CPU, BUS dan ALU.

CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU)

Arsitektur dasar mesin tipe Von Neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. 3 bagian fundamental tersebut adalah :

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.

• Sistem BUS

Sistem Bus yaitu Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus ialah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat dipakai secara bersamaan. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer. Suatu Komputer terdiri dengan beberapa unsur penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. setiap computer saling terhubung dan membentuk saling terkait fungsinya. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antara komputer sangatlah terkait dengan mendominasikan  kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan di sebuah memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui bantuan sistem bus, dengan demikian kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.

• Cara Kerja Sistem BUS

1. Pada sistem komputer akan lebih maju, jika arsitektur komputernya  diciptakan dengan lebih kompleks, sehingga tingkatannya lebih  performa, dan di pakai beberapa buah bus. Bus tersebut merupakan jalur akses data antara beberapa device yang berbeda.
2. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dikaitkan oleh Otak bus dengan tegangan yang atau biasa disebut dengan sebutan FSB (Front Side Bus) .
3. Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang tegangannya lebih rendah yang terkait dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke Otak bus. Untuk komunikasi antar bus ini dapat digunakan sebuah bridge.

• Jenis Sistem BUS

Sedangkan jenis-jenis bus itu sendiri juga dikelompokkan berdasarkan masingmasing kriteria, tapi disini akan di jelaskan Jenis Bus menurut fungsinya masing - masing . Langsung saja berikut Jenis-jenis Bus Berdasarkan Fungsi :

• Data Bus :
  - Berfungsi untuk mengirim data, membawa data dari dan ke perangkat atau periferal
  - Terdiri atas bagian tertentu atau jalur penghantar, 8, 16, 32 dan 64 bahkan lebih jalur paralel
  - Data ditransmisikan dalam dua jalur, yaitu dari CPU atau mesin proseses ke unit memori atau modul I/O dan sebaliknya.
  Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat dikirim sewaktu - waktu.

• Control Bus:
  - Berfungsi untuk mensinkronkan proses penerimaan dan pengiriman data.
  - Untuk menentukan memori atau port agar siap ditulis atau dibaca.
  - Sinyal Kontrol: RD, WR, IO/M
  - Sinyal Read dan write : untuk mencari data dari perangkat
• Address Bus:
  - Membawa informasi agar dapat mengetahui tempat suatu perangkat atau periferal
  - Untuk memilih tempat memori atau port yang akan ditulis atau dibaca
  - Untuk mengatur rute data, muncul dari mana, tujuannya ke mana.
  - Bersifat searah, cpu memberikan alamat yang bertujuan untuk mengatur periferal mana yang dituju. Contoh memori mana yang dicari atau I/O mana yang dituju.
  - Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi tempat yang dapat di temukan.
  - Jumlah alamat yang dapat dicari pada Bus alamat yaitu sebanyak jumlah yang di tentukan.

• ALU (Aritmatik Logic unit)

unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (≠ ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan ( ≥).

• CONTROL UNIT
  Unit kendali / Control Unit (CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas bagian lainnya dari perangkat CPU.
  Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor). CU, juga berfungsi untuk bersinkronasi antar komponen.
  Tugas CU :

1. Mengatur dan mengendalikan alat input dan output
2. Mengatur dan mengendalikan instruksi-instruksi dari memori utama
3. Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses
4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmetika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.
5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Macam-macam CU :

1.Single Cycle CU : Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2.Multi Cycle CU : Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya.

• Set register

Register prosesor merupakan memory yang dapat diakses secara cepat untuk central processing unit (CPU). Register biasanya terdiri dari sejumlah kecil penyimpanan cepat, meskipun beberapa register memiliki fungsi hardware tertentu, dapat berupa read-only atau menulis-hanya. Register biasanya ditangani oleh mekanisme lain dari memori utama, tetapi mungkin dalam beberapa kasus menjadi pemetaan memori.

Register prosesor biasanya berada di bagian atas hirarki memori, dan menyediakan cara tercepat untuk mengakses data. register prosesor biasanya mengacu hanya untuk kelompok register yang secara langsung dikodekan sebagai bagian dari instruksi, seperti yang didefinisikan oleh set instruksi. Namun, CPU modern dengan kinerja tinggi sering memiliki duplikat dari "register arsitektur" dalam rangka meningkatkan kinerja melalui daftar penamaan register, yang memungkinkan eksekusi paralel. desain x86 modern mengakuisisi teknik ini sekitar tahun 1995 dengan rilis dari Pentium Pro, Cyrix 6x86, Nx586, dan AMD K5.
Register dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

• User Accessible Register

1. Data Register
2. Address Register
3. General Purpose Register
4. Status Register
5. Floating Point Register
6. Constant Register
7. Vector Register
8. Special Purpose Register

• Internal Register

1. Instruction Register
2. Register yang terhubung dengan informasi dari ram : Memory Buffer Register, Memory Data Register, Memory Address Register

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.

refrensi:

ricky.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/21939/5+CPU.doc

http://www.blognovi.com/2016/04/apa-itu-sistem-bus-dalam-komputer.html

hasanudin.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/32415/Central+Processing+Unit.doc

https://en.wikipedia.org/wiki/Central_processing_unit

https://en.wikipedia.org/wiki/Processor_register

Arsitektur Set Instruksi

Set instruksi (instruction set) merupakan sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU, disebut juga machine code (bahasa mesin), aslinya juga berbentuk biner atau bahasa assembly. Untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti manusia.

Elemen-elemen Instruksi.

• Operation code (Op code) : Kerjakan ini
• Source Operand reference : Terhadap isi alamat ini
• Result Operand reference : Letakkan hasilnya di alamat ini
• Next Instruction Reference :Kalau sudah selesai, selanjutnya kerjakan alamat ini

Dalam sebuah instruksi, tidak harus semua elemen ini dicantumkan, tergantung kebutuhan dan jenis instruksinya. Semua instruksi dijalankan dalam CPU. Rata-rata operasi hanya membutuhkan register sebagai tempat membaca atau menyimpan operand. Adakalanya juga register tidak berisi operand tapi menunjuk ke tempat penyimpanan lainnya (memory, cache, modul I/O)

I. Jenis – jenis instruksi

• Data Processing/Pengolahan Data: instruksi-instruksi aritmetika dan logika.
• Data Storage/Penyimpanan Data: instruksi-instruksi memori.
• Data Movement/Perpindahan Data: instruksi I/O.
• Control/Kontrol: instruksi pemeriksaan dan percabangan.

Instruksi aritmetika (arithmetic instruction) memiliki kemampuan untuk mengolah data numeric. Sedangkan instruksi logika (logic instruction) beroperasi pada bit-bit word sebagai bit, bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan terutama dilakukan untuk data di register CPU.

Instruksi-inslruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data kedalam memori dan mengembalikan hasil komputasi kepada pengguna. Instruksi-instruksi control digunakan untuk memeriksa nilai data, status komputasi dan mencabangkan ke set instruksi lain.

II. Teknik Pengalamatan Desain Set Instruksi

Metode pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitekturdi sebagian unit pengolah pusat(CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur dan menentukan bagaimana bahasa mesinpetunjuk dalam arsitektur untuk mengidentifikasi operan dari setiap instruksi. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di register dan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat lain.

Jenis-jenis metode pengamatan

• Direct Absolute(pengalamatan langsung).

Hal ini membutuhkan ruang dalam sebuah instruksi untuk cukup alamat yang besar.. Hal ini sering tersedia di mesin CISC yang memiliki panjang instruksi variabel, seperti x86.. Beberapa mesin RISC memiliki Literal khusus Atas instruksi Load yang menempatkan sebuah 16-bit konstan di atas setengah dari register.. Sebuah literal instruksi ATAUdapat digunakan untuk menyisipkan 16-bit konstan di bagian bawah mendaftar itu, sehingga alamat 32-bit kemudian dapat digunakan melalui mode pengalamatan tidak langsung mendaftar, yang itu sendiri disediakan sebagai “base- plus-offset “dengan offset 0.

• Immidiate.

Bentuk pengalamatan ini yang paling sederhana

• Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama dengan field alamat
• Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk kompleent dua
• Bit paling kiri sebagai bit tanda
• Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data Contoh: ADD 5 ; tambahkan 5 pada akumulator.

• Indirect register.

• Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung
• Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register.
• Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register
• Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung

Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak. Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung.

• Indirect- memori.

Salah satu mode pengalamatan yang disebutkan dalam artikel ini bisa memiliki sedikit tambahan untuk menunjukkan pengalamatan tidak langsung, yaitu alamat dihitung menggunakan modus beberapa sebenarnya alamat dari suatu lokasi (biasanya lengkap kata) yang berisi alamat efektif sebenarnya. Pengalamatan tidak langsung dapat digunakan untuk kode atau data. Hal ini dapat membuat pelaksanaan pointer atau referensi atau menangani lebih mudah, dan juga dapat membuat lebih mudah untuk memanggil subrutin yang tidak dinyatakan dialamati. Pengalamatan tidak langsung tidak membawa hukuman performansi karena akses memori tambahan terlibat.

Beberapa awal minicomputer (misalnya Desember PDP-8, Data General Nova) hanya memiliki beberapa register dan hanya rentang menangani terbatas (8 bit).Oleh karena itu penggunaan memori tidak langsung menangani hampir satu-satunya cara merujuk ke jumlah yang signifikan dari memori.

• Register.

Pada beberapa komputer, register dianggap sebagai menduduki 16 pertama 8 atau kata-kata dari memori (misalnya ICL 1900, DEC PDP-10).. Ini berarti bahwa tidak perlu bagi yang terpisah “Tambahkan register untuk mendaftarkan” instruksi – Anda hanya bisa menggunakan “menambahkan memori untuk mendaftar” instruksi. Dalam kasus model awal PDP-10, yang tidak memiliki memori cache, Anda benar-benar dapat memuat sebuah loop dalam ketat ke dalam beberapa kata pertama dari memori (register cepat sebenarnya), dan berjalan lebih cepat daripada di memori inti magnetik. Kemudian model dari DEC PDP-11seri memetakan register ke alamat di output / area input, tetapi ini ditujukan untuk memungkinkan diagnostik terpencil. register 16-bit dipetakan ke alamat berturut-turut byte 8-bit.

• Index.

Indexing adalah field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

• Merupakan kebalikan dari mode base register
• Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing
• Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program iteratif

• Base index.

Base index, register yang direferensi berisi sebuah alamat memori, dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu. Referensi register dapat eksplisit maupun implicit. Memanfaatkan konsep lokalitas memori.

• Base index plus offset.

Offset biasanya nilai 16-bit masuk (walaupun 80386 diperluas ke 32 bit). Jika offset adalah nol, ini menjadi contoh dari register pengalamatan tidak langsung, alamat efektif hanya nilai dalam register dasar. Pada mesin RISC banyak, register 0 adalah tetap sebesar nilai nol. Jika register 0 digunakan sebagai register dasar, ini menjadi sebuah contoh dari pengalamatan mutlak.. Namun, hanya sebagian kecil dari memori dapat diakses (64 kilobyte, jika offset adalah 16 bit).

16-bit offset mungkin tampak sangat kecil sehubungan dengan ukuran memori komputer saat ini (yang mengapa 80386 diperluas ke 32-bit).. Ini bisa lebih buruk: IBM System/360 mainframe hanya memiliki 12-bit unsigned offset. Namun, prinsip berlaku: selama rentang waktu yang singkat, sebagian besar item data program ingin mengakses cukup dekat satu sama lain. Mode pengalamatan ini terkait erat dengan mode pengalamatan terindeks mutlak. Contoh 1: Dalam sebuah sub rutin programmer terutama akan tertarik dengan parameter dan variabel lokal, yang jarang akan melebihi 64 KB, yang satu basis register (yang frame pointer) sudah cukup. Jika rutin ini adalah metode kelas dalam bahasa berorientasi objek, kemudian register dasar kedua diperlukan yang menunjuk pada atribut untuk objek saat ini (ini atau diri dalam beberapa bahasa tingkat tinggi). Contoh 2: Jika register dasar berisi alamat dari sebuah tipe komposit (record atau struktur), offset dapat digunakan untuk memilih field dari record (catatan paling / struktur kurang dari 32 kB).

• Relatif.

Pengalamatan Relative, register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC). Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat. Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya.

III.DESAIN SET INSTRUKSI.

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangatkomplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

1. Kelengkapan set instruksi
2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas :

• source code compatibility
• Object code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

1. Operation Repertoire

Berapa banyak dan operasiapa saja yang disediakan, dan berapa sulito perasinya.

2. Data Types

Tipe/jenis data yang dapat olah.

3. Instruction Format

Panjangnya, banyaknya alamat,dsb.

4. Register

Banyaknya register yang dapat digunakan

Referensi :

https://sekaranindya.wordpress.com/2013/10/29/set-instruksi/

http://fachrulryper.blogspot.com/2012/11/arsitektur-set-instruksi-dan-cpu.html

Organisasi Komputer Dasar

Komputer pada masa kini dapat membantu kita dalam banyak hal. Seperti yang kita kenal sebuah komputer modern dapat memproses suatu informasi dengan mudah sesuai dengan keinginan kita. Namun sebuah komputer tidak bekerja hanya dengan satu perangkat keras saja. Komputer sebenarnya sebuah satu kesatuan sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras yang terpisah yang memiliki tugasnya masing – masing. Dan jika keseluruhan sistem tersebut terpenuhi barulah sebuah komputer dapat menjalakan kumpulan instruksi yang diberikan untuk memproses suatu informasi.

Satu kesatuan sistem tersebut terdiri dari beberapa modul perangkat keras yaitu register, elemen aritmatika dan logika, unit pengedali, unit memori, dan juga unit masukan atau keluaran. Dan sistem tersebut dapat membentuk satu kesatuan komputer. Selanjutnya komputer dapat dibagi menjadi 3 bagian utama diantaranya :

1.      Unit pengolahan pusat (CPU)

2.      Unit masukan/keluaran(I/O)

3.     Unit memori

Struktur Komputer

Komputer dengan sistem yang kompleks dapat terdiri dari banyak komponen elektronik dasar. Semua memiliki fungsi khususnya masing- masing dan dapat saling berhubungan. Dengan begitu struktur suatu komputer perlu untuk saling terhubung. Struktur dari tiga  bagian utama suatu sistem komputer juga memiliki peranannya masing – masing dan terhubung satu sama lain.

1.    Central Processing Unit (CPU)

Unit ini merupakan pusat dari suatu struktur komputer. CPU memiliki tugas untuk mengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi – fungsi pengolahan data. Unit ini biasa disebut processor.

Didalam unit ini terdiri dari beberapa bagian utama diantaranya :

a)      Control Unit : Bekerja sebagai pengontrol operasi CPU itu sendiri dan pengontol komputer.

b)     Arithmetic Logic Unit (ALU) : Didalamnya terdapat fungsi – fungsi untuk pengolahan data komputer.

c)      Registers : Merupakan penyimpanan internal bagi CPU.

d)     CPU interconnection : Sejumlah mekanisme komunikasi antara Control Unit, ALU, dan Registers.

2.    Unit Memori

Unit ini merupakan media penyimpanan utama dari sebuah komputer. Di dalam unit ini tersimpan berbagai data yang telah diolah maupun yang akan diolah oleh komputer. Memori pada komputer dapat dibagi menjadi dua yaitu memori utama dan memori sekunder.

Memori utama digunakan sebagai akses data cepat oleh processor dan tidak berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan data. Terdapat dua klasifikasi pada memori utama yaitu Read Only Memory (ROM) dan Random Access Memory (RAM).

Read Only Memory (ROM) merupakan jenis memori yang isinya tidak hilang saat komputer mati (non folatile). Pada awalnya memori ini hanya bisa dibaca saja, tidak bisa dihapus dan kontennya sudah diisi oleh pabrik pembuatnya. Saat komputer dinyalakan, sebagaian konten (instruksi) yang ada di ROM ini akan dipindahkan ke RAM. Instruksi-instruksi yang ada di ROM diantaranya adalah instruksi untuk membaca sistem operasi, memeriksa semua komponen dari sistem dan menampilkan pesan di layar.

Random Access Memory (RAM) merupakan tempat penyimpanan sementara komputer saat beroperasi dan dapat diakses secara acak (random). RAM berisi intruksi – instruksi dan data yang sedang diijalankan oleh komputer.Memori yang terdapat didalam RAM dapat diubah sesuai dengan instruksi yang sedang berjalan dan memori ini bersifat folatile. Fungsi utama RAM adalah mempercepat pemrosesan data karena dapat disimpan dan diambil kembali dengan sangat cepat.

Sedangkan pada memori sekunder digunakan sebagai perangkat penyimpanan skala besar untuk menyimpan data dan program secara permanen. Data maupun program yang tersimpan di memori sekunder ini tetap ada dan tidak akan hilang meskipun komputer mati (non folatile). Contoh dari memori jenis ini pada komputer adalah Harddisk Drive.

3.    Unit Keluaran dan Masukan (I/O)

Suatu sistem komputer yang sudah berjalan perlu terhubung dengan penggunanya itu sendiri yaitu manusia, disinilah unit keluaran dan masukan akan berperan penting. Suatu hasil kerja komputer tidak akan berguna jika masil pengolahan datanya tidak dapat terlihat maupun dirasakan oleh penggunanya. Begitu juga sebaliknya, sebuah komputer bekerja bedasarkan keinginan penggunanya maka dari dibutuhkan suatu unit masukan.

Unit masukan disini akan menerjemahkan apa yang di inginkan pengguna pada suatu sistem komputer. Unit ini berupa perangkat keras yang digunakan sebagai media memasukan data dan juga menjalakan perintah – perintah dalam komputer. Beberapa contoh perangkat keras unit masukan adalah keyboard, scanner, dan mouse.

Beda halnya dengan unit keluaran, perangkat ini akan menerjemahkan suatu hasil pengolahan komputer menjadi bentuk lain yang mudah di mengerti pengguna seperti gambar, suara, ataupun dalam bentuk fisik seperti hasil print. Unit keluaran ini yang akan menjadi penyedia hasil olahan suatu sistem komputer. Perangkat keras keluaran yang biasa gunakan yaitu monitor, speaker dan juga printer.

Referensi :

• Oky Dwi Nurhayati, ST, MT, Organisasi Komputer dan Perkembangannya, Universitas Diponegoro, 2010
• Imam Purwanto, S.Kom, MMSI dkk., eBook Organisasi Komputer Dasar, Universitas Gunadarma,2013
• https://ardidwisopiyan.wordpress.com/2018/10/18/organisasi-komputer-dasar/  (diakses pada 18 Oktober 2018)

Evolusi Arsitektur Komputer

Komputer modern yang kita gunakan pada saat ini telah mengalami perubahan yang sangat panjang. Dari awal terciptanya ide dibuatnya komputer, komputer telah melalui banyak kemajuan yang amat mempengaruhi perkembangan manusia. Perkembangan komputer sangat pesat sejak akhir tahun 1940-an, ketika John Atanasoff dari Iowa State University menciptakan komputer digital elektronik yang digunakan secara khusus, yaitu ABC (Burks and Burks, 1988: Mollenhoff, 1988).

Komputer generasi pertama adalah komputer jenis mesin laboratorium dan diantaranya adalah ENIAC (Burks and Burks, 1981), EDV AC, EDSAC (Samuel, 1957), dan Mark-I. J. Presper Eckert dan John Mauchly merancang dan membuat ENIAC, yang bukan merupakan komputer penyimpan program, dan mereka juga mengerjakan perancangan EDSAC, yang semuanya dikerjakan di Moore School of the University of Pennsylvania. John von Neumann adalah konsultan untuk proyek ENIAC tersebut dan ia juga memberikan kontribusi pada rancangan EDV AC. Maurice Wilkes, yang juga bekerja pada proyek EDV AC ini, kembali ke Inggris dan merancang EDSAC, yang ia bangun di Mathematical Laboratory pada University of Cambridge (Wilkes, et aI., 1951). Sementara itu, Howard Aiken mengembangkan Mark-I dan turunannya, yaitu Mark-II, Mark-III, dan Mark-IV di Harvard University. Pada pertengahan tahun 1940-an, von Neumann dan para koleganya (Burks, et aI., 1946), dengan mengikuti proyek ENIAC, menemukan berbagai inovasi arsitektur dan para perancang segera mengambil ide darinya tersebut untuk diterapkan pada mesin mereka yang bam, seperti IAS pada Princeton’s Institute of Advanced Studies.

Perkembangan yang terjadi biasanya arsitektur komputernya itu sendiri yang banyak mengalami perubahan. Dan beberapa faktor yang menentukan keberhasilan suatu perkembangan arsitektur komputer adalah :

a)      Manfaat arsitektural

b)     Kinerja sistem

c)      Biaya produksi sistem

Arsitektur komputer itu sendiri merupakan rancangan desain komputer yang meliputi set instruksi, komponen hardware, dan organisasi atau susunan sistemnya. Terdapat dua bagian pokok dalam arsitektur komputer yaitu instruction-set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi dan hardware-system architecture (HSA)/ arsitektur sistem hardware.

ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi dengan komputer. HSA berkaitan dengan subsistem hardware utama komputer seperti Central Processing Unit (CPU), sistem penyimpananan, dan Input/Output (I/O).

Klasifikasi Arsitektur Komputer

1.    Arsitektur Von Neumann

Merupakan komputer stored-program (program tersimpan). Sistem memori utama menyimpan program yang mengontrol operasinya, dan komputer dapat mengubah programnya sendiri untuk menambah atau mengurangi data lain yang ada di dalam memori. Sebagian besar komputer menggunakan arsitektur ini. Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama: Unit Aritmatika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian ini dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”.

 

2.    Arsitektur RISC

RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil dan berfungsi untuk negeset istruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya. Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau “Komputasi set instruksi yang disederhanakan” pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson,pengajar pada University of California di Berkely.

RISC, yang jika diterjemahkan berarti “Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan”, merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor.

Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

3.    Arsitektur CISC

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC) “Kumpulan instruksi komputasi kompleks”) adalah sebuah arsitektur dari set instruksi dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memory, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik”, yaitu bagaimana cara untuk membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi “level tinggi” seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik CISC yg “sarat informasi” ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.

Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor prosesor sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan penyimpanan/pengambilan data dari RISC).

4.    Arsitektur Blue – Gene

Blue Gene adalah sebuah arsitektur komputer yang dirancang untuk menciptakan beberapa superkomputer generasi berikut, yang dirancang untuk mencapai kecepatan operasi petaflop (1 peta = 10 pangkat 15), dan pada 2005 telah mencapai kecepatan lebih dari 100 teraflop (1 tera = 10 pangkat 12). Blue Gene merupakan proyek antara Departemen Energi Amerika Serikat (yang membiayai projek ini), industri (terutama IBM), dan kalangan akademi. Ada lima projek Blue Gene dalam pengembangan saat ini, di antaranya adalah Blue Gene/L, Blue Gene/C, dan Blue Gene/P.

Komputer pertama dalam seri Blue Gene. Blue Gene/L dikembangkan melalui sebuah “partnership” dengan Lawrence Livermore National Laboratory menghabiskan biaya AS$100 juta dan direncanakan dapat mencapai kecepatan ratusan TFLOPS, dengan kecepatan puncak teoritis 360 TFLOPS. Ini hampir sepuluh kali lebih cepat dari Earth Simulator, superkomputer tercepat di dunia sebelum Blue Gene. Pada Juni 2004, dua prototipe Blue Gene/L masuk dalam peringkat 500 besar superkomputer berada dalam posisi ke-4 dan ke-8.

Evolusi Generasi Komputer

1.    Generasi Pertama ( 1943 – 1956 )

Komputer generasi pertama menggunakan Vacuum Tube (tabung vakum) untuk sirkuit dan drum magnetik untuk memori, dan sering kali berukuran sangat besar mencapai seluruh ruang bagunan. Komputer generasi ini membutuhkan biaya yang sangat mahal untuk dibeli dan dioperasikan. Selain itu, komputer generasi pertama juga menggunakan banyak listrik dan menimbulkan panas berlebihan yang sering menjadi penyebab kerusakan.

Untuk melakukan operasi, komputer mengandalkan bahasa mesin, bahasa pemrograman tingkat terendah yang dipahami oleh komputer dan hanya bisa memecahkan satu masalah pada satu waktu, dan bisa membutuhkan beberapa hari atau beberapa minggu untuk set-up masalah baru. Input berdasarkan pada punched card (kartu punch) dan paper tape (pita kertas), dan Output ditampilkan pada printout (cetakan).

Contoh generasi komputer yang pertama adalah UNIVAC dan ENIAC. UNIVAC merupakan komputer komersial pertama yang dikirim ke klien bisnis, AS Biro Sensus pada tahun 1951.

2.    Generasi Kedua ( 1956 – 1963 )

Transistor menggantikan Vacuum Tube dan mengantar generasi komputer ke generasi kedua. Transistor ditemukan pada tahun 1947, namun tidak digunakan secara luas pada komputer hingga akhir tahun 1950-an.Transistor jauh lebih unggul dibandingkan dengan Vacuum Tube, dengan menggunakan transistor, komputer menjadi lebih kecil, lebih cepat, lebih murah, lebih hemat energi dan lebih handal dari generasi pendahulunya.

Meskipun transistor masih menghasilkan banyak panas yang dapat merusak komputer, namun hal itu merupakan kemajuan besar bila dibandingkan dengan Vacuum Tube. Komputer generasi kedua masih mengandalkan punched card untuk input dan printout untuk output.

Komputer generasi kedua bergeser dari sandi bahasa mesin biner (binary machine language) ke bahasa simbolik atau rakitan (assembly language), yang memungkinkan programmer untuk menentukan instruksi dalam kata-kata. Bahasa pemrograman tingkat tinggi juga sedang berkembang saat itu, seperti versi awal COBOL dan FORTRAN. Komputer generasi ini juga merupakan komputer pertama yang menyimpan instruksi-intruksi pada memorinya, yang mana penggunaan memori juga berubah dari drum magnetik ke teknologi inti magnetik.

Komputer pertama pada generasi komputer yang kedua dikembangkan untuk industri energi atom.Contoh komputer generasi kedua diantaranya IBM 7094 series, IBM 1400 series and CDC 164, dll.

3.    Generasi Ketiga ( 1964 – 1971 )

Perkembangan integrated circuit merupaka ciri khas dari komputer generasi ketiga. Ukuran transistor dibuat lebih kecil dan diletakkan pada chip silikon (disebut semikonduktor), yang secara drastis meningkatkan kecepatan dan efisiensi komputer.

Bukannya punched card dan printout, tetapi pengguna berinteraksi dengan komputer generasi ketiga melalui keyboard dan monitor dan dihubungkan dengan sistem operasi, yang memungkinkan perangkat untuk menjalankan berbagai aplikasi yang berbeda pada satu waktu dengan sebuah program utama yang memonitor memori.

Pada generasi komputer yang ketiga ini, Komputer untuk pertama kalinya bisa diakses oleh masyarakat karena memiliki ukuran yang lebih kecil dan harga yang lebih murah dari generasi pendahulunya. Contoh komputer generasi ketiga adalah IBM 370, IBM System/360, UNIVAC 1108 dan UNIVAC AC 9000.

4.    Generasi Empat ( 1971 – Sekarang )

Komputer generasi keempat dimulai dengan penemuan Microprocessor. Microprocessor berisi ribuan IC (integrated circuit). Ted Hoff memproduksi microprocessor pertama pada tahun 1971 untuk Intel yang dikenal sebagai Intel 4004. Dengan diciptakannya microprocessor, ukuran komputer menjadi jauh lebih kecil dibandingkan dengan tiga generasi komputer sebelumnya.

Pada tahun 1981 IBM memperkenalkan komputer pertama untuk pengguna rumah, dan pada tahun 1984 Apple memperkenalkan Macintosh.

Karena komputer-komputer yang berukuran kecil ini menjadi lebih kuat, mereka bisa dihubungkan bersama untuk membentuk sebuah jaringan, yang akhirnya menuntun ke perkembangan Internet. Generasi komputer yang keempat juga menjumpai perkembangan GUI (Graphical User Interface), mouse dan perangkat genggam. Contoh komputer generasi keempat adalah Apple Macintosh dan Personal Computer IBM.

Referensi :

• Suryadi, HS., Seri Diktat Kuliah : Pengantar Arsitektur Komputer, Gunadarma, 1994
• https://www.jejakwaktu.com/generasi-komputer/  (diakses pada 18 Oktober 2018)
• Oky Dwi Nurhayati, ST, MT, Organisasi Komputer dan Perkembangannya, Universitas Diponegoro, 2010