MAKALAH ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER
DISUSUN OLEH :
Nama
: Zhafirah T.R Barahima
Nim
: 2014-65-023
Prodi
: Teknik Informatika
JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PAPUA
KATA KATA PENGAN PENGANTAR TAR Puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat-Nya lah saya saya dapat dapat menyeles menyelesaika aikan n tugas tugas makalah makalah yang berjudul “ Organisasi dan Arsitektur Komputer”. Ucapan terima kasih kepada dosen pengajar, keluarga
dan teman-teman atas dukungannya yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan tepat waktu. Jika
terdapat
kesalahan
dan
kekurangan
dalam
penulisan
maupun
penyusunan data serta informasi yang saya berikan, saya memohon maaf. Terima Kasih.
Manokwari, 16 April 2016
Penulis
Page Page | i
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR .......................................... ................................................................ ............................................ .....................................i ...............i DAFTAR ISI .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ..............................ii ........ii BAB I PENDAHULUAN
1. Latar Belakang ........................................... ................................................................. ............................................ .................................1 ...........1 2. Rumusan Masalah ......................................... ............................................................... ............................................ ..............................2 ........2 3. Tujuan dan Manfaat .......................................... ................................................................ ............................................ ..........................2 ....2 BAB II PEMBAHAS PEMBAHASAN AN
1. Evolusi Pada Komputer...................... Komputer............................................ ............................................ .........................................3 ...................3 2. Struktur CPU (Central Proccessing Unit) Pada Komputer ............................ ............................ 23 3.CPU (Central Proccessing Unit) Komputer ............................................ .................................................... ........ 30 4.Memori Komputer............................... Komputer..................................................... ............................................ ...................................... ................ 39 BAB III PENUTUP
1. Kesimpulan Kesimpulan ............................................ .................................................................. ............................................ .................................. ............ 46 DAFTAR PUSTAKA ........................................... ................................................................. ............................................ .................................. ............ 47
Page Page | ii
BAB I PEMBAHASAN
1.1 1.1 Latar Latar Be Bela lakan kang g
Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam komputer tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah. Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer dan unit penyimpanannya adalah memori komputer. Perkembangan Perkembangan komputer komputer meliputi peningkatan kecepatan processor, penyusutan ukuran komponen, peningkatan ukuran komponen, peningkatan ukuran memori dan peningkatan kapasitas serta kecepatan I/O. CPU merupakan bagian fungsional yang utama dari sebuah sistem komputer, dapat dikatakan bahwa CPU merupakan otak dari sebuah komputer. Di dalam CPU inilah semua kerja kerja komputer komputer dilakukan. dilakukan. Organisasi Komputer adalah bagian yang yang terkait terkait erat dengan unit – unit – unit unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, hardware, perangkat antarmuka, antarmuka, teknologi teknologi memori, sistem memori, dan sinyal – – sinyal sinyal kontrol. kontrol. Arsitektur Arsitektur Komputer Komputer lebih cende cenderung rung pada pada kajian kajian atribut 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 pengalamatan tersebut akan akan diimplementasikan diimplementasikan secara langsung ataukah ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional. organisasional.
Page Page | 1
1.2 Rumusan Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka permasalahan yang akan diidentifikasi dalam makalah ini yaitu : 1. Baga Bagaim iman anaa evol evolus usii komp komput uter er dari dari dul dulu u sam sampa paii seka sekara rang ng dan dan kine kinerj rjaa dar darii komputer? 2. Bagaima Bagaimana na struktur struktur dari CPU? 3. Apa yang dimaksud dengan dengan CPU pada komputer? 4. Bagaimana cara kerja dari memori memori pada komputer? komputer?
1.3 Tujuan dan Manfaat
Adapun tujuan penulisan makalah ini selain untuk memenuhi tugas mata pelajaran pelajaran Organisa Organisasi si dan Arsitektur Arsitektur Komputer, Komputer, yaitu: yaitu: 1. Tujuan makalan makalan ini dibuat dibuat untuk mengetahui mengetahui bagian-bagian bagian-bagian yang terdapat terdapat pada komputer serta kinerja dari setiap bagian yang ada di komputer. 2. Manfaat Manfaat makalah ini ini dibuat untuk meningkatkan pengetahuan pengetahuan mahasiswa dalam dalam mema memaham hamii perkem perkemba banga ngan n kompu komputer ter dan dan memah memahami ami setia setiap p bagia bagian n komputer yang berperan penting dalam melakukan setiap pekerjaan yang kita inginkan.
Page Page | 2
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Evolusi Pada Komputer
Berdasarkan perkembangan teknologi komputer, maka perkembangannya dapat kita bagi menjadi 2 bagian yaitu : a. Sebelum tahun 1940. b. Setelah tahun 1940.
Sebelum tahun 1940
Sejak dahulu kala, proses pengolahan data telah dilakukan oleh manusia. Manusia menggunakan jari untuk mengenali dan membilang nomor satu hingga sepuluh. Selepas itu mereka mulai mengenali nomor-nomor yang lebih besar tetapi masih menggunakan digit-digit dari 0 hingga 9. Ahli-ahli perniagaan dari negeri China, Turki
dan
Yunani
melakukan perhitungan. Pada
tahun
menggunakan
abakus (sempoa) untuk
1617, John Napier mengemukakan
perhitungan logaritma dan menemukan alat
yang disebut tulang Napier
(Napier’s bones). Manusia juga menemukan alat-alat mekanik dan elektronik untuk membantu manusia dalam penghitungan dan pengolahan data supaya bisa mendapatkan hasil lebih cepat. Blaise mekanikal
pertama
pada
Pascal
tahun 1642.
mencipta
Mesin
ini
mesin perhitungan beroperasi
dengan
menggerakkan gear pada roda. Pascal juga telah banyak menyumbang ide dalam bidang matematika. Awal mula komputer yang sebenarnya dibentuk oleh seorang professor matematika Inggris, Charles Babbage (1791-1871). Tahun 1812, Babbage memperhatikan kesesuaian alam antara mesin mekanik dan matematika, mesin mekanik sangat baik dalam mengerjakan tugas yang sama berulangkali tanpa
Page | 3
kesalahan, sedang matematika membutuhkan repetisi sederhana dari suatu langkah-langkah tertentu. Masalah tersebut kemudian berkembang hingga menempatkan mesin mekanik sebagai alat untuk menjawab kebutuhan mekanik. Usaha Babbage yang pertama untuk menjawab masalah ini muncul pada tahun 1822 ketika ia mengusulkan suatu mesin untuk melakukan perhitungan persamaan differensil. Mesin tersebut dinamakan Mesin Differensial. Dengan menggunakan tenaga uap, mesin tersebut dapat menyimpan program, dapat melakukan kalkulasi serta mencetak hasilnya secara otomatis, bisa menyelesaikan perhitungan matematika seperti sampai
dua
logaritma
masalah
secara mekanikal dengan
tepat
puluh digit. Setelah bekerja dengan Mesin Differensial selama
sepuluh tahun, Babbage tiba-tiba terinspirasi untuk memulai membuat komputer general-purpose yang pertama, yang disebut Analytical Engine. Asisten Babbage, Augusta Ada King (1815-1842) memiliki peran penting dalam pembuatan mesin ini. Ia membantu merevisi rencana, mencari pendanaan dari pemerintah Inggris, dan mengkomunikasikan spesifikasi Anlytical Engine kepada publik. Selain itu, pemahaman Augusta yang baik tentang mesin ini memungkinkannya membuat instruksi untuk dimasukkan ke dlam mesin dan juga membuatnya menjadi programmer wanita yang pertama. Pada tahun 1980, 4 Departemen Pertahanan Amerika Serikat menamakan sebuah bahasa pemrograman dengan nama ADA sebagai penghormatan kepadanya. Pada 1889, Herman Hollerith (1860-1929) juga menerapkan prinsip kartu perforasi untuk melakukan penghitungan. Tugas pertamanya adalah menemukan cara yang lebih cepat untuk melakukan perhitungan bagi Biro Sensus Amerika Serikat. Sensus sebelumnya yang dilakukan di tahun 1880 membutuhkan waktu tujuh tahun untuk menyelesaikan perhitungan. Dengan berkembangnya populasi, Biro
tersebut memperkirakan
bahwa dibutuhkan waktu sepuluh tahun untuk menyelesaikan perhitungan sensus. Pada masa berikutnya, beberapa insinyur membuat p enemuan baru lainnya. Vannevar Bush (1890-1974) membuat sebuah kalkulator untuk menyelesaikan persamaan differensial di tahun 1931. Mesin tersebut dapat menyelesaikan persamaan differensial kompleks yang selama ini dianggap rumit oleh kalangan
Page | 4
akademisi. Mesin tersebut sangat besar dan berat karena ratusan gerigi dan poros yang dibutuhkan untuk melakukan perhitungan. Pada tahun 1903, John V. Atanasoff dan Clifford Berry mencoba membuat komputer elektrik yang menerapkan aljabar Boolean pada sirkuit elektrik. Pendekatan ini didasarkan pada hasil kerja George Boole (1815-1864) berupa sistem biner aljabar, yang menyatakan bahwa setiap persamaan matematik dapat dinyatakan sebagai benar atau salah. Howard
Aiken
memperkenalkan
penggunaan mesin elektromakenikal yang disebut dengan nama Mark I pada tahun 1937. Bentuknya besar dan berat serta mengandungi kabel wayer yang panjang. Semua
operasi
di dalam
komputer
dijalankan
oleh
tenaga
elektromagnetik. Dengan mengaplikasikan kondisi benar-salah ke dalam sirkuit listrik dalam bentuk terhubung-terputus, Atanasoff dan Berry membuat komputer elektrik pertama di tahun 1940. Namun proyek mereka terhenti karena kehilangan sumber pendanaan. Bagaimanapun juga alat pengolah data dari zaman dulu sampai saat ini bisa kita golongkan ke dalam 4 golongan besar, yaitu: 1. Peralatan manual: yaitu peralatan pengolahan data yang sangat sederhana, dan faktor terpenting dalam pemakaian alat adalah menggunakan tenaga tangan manusia. 2. Peralatan Mekanik: yaitu peralatan yang sudah berbentuk mekanik yang digerakkan dengan tangan secara manual. 3. Peralatan Mekanik Elektronik: Peralatan mekanik yang digerakkan oleh secara otomatis oleh motor elektronik. 4. Peralatan Elektronik: Peralatan yang bekerjanya secara elektronik penuh. Komputer yang kita temui saat ini adalah suatu evolusi panjang dari penemuan-penemuan manusia sejah dahulu kala berupa alat mekanik maupun elektronik. Saat ini komputer dan piranti pendukungnya telah masuk dalam setiap aspek kehidupan dan pekerjaan. Komputer yang ada sekarang memiliki kemampuan yang lebih dari sekedar perhitungan matematik biasa. Diantaranya
Page | 5
adalah sistem komputer di kassa supermarketyang mampu membaca kode barang belanjaan, sentral telepon yang menangani jutaanpanggilan dan komunikasi, jaringan komputer dan internet yang menghubungkan berbagai tempat di dunia.
Setelah tahun 1940
Perkembangan komputer setelah tahun 1940 dibagi lagi menjadi 5 generasi, yaitu: 1.
Komputer generasi pertama
Komputer generasi pertama ini menggunakan tabung vakum untuk memproses dan menyimpan data. Ia menjadi cepat panas dan mudah terbakar, oleh karena itu beribu-ribu tabung vakum diperlukan untuk menjalankan operasi keseluruhan komputer. Ia juga memerlukan banyak tenaga elektrik yang menyebabkan gangguan elektrik di kawasan sekitarnya dan ukuran generasi pertama
ini
sangat
komputer
besar . Komputer generasi pertama ini 100%
elektronik dan membantu para ahli dalam menyelesaikan masalah perhitungan dengan cepat dan tepat. Beberapa komputer generasi pertama : a.
ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator ) ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer ), pada tahun
1946 dirancang dan dibuat oleh
John Mauchly dan
John Presper Eckert di
Universitas Pennsylvania merupakan komputer digital
elektronik
untuk
kebutuhan umum pertama di dunia. ENIAC dibuat di bawah lembaga Army’s
Ballistics
Research
Laboratory
(BRL).
Sebuah
badan
yang
bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Sebelumnya tugas ini dilakukan oleh kurang lebih 200 personil dengan menggunakan kalkulator untuk menyelesaikan persamaan matematis peluru kendali yang memakan waktu lama. ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai 5.000 operasi penambahan per detik. ENIAC masih merupakan mesin
Page | 6
desimal, representasi data bilangan dalam bentuk desimal dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing – masing
akumulatornya
mampu menampung 10 digit desimal. Setiap digit
direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung
vakum.
Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel kabelnya. ENIAC selesai pada tahun 1946 sejak proposal diajukan tahun 1943, sehingga tahun 1946 merupakan gerbang bagi zaman baru komputer elektronik. ENIAC digunakan oleh BRL untuk kepentingan perang sampai dengan tahun1955. Setelah itu, ENIAC tidak lagi digunakan. Komputer generasi ini sudah mulai menyimpan data yang dikenal sebagai konsep penyimpanan data (stored program concept) yang dikemukakan oleh John Von Neuman.
Gambar : ENIAC Computer
b.
EDVAC Computer Von Neumann mencetuskan ide mengenai konsep stored-program
(program penyimpanan) sebagai pengembangan dari ENIAC. Idenya tersebut dipublikasikan
dalam
bentuk proposal
pada
tahun
1945
dengan nama
EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Pada tahun 1946 Von
Page | 7
Neumann bersama koleganya mulai mendesain komputer baru dengan konsep program penyimpanan, dimana kemudian dikenal dengan sebutan komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) karena dikembangkan di Computer of Institute for Advanced Studies. Pada tahun 1952 IAS computer meskipun belum
lengkap namun sudah
memenuhi
kegunaannya
sebagai
komputer yang berbasis konsep stored-program.
Gambar : EDVAC Computer
Secara umum, struktur dari komputer IAS adalah sebagai berikut: 1. Memori utama, untuk menyimpan data dan intruksi. 2. Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner. 3. Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi - instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut. 4. I/0, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.
Page | 8
Struktur IAS Computer
Secara detail IAS computer memiliki 1000 lokasi penyimpanan x 40 bit words, dengan rincian: •
•
Binary number. 2 x 20 bit instructions.
Format Memory IAS.
Struktur dari IAS secara detail adalah :
Page | 9
ALU-IAS •
Memory
Buffer
Register
(MBR), berisi
sebuah word
yang akan
disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori. •
Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.
•
Instruction Register (IR), berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.
•
Instruction
Buffer
Register
(IBR), digunakan
untuk
penyimpanan
sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori. •
Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori.
•
Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan sementar operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ.
•
IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :
•
Data tranfer, memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register ALU sendiri.
•
Unconditional branch, perintah- perintah eksekusi perca-bangan tanpa syarat tertentu.
•
Conditional
branch,
perintah- perintah
eksekusi
percabangan yang
memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut. •
Arithmetic, kumpulan operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU.
Page | 10
•
Address Modify, instruksi – instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program. Penggunaan tabung vakum juga telah dikurangi di dalam perancangan computer EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) di mana proses perhitungan menjadi lebih cepat dibandingkan ENIAC.6.
c.
EDSAC COMPUTER EDSAC ( Electonic Delay Storage Automatic Calculator ) memperkenalkan
penggunaan raksa (merkuri) dalam tabung untuk menyimpan data.
Gambar : EDSAC Computer
d.
Komputer Komersial (Commersial Computer ) Tahun
1950
dianggap
sebagai
tahun
kelahiran
industri
komputer
dengan munculnya 2 buahperusahaan yang saat itu mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM. Tahun 1947, Eckert dan Mauchly mendirikan EckertMauchly Computer Corporation untuk memproduksi komputer secara komersial.
Page | 11
Komputer pertama yang mereka hasilkan adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer). UNIVAC I menjadi tulang punggung penghitungan sensus tahun 1950 di USA. UNIVAC II yang memiliki kapasitas memori lebih besar dan kinerja yang
lebih
baik diluncurkan tahun 1950. Mulai saat itu perusahaan telah
mengembangkan produk – produk baru yang sebelumnya
sehingga
pangsa
pasar
kompatibel
konsumen
dengan
mereka
produk
tetap terjaga
menggunakan produknya. IBM pun tidak mau kalah dengan mengeluarkan produk mereka yang akhirnya mendominasi pangsa pasar bisnis saat ini. Seri IBM pertama adalah seri 701 tahun 1953 dan terus berkembang menjadi lebih baik hingga sekarang.
Gambar : UNIVAC
2. Komputer Generasi Kedua
Pada tahun 1947, Transistor ditemukan di Lab. Bell oleh William Shockley . Penemuan transistor sangat mempengaruhi perkembangan komputer. Transistor menggantikan tabung vakum di televisi, radio, dan komputer. Akibatnya, ukuran mesin-mesin elektrik berkurang drastis. Transistor mulai digunakan di dalam komputer mulai pada tahun 1956. Penemuan lain yang berupa pengembangan memori inti-magnetik membantu pengembangan komputer generasi kedua yang
Page | 12
lebih kecil, lebih cepat, lebih dapat diandalkan, dan lebih hemat energi dibanding para pendahulunya. Dimana transistor memiliki spesifikasi sebagai berikut: •
Lebih kecil.
•
Lebih ringan.
•
Disipasi daya lebih rendah.
•
Solid State device.
•
Terbuat dari silikon Silicon (Sand).
Yang termasuk dalam komputer generasi kedua antara lain: a. IBM 7094. IBM 7094 memiliki konfigurasi sebagai berikut:
IBM
7094
dibuat
dengan tujuan
kemampuannya
semakin meningkat,
kapasitasnya semakin besar, dan biayanya semakin kecil. b. Digital
DEC PDP 1 Equipment Corporation (DEC)
tahun
1957 meluncurkan komputer
pertamanya yaitu PDP 1
Page | 13
3. Komputer Generasi Ketiga
Walaupun transistor dalam banyak hal mengungguli tube vakum, namun transistor menghasilkan panas yang cukup besar, yang dapat berpotensi merusak bagian-bagian internal komputer. Batu kuarsa (quartz rock) menghilangkan masalah ini. Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument, mengembangkan sirkuit terintegrasi (IC : integrated circuit ) di tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa. Pada ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponen-komponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Hasilnya, komputer menjadi semakin kecil karena komponen-komponen dapat dipadatkan dalam chip. Kemajuan computer generasi ketiga lainnya adalah penggunaan sistem operasi (operating system) yang memungkinkan mesin untuk menjalankan berbagai program yang berbeda secara serentak dengan sebuah program utama yang memonitor dan mengkoordinasi memori komputer. MICROELECTRONICS
Microelectronics merupakan benar - benar dibuat
dengan
semikonduktor.
Contoh:
“small-electronics” yang dapat silicon
wafer (wafer
silikon).
Microelec-tronics lebih dikenal dengan nama chip. MOORE’S LAW •
Kepadatan komponen dalam sebuah chip meningkat
•
Gordon Moore - cofounder of Intel
•
Jumlah transistor dalam chip menjadi dua kali lipat tiap tahun
•
Sejak 1970 perkembangan agak lambat
•
Jumlah transitor menjadi 2 kali dalam sebuah chip berkembang tiap 18 bulan
•
Harga dari chip rata-rata tetap / tidak berubah
Page | 14
•
Higher
packing
density
berarti
jalur elektronik
lebih
pendek,
kemampuan makin meningkat •
Ukuran yang mengecil meningkatkan flexebilitas
•
Mengurangi daya dan membutuhkan pendinginan
•
Beberapa Interkoneksi meningkatkan reliabilitas
Yang termasuk dalam komputer generasi ketiga antara lain: 1. IBM 360
IBM 360 diluncurkan pada tahun 1964 dan memiliki spesifikasi sebagai berikut: •
Set Instruksi Mirip atau Identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung 4 kompabilitas sistem maupun perangkat kerasnya.
•
Sistem Operasi Mirip atau menguntungkan
Identik, ini
konsumen sehingga
merupakan
apabila
feature
yang
kebutuhan menuntut
penggantian komputer tidak kesulitan dalam sistem operasinya karena sama. •
Kecepatan yang meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.
•
Ukuran Memori yang lebih
besar, semakin tinggi modelnya akan
diperoleh semakin besar memori yang digunakan. •
Harga
yang meningkat,
semakin tinggi
modelnya
maka
harganya
semakin mahal.
Page | 15
2. DEC PDP-8
PDP-8 diluncurkan pada tahun 1964
dan memiliki
spesifikasi
sebagai
berikut: •
Minicomputer pertama kali (setelah miniskirt)
•
Tidak memerlukan air conditioned room
•
Embedded applications & OEM
•
Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system
•
Sistem
ini
terdiri
atas
96
buah lintasan sinyal yang terpisah, yang
digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data •
Arsitektur bus seperti PDP-8 ini nantinya digunakan oleh komputer – komputer modern
Gambar : Komputer DEC PDP-8
Page | 16
4. Komputer Generasi Keempat
Setelah IC, tujuan pengembangan menjadi lebih jelas: mengecilkan ukuran sirkuit dan komponenkomponen elektrik. Large Scale Integration (LSI) dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip. Pada tahun 1980-an, Very Large Scale Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah chip tunggal. Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh komponen dari sebuah komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output) dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik. Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama kemudian, setiap perangkat rumah tangga seperti microwave oven, televisi, dn mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan mikroprosesor. Perkembangan
yang
demikian
memungkinkan
orang-orang
biasa
untuk
menggunakan komputer biasa. Komputer tidak lagi menjadi dominasi perusahaanperusahaan besar atau lembaga pemerintah. Pada pertengahan tahun 1970-an, perakit komputer menawarkan produk komputer mereka ke masyarakat umum. Komputer- komputer ini, yang disebut minikomputer, dijual dengan paket piranti lunak yang mudah digunakan oleh kalangan awam. Piranti lunak yang paling populer pada saat itu adalah program word processing dan spreadsheet. Pada awal 1980-an, video game seperti Atari 2600 menarik perhatian konsumen pada komputer rumahan yang lebih canggih dan dapat diprogram. Pada tahun 1981, IBM memperkenalkan penggunaan Personal Computer (PC) untuk penggunaan di rumah, kantor, dan sekolah. Jumlah PC yang digunakan melonjak dari 2 juta unit di tahun 1981 menjadi 5,5 juta unit di tahun 1982. Sepuluh tahun kemudian, 65 juta PC digunakan. Komputer
Page | 17
melanjutkan evolusinya menuju ukuran yang lebih kecil, dari komputer yang berada di atas meja (desktop computer) menjadi komputer yang dapat dimasukkan ke dalam tas (laptop), atau bahkan komputer yang dapat digenggam (palmtop). IBM PC bersaing dengan Apple Macintosh dalam memperebutkan pasar komputer. Apple Macintosh menjadi terkenal karena mempopulerkan sistem grafis pada10 komputernya, sementara saingannya masih menggunakan komputer yang berbasis teks. Macintosh juga mempopulerkan penggunaan piranti mouse. Pada masa sekarang, kita mengenal perjalanan IBM compatible dengan pemakaian CPU: IBM PC/486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV (Serial dari CPU buatan Intel). Juga kita kenal AMD k6, Athlon, dsb. Ini semua masuk dalam golongan komputer generasi keempat. Seiring dengan menjamurnya penggunaan komputer di tempat kerja, cara-cara baru untuk menggali potensial terus dikembangkan. Seiring dengan bertambah kuatnya suatu komputer kecil, komputer-komputer tersebut dapat dihubungkan secara bersamaan dalam suatu jaringan untuk saling berbagi memori, piranti lunak, informasi, dan juga untuk dapat saling berkomunikasi satu dengan yang lainnya. Komputer jaringan memungkinkan komputer tunggal untuk membentuk kerjasama elektronik untuk menyelesaikan suatu proses tugas. Dengan menggunakan perkabelan langsung (disebut juga local area network, LAN), atau kabel telepon, jaringan ini dapat berkembang menjadi sangat besar. Pada komputer generasi ini sudah memanfaatkan mikroprocessors.
PERKEMBANGAN MICROPROCESSOR •
1971 - 4004 Microprocessor pertama Semua komponen CPU adalah single chip 4bit
Page | 18
•
Diikuti dengan munculnya 8008 tahun 1972 8bit
•
1974 – 8080 Intel adalah mikroprosessor dengan kegunaan umum
5. Komputer generasi kelima ( masa depan )
Banyak kemajuan di bidang desain komputer dan teknologi semakin memungkinkan pembuatan komputer generasi kelima. Dua kemajuan rekayasa yang terutama adalah kemampuan pemrosesan paralel, yang akan menggantikan model non Neumann. Model non Neumann akan digantikan dengan sistem yang mampu mengkoordinasikan banyak CPU untuk bekerja secara serempak. Kemajuan lain adalah teknologi superkonduktor yang memungkinkan aliran elektrik tanpa ada hambatan apapun, yang nantinya dapat mempercepat kecepatan informasi. Jepang adalah negara yang terkenal dalam sosialisasi jargon dan proyek komputer generasi kelima. Lembaga ICOT (Institute for new Computer Technology) juga dibentuk untuk merealisasikannya. Banyak kabar yang menyatakan bahwa proyek ini telah gagal, namun beberapa informasi lain bahwa keberhasilan proyek computer generasi kelima ini akan membawa perubahan baru paradigma komputerisasi di dunia.
PERANCANGAN KINERJA
Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus,
peripheral. Dari
segi perkembangan program aplikasipun sangat
menakjubkan. Aplikasi dekstop yang hampir dimiliki semua sistem komputer saat ini meliputi :
Page | 19
•
Pengolahan citra
•
Pengenalan voice atau pembicaraan
•
Video conference
•
Mulitimedia
•
Transfer data Yang menakjubkan lagi adalah dari sudut pandang organisasi dan
arsitektur komputer saat ini adalah mirip dengan komputer IAS yang dibuat sekitar 50 tahun lalu, namun perkembangan dan kecanggihannya dapat kita rasakan sekarang ini. Peningkatan kinerja mikroprosesor ini terus berlanjut tidak
kenal
henti
dengan
berbagai
teknik
yang
telah dikembangkan,
diantaranya : •
Branch Prediction, teknik dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahulu di dalam software dan melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yang akan dieksekusi berikutnya.
•
Data Flow Analysis, prosesor akan menganalisa instruksi – instruksi yang tidak tergantung pada hasil atau data lainnya untuk membuat penjadwalan yang optimum dalam eksekusi.
•
Speculative Execution, dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya. Perkembangan
mikroprosesor,
dilihat
dari
kapasitas
operasi
dan
kecepatannya sangatlah pesat. Perkembangan mikroprosesor ini sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Hal
ini
menimbulkan
masalah
kesenjangan dan kurang sinkronnya operasi antar komponen. Organisasi dan arsitektur komputer yang handal sangat diperlukan untuk mengatasi persoalan seperti ini.
Page | 20
Terdapat beberapa metode untuk mengatasi masalah perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor dengan komponen lainnya, diantaranya : •
Meningkatkan
jumlah bit yang dicari pada suatu saat
tertentu dengan
melebarkan DRAM dan melebarkan lintasa sistem busnya. •
Mengubah
antarmuka DRAM
sehingga
lebih
efisien dengan
menggunakan teknik cache atau pola buffer lainnya pada keping DRAM. •
Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan penggunakan hierarki bus – bus yang lebih cepat untuk buffering dan membuat struktur aliran data. Bidang lain yang menjadi fokus kajian peningkatan kinerja sistem
komputer adalah penanganan perangkat – perangkat I/O. Masalah yang terjadi hampir sama dengan memori. Teknik penyelesaian yang digunakan umumnya adalah teknik buffering dan caching. Target yang ingin dicapai dalam peningkatan kinerja
adalah
tercapainya keseimbangan proses operasi antar
komponen – komponen penyusun komputer sehingga menghasilkan kinerja komputer yang tinggi.
Contoh Evolusi Komputer
Evolusi komputer yang akan dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Intel dan PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers). Detail tentang CISC dan RISC akan dijelaskan dalam matakuliah Arsitektur CPU.
Pentium
Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi pasaran prosesor hingga saat ini. Generasi demi generasi diluncurkan ke pasaran dengan kenaikan unjuk kerja yang menakjubkan dalam memenuhi kebutuhan
Page | 21
konsumennya. Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesor sederhana sampai prosesor keluaran saat ini: •
8080, keluar tahun 1972 merupakan mikroprosesor pertama keluaran Intel dengan mesin 8 bit dan bus data ke memori juga 8 bit. Jumlah instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan 16KB.
•
8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64KB.
•
80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari kemampuan pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi.
•
80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu.
•
80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math coprocessor.
•
Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar sehingga memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel.
•
Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan organisasi superscalar untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi cabang, analisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih.
•
Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga mampu menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah menggunakan teknologi RISC.
•
Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D.
•
Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih.
•
Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4 unit integer, 3 unit pencabangan, internet streaming, 128 interger register.
8086,
Page | 22
PowerPC
Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada komputer muni seri 801. Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986. Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar workstation. Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER. IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800, kemudian Apple menggunakan keping Motorola dalam Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu : •
601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat.
•
603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien.
•
604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop.
•
620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur 64 bit.
•
740/750, seri dengan cache L2.
•
G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi paralel.
2.2. Struktur CPU (Central Proccessing Unit) Pada Komputer
Komponen Utama CPU CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. CPU adalah
komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU, seperti terlihat pada gambar 3.1 dan struktur detail internal CPU terlihat pada gamber 3.2. CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu : •
Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi – fungsi
pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine
Page | 23
language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin
yang diberikan padanya. Seperti istilahnya, ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. •
Control Unit , bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan
mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya. Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. •
Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat
proses pengolahan data. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. •
CPU Interconnections, adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan
komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register – register dan juga dengan bus – bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran.
Page | 24
Fungsi CPU Fungsi CPU adalah penjalankan program – program yang disimpan dalam
memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah. Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi ( fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute). Siklus instruksi yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi diperlihatkan pada gambar 3.3 berikut.
Page | 25
Siklus Fetch – Eksekusi
Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu : •
CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
•
CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.
•
Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika
terhadap data. •
Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.
Misalnya
instruksi
pengubahan
urusan
eksekusi.
Perlu diketahui bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O. Perhatikan gambar 3.4 yang merupakan detail siklus operasi pada gambar 3.3, yaitu :
Page | 26
•
Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan
alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya. •
Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi
memorinya ke CPU. •
Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk
menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan. •
Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal
ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori. •
Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari
modul I/O. •
Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam
instruksi. •
Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.
Fungsi Interrupt
Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU. Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori. Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi
Page | 27
kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga dengan adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Macam – macam kelas sinyal interupsi : •
Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang
terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal. •
Timer , adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor.
Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler. •
I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan
pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi. •
Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya
atau kesalahan paritas memori. Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi – instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.
Kemudian
prosesor
akan
menghentikan
eksekusi
yang
dijalankannya untuk menghandel routine interupsi. Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali. Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak. Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan hal – hal dibawah ini : 1. Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan. 2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler . Gambar 3.5 berikut menjelaskan siklus eksekusi oleh
prosesor dengan adanya fungsi interupsi.
Page | 28
Untuk sistem operasi yang kompleks sangat dimungkinkan adanya interupsi ganda (multiple interrupt ). Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Dalam hal ini prosesor harus menangani interupsi ganda. Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini. Pertama adalah menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani. Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial. Pendekatan ini cukup baik dan sederhana karena interupsi
ditangani dalam ututan yang cukup ketat. Kelemahan pendekatan ini adalah metode
ini
tidak
memperhitungkan
prioritas
interupsi.
Pendekatan
ini
diperlihatkan pada gambar 3.6a. Pendekatan kedua adalah dengan mendefinisikan prioritas bagi interupsi dan interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu. Pedekatan ini disebut pengolahan interupsi bersarang. Metode ini digambarkan pada gambar 3.6b.
Page | 29
Sebagai contoh untuk mendekatan bersarang, misalnya suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O: printer, disk, dan saluran komunikasi, masing masing prioritasnya 2, 4 dan 5. Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi. Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan. Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan. Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk. Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama.
2.3. CPU (Central Proccessing Unit) Komputer
Arsitektur dasar mesin tipe Von Neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. 3 bagian fundamental tersebut adalah :
Page | 30
Program disimpan dalam unit memori utama yang berhadapan dengan piranti I/O melalui CPU. CPU membaca dari atau menulis ke memori, dengan mengirimkan alamat word ke unit memori melalui bus address kemudian menerima atau mengirimkan data melalui bus data. Data dipertukarkan antara CPU dan Unit I/O juga dengan menggunakan bus data. Operasi disinkronisasikan oleh dua bus control dengan sinyal kendali yang dikirimkan oleh CPU dan sinyal acknowledgment serta sinyal interupsi yang diterima oleh CPU.
Organisasi CPU
CPU disusun oleh 3 bagian utama yang disebut dengan Kumpulan Register (Register Set), ALU (Arithmetic Logic Unit) dan CLU (Central Logic Unit).
Page | 31
Gambar berikut disebut jalur data dan berisi register-register (terutama 1 sampai
32),
ALU
(Arithmetic
Logic
Unit)
dan
beberapa
bus
yang
menghubungkan bagian-bagian tersebut. Register-register tersebut melengkapi dua register untuk input ALU, yang dalam gambar diberi label A dan B. Registerregister ini menyimpan input ALU sementara ALU menjalankan fungsi perhitungan.
Kumpulan Register
Register dari sebuah komputer secara kolektif disebut sebagai kumpulan register (register set ).
Kumpulan register pada mikroprosesor intel 8085
Page | 32
Pada
gambar
(a)
diatas
menunjukkan
kumpulan
register
pada
mikroprosesor intel 8085. Pada CPU ini, register A berfungsi sebagai sebuah akumulator 8 bit. CPU juga mencakup sebuah program counter (PC), sebuah stack pointer (SP), sebuah flag register dan enam register pengalamatan 8 bit.
Pada gambar (b) diatas, register 8 bit biasanya digunakan secara berpasangan. Register A bersama-sama dengan flag register, membentuk program status word (PSW). Tiga pasangan lainnya digunakan untuk tujuan pengalamatan, pasangan H merupakan pasangan yang sangat umum digunakan. Pasangan ini bisa dirujuk secara bersama-sama atau terpisah, yang menyebabkan tersedianya berbagai variasi intruksi.
Format Instruksi
Suatu Instruksi merupakan suatu tata cara yang digunakan oleh komputer untuk menyatakan operasi seperti ADD, STORE, LOAD, MOVE, dan BRANCH serta untuk menentukan lokasi data dimana suatu operasi akan dikerjakan. Kumpulan seluruh instruksi tersebut, disebut sebagai kumpulan instruksi.
Format Alamat
Pada salah satu komputer terdahulu, setiap instruksi terdiri atas sebuah opcode dan empat field alamat. Dimana :
O code
A0
A1
A2
A3
Format empat alamat
A0 = Alamat operand pertama A1 = Alamat operand kedua A2 = Alamat dimana hasil operasi disimpan A3 = Alamat dari instruksi berikutnya Karena komputer biasanya menjalankan instruksi secara berurutan, maka dapat memberi kode algoritma dengan cara tertentu dan menghilangkan kebutuhan akan A3. Jika dianggap bahwa panjang word memori tetap, maka dapat digunakan bit-bit yang memerinci A3 untuk sisa alamat yang ada dan dapat
Page | 33
menggunakan ruang memori yang lebih besar tanpa meningkatkan ukuran word memori. Format ini dikenal dengan format tiga-alamat dimana: A0 = alamat operand pertama A1 = alamat operand kedua A2 = alamat hasil
Format lain dikenal sebagai format dua-alamat, menghilangkan alamat A2 dan A3. Format ini merupakan format paling umum pada komputer komersial dan tergantung pada sistem tertentu, menggunakan salah satu dari akumulator A0 atau A1 untuk hasilnya. Bagaimanapun, cara termudah untuk mengorganisasikan sebuah komputer adalah dengan mempunyai sebuah register CPU tunggal dan kode instruksi dengan hanya dua bagian, format ini dikenal sebagai format alamat-tunggal. Disini akumulator menjalankan fungsi ganda: biasanya menjadi
bagian alamat pada operand kedua dan juga lokasi dimana hasilnya disimpan.
Mode Pengalamatan
Suatu variasi mode pengalamatan ( addressing mode) dapat digunakan untuk menentukan suatu alamat tempat dimana operand akan di fetch. Beberapa teknik ini dapat meningkatkan kecepatan pelaksanaan instruksi dengan menurunkan jumlah referensi pada memori utama dan meningkatkan jumlah referensi pada register kecepatan tinggi. Mode pengalamatan ini menjabarkan suatu aturan untuk menginterpretasikan atau memodifikasi
field alamat dari
instruksi sebelum operand direferensikan. Beberapa mode pangalamatan umum diantaranya adalah : Mode
Nilai dari operand
Contoh transfer*
Implied
Tidak ada operand dalam intruksi
Immediate
Konstanta dalam field operand
OPR angka
Direct
Memori pada alamat
OPR M[ad]
Indirect
Memori pada alamat dalam alamat
OPR M(M[ad])
Register
Register
OPR (R1)
Page | 34
Register-Indirect
Memori pada alamat register
OPR M[R1]
Autoincrement
Register, register increment
OPR (R1) R1 (R1) +1
Relative
Lokasi memori untuk PC juga alamat
Index
Lokasi memori untuk register indeks (XR) juga alamat
OPR M[PC + ad]
OPR M[XR + ad]
* OPR mewakili sebuah register untuk menyimpan operand yang akan digunakan sewaktu instruksi dijalankan.
Page | 35
ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)
Ide mengenai satu adder umum yang mampu menambahkan dua register bersama-sama dan menyimpan hasilnya dalam register lainnya merupakan prinsip yang mendasar pada ALU. Sehingga ALU didefinisikan sebagai sebuah unit yang berisi sirkuit untuk menjalankan sekumpulan operasi mikro aritmatika dan logika. Dua fungsi ALU ditunjukkan sebagai berikut :
Sejumlah n baris input dari A dan B dihubungkan dengan blok fungsi f 1 dan f 2. Kemudian sejumlah n baris output pada blok tersebut dihubungkan dengan sejumlah n multiplexer (MUX). Tergantung dari operasi mikro tertentu yang harus dijalankan maka baris seleksi akan di- set untuk memilih baris output fungsi yang semestinya untuk sejumlah n baris dari R, yaitu hasil operasi ALU. Jumlah baris seleksi yang diperlukan tergantung pada jumlah fungsi di dalam ALU, pada bagian ini ada dua input n-bit, yaitu A dan B, dan sebuah output n-bit, yaitu R. Fungsi Aritmatika pada sebuah ALU biasanya mencakup integer, floatingpoint (real) dan desimal berkode biner. Disini operasi yang terjadi adalah penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Fungsi Logika pada ALU lebih sederhana. Untuk segala operasi logika yang ingin diterapkan, maka hanya perlu memuat sejumlah n gerbang logika tertentu untuk operasi tersebut (satu untuk setiap pasangan bit i nput).
Page | 36
Selain itu pula ALU dapat digunakan sebagai Pergeseran, dengan menerapkan sirkuit geser kombinasional yang dikenal sebagai skalar posisi. Karena kita ingin menjalankan pergeseran bersamaan dengan fungsi aritmatika atau logika, seperti pada perkalian atau pengepakan string, maka akan lebih efisien untuk men-set penggeser diluar ALU. Dengan cara ini dapat ditambahkan dua angka dan menggeser seluruh hasil dalam satu langkah daripada meneruskan hasilnya ke input ALU lagi dan kemudian men setup ALU untuk menggeser angka tersebut.
CONTROL LOGIC UNIT (CLU)
CLU pada komputer memasukkan informasi tentang instruksi dan mengeluarkan baris kendali yang diperlukan untuk mengaktifkan operasi-mikro yang semestinya. CLU terbentuk atas sebuah prosesor instruksi ( IP atau instruction processor ) yang berfungsi untuk mengendalikan fetch, perhitungan
alamat dan siklus interupsi, kemudian prosesor aritmatika ( AP atau arithmatic processor ) yang berfungsi untuk mengendalikan siklus eksekusi bagi operasi
aritmatika dan logika.
Konfigurasi CPU
Komponen CPU dapat tersusun dalam berbagai cara, sangat tergantung pada jumlah bus data internal yang digunakan. Dua contoh diantaranya adalah pengorganisasian dengan bus tunggal dan tripple bus.
Page | 37
Organisasi Bus-Tunggal.
ALU memerlukan input register Y dan register Z secara bersamaan. Dengan hanya sebuah bus data tunggal, sebuah operand akan disimpan dalam Y dan yang lainnya dapat disimpan dalam bus. Sewaktu ALU menghitung hasilnya, input tersebut harus tetap konstan pada bus. Karena itu, kadang-kadang hasilnya disimpan dalam Z sampai operasi selesai dan kemudian ditransfer melalui bus ke tempat dimana harus disimpan. Dalam hubungan yang sama, CLU memerlukan informasi dari register khusus ( special-purpose) secara bersamaan untuk menghasilkan fungsi pengendalian yang tepat. Oleh karena itu, register-register tersebut dihubungkan secara langsung ke CLU selain dihubungkan dengan bus data untuk komunikasi umum.
Organisasi Triple-Bus
Penggunaan tiga bus data internal, seperti gambar diatas akan melonggarkan beberapa batasan yang dibebankan oleh susunan bus-tunggal. Dalam hal ini, bus-bus yang terpisah dapat digunakan untuk dua input ALU termasuk juga untuk output ALU. Jika register dari kumpulan register adalah edge-trigerred, maka akan mungkin untuk menjalankan jenis operasi-mikro R1 (R2) + (R3) pada satu sinyal waktu.
Page | 38
2.4. Memori Komputer
Memori ( Memory) terdiri atas komponen-komponen elektronik yang menyimpan perintah- perintah yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor,data yang diperlukan oleh insruksi (perintah) tersebut dan hasil-hasil dari data yang diproses ( informasi ). Memori biasanya terdiri atas satu chip atau beberapa papan sirkuit lainnya dalam prosesor. Memory komputer bisa diibaratkan sebagai papan tulis, dimana setiap orang yang masuk kedalam ruangan bisa membaca dan memanfaatkan data yang ada dengan tanpa merubah susunan yang tersaji. Data yang diproses oleh komputer, sebenarnya masih tersimpan didalam memory, dan dalam hal ini komputer hanya membaca data dan kemudian memprosesnya. Satu kali data tersimpan didalam memory komputer, maka data tersebut akan tetap tinggal disitu selamanya. Setiap kali memory penuh, maka data yang ada bisa dihapus sebagian ataupun seluruhnya untuk diganti dengan data yang baru.
Jenis-jenis Memori
EDO RAM
SDRAM ( 66 Mhz, 100 Mhz, 133 Mhz)
Page | 39
DDRAM ( 200 Mhz, 266 Mhz,333 Mhz, 400 Mhz)
•
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 2 ( 400 Mhz, 533 Mhz, 667 Mhz)
•
DDR2-400 / PC2-3200
•
DDR2-533 / PC2-4200
•
DDR2-667 / PC2-5300
•
DDR2-800 / PC2-6400
INTERNAL MEMORY
ROM ( Read Only Memory ) ROM adalah chip-chip memori yang menyimpan data dan perintah secara
permanen jadi jenis memori ini hanya biasa di baca saja datanya atau programnya.ROM bersifat nonvolatil dan pada PC, ROM terdapat pada BIOS (
Page | 40
Basic Input Output System ) yang terdapat pada mother board yang berfungsi untuk men-setting peripheral yang ada pada system.
Jenis-jenis ROM:
•
ROM ( Read Only Memory)
•
PROM (Programmable ROM
•
EPROM ( Erasable ROM )
•
EEPROM ( Electrically ROM)
Jenis ROM yang sering digunakan: EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory )
1.
Program yang ada di dalam chip ini dapat dihapus dan diisi kembali dengan menggunakan pulsa listrik. Kelebihannya : •
Dapat di upgrade atau di modifikasi sebagian atau keseluruhan isi dari program Bios tersebut sesusi dengan keinginan kita.
•
Dapat di backup atau di buat cadangannya, bila suatu saat master dari Bios tersebut rusak atau programnya sebagian atau keseluruhannya terhapus.
Kelemahannya : •
Virus dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang tersimpan didalam Bios tersebut.
•
Arus listrik yang tudak stabil dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang tersimpan di dalam Bios tersebut.
Page | 41
EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )
2.
Program yang ada di dalam chip ini dapat dihapus dan diisi kembali dengan menggunakan sinar infrared. Kelebihan : Virus tidak dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang
•
tersimpan didalam Bios tersebut. Isi dari program Bios ini baik sebagian maupun keseluruhannya tidak dapat
•
dirusak atau diubah oleh pulsa listrik, selama stiker yang terdapat pada Bios tersebut tidak cacat atau rusak. Kelemahan : Tidak dapat di upgrade atau dimodifikasi secara umum isi dari program
•
Bios tersebut baik itu sebagian maupun keseluruhannya. Sehingga suatu saat segala perhitungan yang berhubungan dengan tanggal, bulan dan tahun seperti program aplikasi Microsoft exel atau lotus akan menyimpang bila tanggal, bulan, dan tahun dari.
Beberapa jenis ROM :
Jenis
Keterangan
ROM
Digunakan untuk program yang bersifat static (jarang berubah) dan diproduksi masal
Programmable (PROM)
ROM
Dapat diprogram dengan menggunakan peralatan khusus dan dilakukan sekali. Pola datanya tersimpun digabungkan secara permanen ke dalam chip dengan menggunakan “mask”
Erasable PROM
Dapat diprogram beberapa kali dengan peralatan khusus. Jika ingin menghapus harus dikeluarkan dari komputer dengan sinar ultra violet.
Page | 42
Electrically PROM
Erasable Dapat diprogram dengan menggunakan perangkat lunak. Dihapus dengan pulsa tegangan listrik. Diguakan untuk menyimpan BIOS
Electrically ROM
Alterable Dapat dibaca, dihapus dan ditulisi kembali tanpa mengeluarkannya dari komputer. Proses penghapusan dan penulisannya kembali sangat lambat bila dibandingkan proses pembacaan yang disebut RMM (Read Mostly Memories)
Electrically
Erasable Pada dasarnya sam dengan EAROM
ROM
BUS
Data biasanya ditransfer antara penyimpanan utama dan prosesor melalui perangkat (bus) yang secara efektif berarti pengirim beberapa (banyak) bit data secara parallel.
MAIN
PROCESSOR
MMORY B
U
S
Penyimpanan utama yang dikoneksikan ke prosesor dengan bus
EKSTERNAL MEMORY
RAM ( Random Acces Memory ) Merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para pemakai untuk
menyimpan program dan data. Jenis – jenis RAM : •
Berdasarkan cara kerja o
Dynamic RAM ( DRAM ).
Page | 43
o
•
Static RAM ( SRAM ).
Berdasarkan Module o
Single Inline Memory Module ( SIMM ).
o
Double Inline Memory Module ( DIMM ).
o
RIMM ( Rambus ).
•
Berdasarkan jumlah pin : 30 pin, 72 pin, 168 pin
•
Berdasarkan kecepatannya ( nano second )
CACHE MEMORY
Cache memori (memory cache) mempercepat proses-proses komputer karena cache menyimpan perintah dan data yang sering digunakan. Ada 2 jenis yaitu : •
Internal Cache yaitu memory yang terdapat didalam prosesor, sering dikenal dengan nama first level ( L1) Cache L1 dipasang langsung pada cip prosesor. ache L1 biasanya memiliki kapasitas sangat kecil, berkisar antara antara 8 KB sampai 128 KB.
•
External Cache yaitu memory yang terdapat didalam motherboard, sering dikenaal dengan nama second level ( L2 ) Cache L2 sedikit lebih lambat daripada chache L1 tetapi memiliki kapasitas yang jauh lebih besar, berkisar antara 64 KB sampai 16 MB.
CARA KERJA TRANSFER DATA DALAM BUS •
Sinyal-sinyal yang berasal dari prosesor atau dari komponen lain melakukan perjalanan di sepanjang jalur circuit pada rangkaian paralel. Angka yang terdapat di jalur tersebut memiliki tipe arsitektur yang digunakan dalam BUS. Data-data yang di transfer dalam BUS terdiri dari 8 bit yang digunakan dalam komputer IBM dengan menggunakan 62 jalur yang berhubungan langsung mengadaptasikan
kartu. Sinyal yang dikirim di
Page | 44
adaptasikan dalam kartu adalah sebagian yang diterima oleh pengadaptasian kartu. •
8 jalur memancarkan daya listrik ke kartu adapter. Perbedaaan jalur akan membawa dampak pada tegangan yaitu tegangannya berbeda
•
8 dari 32 jalur yang digunakan dapat memancarkan semua data dengan mengabaikan data yang ditujukan ke kartu memory, display memori dan suatu pengontrol disk.
•
20 jalur membawa informasi untuk meletakan alamat di mana data di masukan. Masing-masing kartu menggunakan alamat unik dan spesifik dari mereka yang tersedia di dalam megabyte memori dan untuk masing-masing input/ output alat.
•
Masing-masing pengadaptasian kartu bus secara konstan untuk sinyal sesuai sepanjang jalur perintah. Ketika suatu sinyal nampak pada jalur perintah tulis. Sebagai contoh, semua sarana I/O mengenali perintah dan circuit memori tidak dapat mengenalinya.
•
I/O mengadaptasikan keamanan oleh perintah tulis memutar ke jalur alamat. Jika alamat menetapkan pada jalur itu bukanlah alamat yang digunakan oleh suatu
orang
yang
mengadaptasikan
,orang
yang
mengadaptasikan
mengabaikan isyarat mmeneruskan bentuk data. •
Jika isyarat pada jalur alamat memenuhi alamat yang digunakan oleh orang yang mengadaptasikan, orang yang mengadaptasikan menerima data dan meneruskannya kebentuk alamat dan menggunakan data itu untuk melengkapi atau menyudahi tulis perintah.
Page | 45
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam komputer tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah. Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer dan unit penyimpanannya adalah memori komputer. Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit – unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem 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. Memori ( Memory) terdiri atas komponen-komponen elektronik yang menyimpan perintah- perintah yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor,data yang diperlukan oleh insruksi (perintah) tersebut dan hasil-hasil dari data yang diproses ( informasi ). Memori biasanya terdiri atas satu chip atau beberapa papan sirkuit lainnya dalam prosesor.
Page | 46
