BAB II Arsitektur Komputer

A. ORGANISASI dan ARSITEKTUR KOMPUTER

1. Organisasi Komputer

    Merupakan bagian yang berhubungan erat dengan unit- unit operasional dan interkoneksi antar                    komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya.

        

2. Arsitektur Komputer

     adalah konsep  perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur         komputer mengandung 3 sub kategori, yaitu:

    a. Set Instruksi (ISA)

    b. Arsitektur Mikro dari ISA, dan

    c. Sistem desain dari seluruh komponen dalam peraangkat keras komputer ini.

3. Perbedaan Organisasi dan Arsitektur Komputer

    Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional dan komponen         penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya.

    Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit – unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Biasanya mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen-komponen sister komputer.
Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, dan sinyal – sinyal kontrol.Arsitektur komputer lebih cenderung pada kajian atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.
Sebagai contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan secara langsung ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional.
Jika organisasi komputer mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem computer,dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural
contoh: teknologi hardware, perangkat antarmuka (interface), teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal control

B. Blok Diagram Arsitektur Komputer

1. ALU (Arithmatic Logic Unit)

Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.

          Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner two’s complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU output register, sebelum disimpan dalam memori.

2. Kontrol Unit

Control Unit - CU (Unit kendali ) adalah salah satu bagian dari Central Processing Unit (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 bagian lainnya dari perangkat CPU. Konsep ini dinamakan Arsitektur Komputer Von Neumann yang diciptakan oleh John Von Neumann 5 (1903 - 1957).

Fungsi Control Unit

Seperti yang diketahui tugas dari Control Unit adalah mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Control Unit mengatur kapan alat input menerima data, kapan data itu diolah, dan kapan data itu ditampilkan oleh alat output.

Berikut adalah fungsi-fungsi Control Unit selebihnya :

1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
2. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
3. Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.
4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika serta mengawasi kerja dari ALU.
5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control :

1. Menentukan elemen dasar prosesor.
2. Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor.
3. Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan CU agar menyebabkan pembentukan operasi mikro.

Masukan-masukan unit control :

1. Clock / pewaktu
   Pewaktu adalah cara CU dalam menjaga waktunya. CU menyebabkan sebuah operasi mikro (atau sejumlah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu. Pulsa ini dikenal sebagai waktu siklus prosesor.
2. Register instruksi
   Opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.
3. Flag
   Flag ini diperlukan oleh control unit untuk menentukan status prosesor dan hasil operasi ALU sebelumnya.
4. Sinyal control untuk mengontrol bus

3. Unit Memori

    sistem memori merupakan tempat penyimpanan data atau komponen- komponen elektronik yang     menyimpan perintah- perintah  yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor. unit memori dibagi     ke dalam memori penyimpanan utama (primer) dan memori penyimpanan kedua( sekunder).

4. Unit Input/ Output

Unit input (masukan ) adalah perangkat masukan unit komputer yang bekerja memberikan perintah langsung atau data ke peralatan proses pada komputer untuk diproses kemudian dikeluarkan berupa informasi kepada pengguna. contoh ( keyboard, mouse, joystick dan scanner).

unit output(keluaran) adalah perangkat komputer yang digunakan untuk menampilkan atau menyampaikan informasi kepada pengguna. informasi yang ditampilkan adalah hasil dari pemrosesan yang telah dihasilkan oleh komputer. contoh, monitor, printer, plotter speaker, proyektor.

5. BUS

Pengertian Bus adalah  bagian dari sistem komputer yang berfungsi untuk memindahkan data antar bagian – bagian dalam sistem komputer. Data dipindahkan dari piranti masukan ke CPU, CPU ke memori, atau dari memori ke piranti keluaran. Bus merupakan Jalur komunikasi yang dibagi pemakai suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Sistem bus adalah sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, Memori, I/O). Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya.secara umum fungsi saluran bus dikategorikan menjadi tiga bagian yaitu;

a)  Data Bus  ( Saluran Data )

      Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran. Jumlah saluran diaktifkan dengan lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Contohnya bila bus data lebarnya 8 bit dan setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklus instruksinya.

       Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.

Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.

Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit

b)      Address Bus ( Saluran Alamat )

• - Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul. Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.

• - Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
• - Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
• - Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

c)  Control Bus ( Saluran Kontrol )

 Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi : memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus request, bus grant, interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.

Berikut ini adalah fungsi-fungsi yang terdapat pada control bus ( saluran control ):

• - Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.
• - Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
• - Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
• - Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya

Gambar 1.1 Sistem Bus 

6. Arsitektur Von Neumann

Merupakan struktur yang diciptakan oleh ilmuwan bernama Von Neumann.  Arsitektur Von Neumann menggambarkan bahwa komputer memilki lima bagian utama yang terdiri dari Unit Aritmatika dan Logika atau ALU, unit kontrol, memori,  alat input dan output yang dihubungkan oleh berkas kawat ‘bus’. Saat ini pengertian arsitektur komputer sangat beragam seiring dengan berkembangnya zaman.

Rincian tugas dari lima bagian utama komputer tersebut adalah :

1. Aritmatic Logic Unit (ALU) bagian yang berfungsi sebagai pemroses atau yang memberikan arahan.
2. Unit kontrol bagian yang mengendalikan atau mengontrol kerja antara komponen arsitektur komputer
3. Memori bagian tempat penyimpanan sementara dari proses komputer
4. Alat input bagian yang membaca data yang diberikan
5. Alat output bagian yang mengeluarkan hasil dari sebuah inputan dan proses.

Kekurangan dari mesin Von Neumann diantara nya adalah :

1. bustunggalnya itu sendiri. Sehingga instruksi untuk mengakses program dan data harus dijalankan secara sekuensial dan tidak bisa dilakukan overlaping untuk menjalankan dua isntruksi yang berurutan.
2. Bandwitdh program harus sama dengan bandwitdh Maksudnya adalah jika memori data 8 bits maka program juga harus 8 bit. Memori program yang terbatas hanya 8 bits maka untuk intruksi yang panjang harus dilakukan dengan 2 aatu 3 bytes.
3. Hasil eksekusi intruksi menjadi relatif lebih lama karena secara umum prosesor Von Neumann membutuhkan jumlah clockCPI (Clock per Instruction) yang relatif lebih banyak.

Kelebihan dari mesin Von Neumann adalah :

1. Prosesor tidak perlu membedakan program dan data dengan arsitektur Von Neumann. Karena tipe prosesor ini tidak memerlukan control bus tambahan berupa pin I/O khusus untuk membedakan program dan data. Prosesor yang ber-arsitektur Von Neumann tidak terlalu sulit menambahkan peripheral eksternal seperti A/D converter, LCD, EEPROM dan device I/O lainnya
2. Prosesor seperti ini sering disebut dengan nama mikrokontroler (microcontroller) karena device ekternal biasanya sudah ada di dalam satu chips.
3. Fleksibilitas dalam pengalamatan program dan data.
4. Intruksi yang terdapat pada program ini singkat dan hanya perlu satu baris saja karena program ini adalah intruksi untuk mengisi accumalator A dengan data yag ada di ROM

Mesin Von Neumann merupakan komputer pertama yang bersifat stored program serta mewakili mesin pertama dan d- igunakan pada komputer saat ini.