

• Arahan selalunya telah dituliskan di kilang

Melaksanakan Program

• Unit kawalan (CU) dapatkan satu arahan dan letakkan di dalam ingatan

• CU nyahkod arahan tersebut

• CU maklumkan kepada bhg perkakasan yang berkenaan untuk ambil tindakan

• Kawalan dipindahkan kepada bahagian perkakasan yang berkenaan

• Tugas dilaksanakan

• Kawalan dipulangkan semula kepada CU

Kitaran Mesin

I-time + E-time

Masa arahan (I-time)

• CU ambil satu arahan dalam ingatan dan letaknya

dalam satu daftar

• CU nyahkod arahan tersebut dan tentukan lokasi

ingatan bagi data yang diperlukan

Kitaran mesin

Masa perlaksanaan (E-time)

• Perlaksanaan

– CU gerakkan data dari ingatan kepada daftar dalam

unit aritmetik/logik

– ALU diberi kawalan dan laksanakan arahan tersebut

– Kawalan dipulangkan kepada unit kawalan (CU)

• CU menyimpan keputusan operasi dalam ingatan

atau daftar

Jam Sistem

• Jam sistem hasilkan denyutan pada kadar yang

tetap

• Setiap denyutan adalah satu kitaran mesin

• Satu arahan program sebenarnya mungkin terdiri

dari beberapa arahan kepada CPU

• Setiap arahan CPU akan mengambil satu denyutan

• CPU mempunyai satu set arahan – arahan-arahan

yang ia boleh faham dan proses

Mencari data dalam ingatan

• Setiap lokasi dalam ingatan mempunyai alamat yang unik

– Alamat tidak pernah berubah

– Kandungan mungkin berubah

• Lokasi ingatan boleh memegang satu arahan atau satu

keping data

• Pengaturcara guna nama-nama simbolik

Perwakilan data

Dihidupkan/dimatikan

(On/Off)

Sistem nombor binari

digunakan untuk mewakili

keadaan litar

Bit, Bait, Perkataan

• BIT

– Binary DigIT

– Litar hidupkan/matikan (On/off circuit)

– 1 atau 0

• Bait (BYTE)

– 8 bit

– Menyimpan satu aksara alphanumerik

– 01001010 = J

• Perkataan (WORD)

– Saiz daftar

– Bilangan BIT yang diproses oleh CPU sebagai satu unit

– Berbeza dari komputer ke komputer (64bit/8 bit)

Skema pengkodan

• Satu kod untuk tentukan kumpulan bit-bit mana mewakili aksara mana atas papan kekunci.

• ASCII

– Guna satu bait (ber-bit 8)

– 28 = 256 kombinasi atau aksara

– Hampir semua Pc dan komputer yang lebih besar

• EBCDIC

– Guna satu bait (berbit 8)

– 28 =256 kombinasi atau aksara

– Digunakan utamanya ke atas kerangka utama serasi IBM (IBM compatible mainframes)

• Unicode

– Guna dua bait berbit 8 (16 bits)

– 216 = 65,536 kombinasi atau aksara

– Menyokong aksara untuk semua bahasa dalam dunia

– Serasi dengan ASCII

Unit Sistem

• Menyimpan komponen elektronik

– Papan induk

– Alat storan

– Perhubungan

• Beberapa model Apple Macintosh mempunyai

unit sistem dalam monitor

Unit Sistem

Papan induk

• Cip pemproses mikro

• Cip ingatan

• Sambungan kepada bahagian

lain dalam perkakasan

• Cip tambahan – pemproses

matematik

Unit Sistem

Alat storan

Pemacu keras

Pemacu liut

Pemacu CD-ROM

Pemacu DVD-ROM

Pemproses mikro

• CPU diukir ke atas cip

• Sai cip adalah ¼ x ¼ inci

• Terdiri dari silikon

• Mengandungi jutaan litar

– Suis elektrik yang boleh benarkan bekalan letrik untuk

lalui

Komponen Pemproses Mikro

• Unit kawalan – CU

• Unit Arithmetic / Logic – ALU

• Daftar

• Jam sistem

Membina pemproses mikro yang lebih baik

• Komputer pemproses mikro mencetak litarkeatas cip-cip mikro

– Lebih murah

– Lebih cepat

• Lakukan tugas perkakasan lain

– Pemproses bersama matematik sekarang adalah sebahagian dari pemproses mikro

– Arahan multimedia sekarang adalah sebahagian dari pemproses mikro

Membina pemproses mikro yang lebih baik

• Lagi cepat komputer dilaksanakan

• Lebih murah ia dibuat

• Lebih boleh dipercayai

Lebih banyak fungsi yang digabungkan atas

satu pemproses mikro:

Jenis pemproses mikro

Intel

• Pentium

• Celeron

• Xeon and Itanium

Intel-yang serasi

• Cyrix

• AMD

Jenis pemproses mikro

• PowerPC

– Usahasama of Apple, IBM, and Motorola

– Digunakan dalam kumpulan Pc Apple Macintosh

– Terdapat dalam pelayan dan sistem yang ditambah

• Alpha

– Dihasilkan oleh Compaq

– Pelayan berkuasa tinggi dan stesen kerja

Ingatan semikonduktor

• Boleh dipercayai

• kecil

• Kos rendah

• Penggunaan kuasa yang rendah

• Penghasilan secara pukal dari segi ekonomi

• Tidak tetap

• Tersergam indah

– Semua litar secara bersama menjadi satu unit storan yang tidak boleh dipisah

Ingatan semikonduktor

CMOS

• Complementary metal oxide semiconductor

• Guna bekalan letrik sedikit

• Diguna dalam Pc untuk menyimpan kawalan perkakasan yang diperlukan untuk memulakan komputer

• Menyimpan maklumat menggunakan bekalan kuasa dari bateri

RAM

• Menyimpan arahan dan data untuk program semasa

• Data dalam ingatan boleh dicapai secara rawak

• Capaian yang mudah dan laju

• Tidak tetap

• Boleh dipadam

• Boleh ditulis semula

Jenis-jenis RAM

SRAM (synchronous RAM)

• Menyimpan kandungan selagi kuasa

dikekalkan

• Lebih laju dari DRAM

Jenis-jenis RAM

DRAM (dynamic RAM)

• Mesti selalu dikemaskini

• Digunakan untuk kebanyakan ingatan PC kerana saiz dan kos

• SDRAM

– Lebih laju dari DRAM

• Rambus DRAM

– Lebih laju dari SDRAM

– mahal

Menambah RAM

• Beli modul ingatan yang telah dipakej atas papan

litar

• SIMMS – cip pada satu belah

• DIMMS – cip pada dua-dua belah

• Jumlah maksimum RAM yang boleh dipasang

adalah berdasarkan rekabentuk papan induk

ROM

• Program dan data yang telah direkod secara kekal di kilang

• Baca sahaja

• kegunaan

• Tidak boleh diubah oleh pengguna

• Menyimpan rutin memulakan komputer yang diaktifkan bila komputer dihidupkan

• tetap

PROM

• ROM yang boleh diprogramkan

• Penunu ROM boleh mengubah arahan atas

sesetengah cip ROM

Garisan bas

• Laluan yang memindah isyarat elektrik

• Bas sistem

– Memindah data di antara CPU dan ingatan

• Lebar bas

– Bilangan bit data yang boleh dibawa pada satu-satu

masa

– Selalunya sama dengan saiz perkataan CPU

• Kelajuan diukur dalam MHz

Garisan bas

CPU boleh menyokong arahan yang lebih banyak

dan pelbagai

CPU boleh menyokong arahan yang lebih banyak

dan pelbagai

Lebih banyak ingatan

boleh digunakan=CPU boleh merujuk

alamat ingatan yang lebih

besar

Komputer lebih laju=CPU boleh pindahkan

lebih banyak data pada

satu waktu

Komputer yang lebih

berkuasa=Kelebaran bas yang lebih

besar

Bas pengembangan

• Hubung papan induk kepada slot pengembangan

• kenakan papan pengembangan ke dalam slot

– Kad antaramuka

– Kad ubahsuai

• Menyediakan penghubung luaran / ports

– Bersiri (Serial )

– Selari (Parallel)

Bas pengembangan

Bas dan Port-port PC

Alat-alat kad PC bersaiz kad kredit yang selalunya dijumpai

dalam komputer laptop

PC Card

Bas kelajuan tinggi menghubung peralatan video dengan

komputer

IEEE 1394

(FireWire)

menyokong “daisy-chaining” menghapuskan keperluan untuk

kad pengembangan pelbagai jenis; penukaran panas

USB

Hubung ingatan dan kad grafik untuk persembahan video yang

lebih laju

AGP

Alat berkelajuan tinggi seperti cakera keras dan kad rangkaianPCI

Alat berkelajuan perlahan seperti tetikus, modemISA

Kelajuan dan kuasa

Apa yang menyebabkan komputer laju?

• Kelajuan pemproses mikro

• Saiz garisan bas

• Adanya cache

• Ingatan kilat

• Komputer jenis RISC

• Pemprosesan selari (Parallel processing)

Kelajuan pemprosesan komputer

Masa untuk laksanakan satu arahan

• Millisecond

• Microsecond

• Nanosecond

– Komputer moden

• Picosecond

– Pada masa hadapan

Kelajuan pemproses mikro

• Kelajuan jam

– Megahertz (MHz)

– Gigahertz (GHz)

• Bilangan arahan sesaat

• Jutaan arahan sesaat (MIPS)

• Prestasi operasi matematik yang kompleks

– Satu juta operasi titik apungan sesaat(Megaflop )

Cache

• Blok kecil ingatan yang sangat laju dan

bersifat sementara

• Percepatkan pindahan data

• Arahan dan data yang kerapkali digunakan

atau paling terbaru

Cache

langkah 1pemproses

minta data

atau arahan

langkah 2Pergi ke alamat dalam ngatan utama dan baca

langkah 3Pindahkan ke CPU utama dan

cache

Pemproses berikutnya minta• Lihat dulu dalam cache• Pergi kepada ingatan

PROCESSOR

R

A

M

Cache

Jenis-jenis Cache

• Cache dalaman

– paras 1 (L1)

– Terbina dalam pemproses mikro

– sehingga 128KB

• cache luaran

– Paras 2 (L2)

– Cip-cip asing

– 256KB atau 512 KB

– Teknologi SRAM

– Lebih murah dan lebih perlahan dari L1

– Lebih cepat dan lebih mahal dari ingatan

Ingatan kilat

• RAM yang tidak berubah-ubah

• Digunakan dalam

– Talipon bimbit

– Kamera digital

– Pita rakaman musik digital

– PDAs

Set-set arahan

• Teknologi CISC

• Pengkomputeran Set Arahan kompleks

– Komputer konvensional

– Banyak dari arahan tidak digunakan

• Teknologi RISC

• Pengkomputeran Set Arahan Dikurangkan

– subset arahan yang kecil

– Meningkatkan kelajuan

– Aturcara dengan beberapa arahan yang kompleks• Grafik

• Kejuruteraan

Jenis-jenis prosesan

• Prosesan bersiri (Serial processing)

– Laksanakan satu arahan pada satu-satu waktu

– ambil, nyahkod, laksanakan, simpan

• Prosesan selari (Parallel Processing)

– Lebih dari satu pemproses yang digunakan serentak

– Boleh lakukan trillions arahan titik apung sesaat

(teraflops)

– Contoh: pelayan rangkaian, supercomputer

Jenis Prosesan

• Pipelining

– tindakan arahan tidak perlu selesai sebelum yang

berikutnya bermula

– Ambil arahan 1, mula untuk nyahkod dan ambil

arahan 2