Sistem Komputer secara Arsitektur dan Organisasi

-

SISTEM KOMPUTER

Sistem komputer adalah suatu jaringan elektronik yang terdiri dari perangkat lunak dan perangkat keras yang melakukan tugas tertentu (menerima input, memproses input, menyimpan perintah-perintah, dan menyediakan output dalam bentuk informasi). Selain itu dapat pula diartikan sebagai elemen-elemen yang terkait untuk menjalankan suatu aktivitas dengan menggunakan komputer.
Komputer dapat membantu manusia dalam pekerjaan sehari-harinya, pekerjaan itu seperti: pengolahan kata, pengolahan angka, dan pengolahan gambar.
Elemen dari sistem komputer terdiri dari manusianya (brainware), perangkat lunak (software), set instruksi (instruction set), dan perangkat keras (hardware). Dengan demikian komponen tersebut merupakan elemen yang terlibat dalam suatu sistem komputer.


STRUKTUR DAN FUNGSI SISTEM KOMPUTER


1. Fungsi dasar sistem komputer


Fungsi Operasi Pengolahan Data (Data Processing)
Komputer harus dapat memproses data. Representasi data di sini bermacam–macam, akan tetapi nantinya data harus disesuaikan dengan mesin pemrosesnya. Dalam pengolahan data.

 Fungsi Operasi Penyimpanan Data (Data Storage)
Komputer memerlukan unit penyimpanan sehingga diperlukan suatu fungsi Penyimpanan data. Walaupun hasil komputer digunakan saat itu, setidaknya komputer memerlukan media penyimpanan untuk data prosesnya.

 Fungsi Operasi Pemindahan Data (Data Movement
Dalam interaksi dengan dunia luar sebagai fungsi Pemindahan data diperlukan antarmuka (interface), proses ini dilakukan oleh unit Input/Output (I/O) dan perangkatnya disebut peripheral. Saat interaksi dengan perpindahan data yang jauh atau dari remote device,komputer melakukan proses komunikasi data.

 Fungsi Operasi Kontrol (Control)
Fungsi Pengendalian juga dilakukan oleh komputer, baik pengendalian internal dalam komputer itu sendiri maupun pengendalian eksternal , yaitu pengendalian peralatan lain.

Adapun gambar diagram fungsi dasar sistem komputer dapat dilihat sebagai berikut :





Ada 4 bagian pada gambar diagram fungsi dasar sistem komputer, yang diantaranya adalah :

Data Movement Apparatus merupakan “interface” untuk pemindahan data
Data Storage Facility merupakan unit penyimpan data
Data Processing Facility merupakan unit untuk pemrosesan data
Control Mechanism merupakan pengendali utama fungsi komputer

Adapun alur dari fungsi dasar sistem komputer tersebut ialah :



Data diambil dari Storage oleh Control 
Control memberikan ke bagian Processing untuk diolah
Hasil olahan pada bagian Processing kemudian disimpan kembali ke Storage sebagai sebuah “result”



Data diambil dari Data Movement Apparatus oleh Control 
Control memberikanya ke bagian Processing untuk diolah
Hasil olahan pada bagian Processing kemudian disimpan ke Storage sebagai sebuah “result” Sebaliknya, Data dari Storage diambil oleh control utk diolah, setelah itu hasilnya ke Data Movement Apparatus.



Data dari Data Movement Apparatus dipindahkan oleh Control untuk di “save” ke Memory Storage
Sebaliknya , data dari memory Storage dipindahkan oleh Control untuk di “write” ke Data Movement Apparatus.







Data yang berasal dari Data Movement Apparatus oleh Control kemudian di kirim kembali ke bagian Data Movement Apparatus yang lain .

2. Struktur Sistem Komputer


a. CPUControl Unit

CU atau Kontrol Unit merupakan salah satu bagian  CPU, CU bertugas untuk memberikan arahan / kendali / kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU bertugas untuk mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU. Pada 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).  
Pada hardware implementation control unit sebagai combinational circuit yang dibuat berdasarkan control signal yang akan dikeluarkan. Maka, setiap control signal memiliki rangkaian logika tertentu pada control unit yang dapat menghasilkan control signal yang dimaksud. Secara umum untuk metode ini digunakan PLA (programmable logic array) untuk merepresentasikan control signal.

Merinci isi Control Unit, akan terlihat bahwa komponen ini tersusun atas 3 komponen yang lebih kecil, yaitu:





Control Unit Recorder dan Decoder
Control unit Register and Decoders ialah register tempat meletakkan dan menerjemahkan instruksi. Instruksi yang dimaksud disini ialah instruksi yang dapat dimengerti oleh CPU diatasnya.

Control Memory
Control Memory ialah tempat terdapatnya program ataupun mikroprogram yang dapat menggerakkan proses sequencing sampai peletakkan dan penerjemahan instruksi.


b. Arithmetic Logic Unit

ALU merupakan bagian pengolah bilangan biner dari sebuah prosesor. ALU bertugas melakukan operasi-operasi  aritmatika  dan  logika  sesuai  dengan  instruksi  yang  diberikan.  ALU  juga merupakan salah satu bagian yang terpenting. Unit aritmetik logika (ALU) terdiri dari sirkuit elektronik  yang  membuatnya  mampu  melaksanakan  operasi  aritmatika  dan  logika.  Ia mengeksekusi  instruksi  dan  melakukan  perhitungan  (tambah,  kali,  kurang,  dan  bagi)  dan perbandingan.  ALU  bekerja  dengan  register  yang  berbeda  untuk  menyimpan  data  atau informasi  tentang  tindakan  terakhir  yang  dilakukan  oleh  unit  logika.  ALU  mampu membandingkan huruf, angka, atau karakter khusus. Komponen dari rangkaian logika pada ALU  adalah  gerbanggerbang  logika  AND,  OR,  XOR,  dan  NOT  yang  dihubungkan  pada multiplexer.  Selain  itu  juga  terdapat  juga  operasi  shifter  yang  komponen  dasarnya  adalah multiplexer. Komponen ALU mendapatkan masukan data dari register dan sinyal kontrol dari CU.  Untuk  operasi  ALU  dengan  dua  masukan,  diperlukan  dua  register  8-bit:  ACC (accumulator) untuk masukan pertama dan temp (register sementara) untuk masukan kedua. Hasil  dari  operasi  ALU  ini  adalah  data  8-bit  yang  kemudian  diteruskan  ke  register  untuk menyimpan  hasil  operasi  ini.  Selain  itu  juga  dihasilkan  flag  atau  bit  status.  Flag  ini  akan diteruskan  ke  register  yang  menyimpan  flag  hasil  dari  operasi  ALU.  Untuk  mempercepat pemrosesan  data  di  dalam  prosesor,  selain  CU  dan  ALU,  prosesor  juga  membutuhkan memori  dengan  kecepatan  yang  sama  dengan  prosesor.  Memori  khusus  yang diimplementasikan  pada  prosesor  ini  disebut  register.  Komponen  utama  penyusun  register adalah flip-flop.



c. Register

Bagian  CPU  berikutnya  adalah  register.  Register  merupakan  perangkat  memori  sementara yang  menyimpan  data.  Register  membantu  CPU  dalam  melaksanakan  instruksi.  Mereka dikelola oleh unit kontrol. Register berfungsi untuk tempat penyimpanan yang berisi data dan informasi  lainnya  yang  sering  dibutuhkan  ketika  sebuah  program  sedang  berjalan.  Register dimaksudkan untuk dapat diakses dengan sangat cepat. Yang termasuk register di antaranya adalah register uji dan instruksi. Register instruksi berisi instruksi CPU sedangkan register uji dimaksudkan untuk menyimpan hasil kerja yang dilakukan oleh CPU.

d. CPU Interconnection

CPU interconnection, 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  Ini merupakan contoh  Struktur Detail Internal CPU.




b. Memory Utama

Memori merupakan suatu istilah yang sangat umum dari suatu media yang lain yang dipakai untuk menyimpan sesuatu data ataupun informasi.
  • Berdasarkan letaknya memori dibagi menjadi dua bagian :
    • Internal Memory Device
      yaitu memori tempat data atau informasi yang akan segera dipakai oleh CPU untuk diproses.
      Contoh :
      • RAM merupakan suatu memori yang digunakan untuk penyimpanan data sementara dan pada memori ini dapat diisi, ditulis ataupun dibaca. Sifat utamanya VOLATIL ( isi dapat hilang karena aliran listrik ).
      • ROM merupakan suatu memori yang digunakan untuk penyimpanan data secara permanen. ROM ini tidak dapat diisi dengan data lain selain modul program yang diisi pada waktu pembuatan oleh pabrik. Sifat utamanya adalah NON VOLATIL.
    • External Memory Device
      yaitu memori tempat penyimpanan data yang tidak segera dipakai oleh CPU untuk diproses.
      Contoh : – Pemakaian media disk drive atau tape disk.

c. I/O (Input dan Output)

I/O adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus melalui suatu aliran data dari proses ke peranti (begitu pula sebaliknya). Fungsi i/o Pada dasarnya adalah mengimplementasikan algoritma I/O pada level aplikasi. Hal ini dikarenakan kode aplikasi sangat fleksible, dan bugs aplikasi tidak mudah menyebabkan sebuah sistem crash.



Port I/O yang berarti gerbang konektor Input/Output pada komputer, seperti pada keyboard, mouse paralel/serial ataupun USB menyediakan koneksi untuk piranti eksternal seperti kamera digital, printer dan scanner. Unit Input/Output (I/O) adalah bagian dari sistem mikroprosesor yang digunakan oleh mikroprosesor itu untuk berhubungan dengan dunia luar.




Unit input adalah unit luar yang digunakan untuk memasukkan data dari luar ke dalam mikroprosesor ini, contohnya data yang berasal dari keyboard atau mouse. Sedangkan unit output biasanya digunakan untuk menampilkan data, atau dengan kata lain untuk menangkap data yang dikirimkan oleh mikroprosesor, contohnya data yang akan ditampilkan pada layar monitor atau printer.




Bagian input (masukan) dan juga keluaran (output) ini juga memerlukan sinyal kontrol, antara lain untuk baca I/O (Input/Ouput Read [IOR]) dan untuk tulis I/O (Input/Output Write [IOW]). berikut ini adalah mekanisme kerja I/O.





d. Struktur Interkoneksi

Struktur interkoneksi adalah suatu kumpulan jalan atau saluran berbagai modul seperti CPU, memori dan I/O. Struktur interkoneksi tergantung pada jenis data dan karakteristik pertukaran data.

Modul Komputer.
a. Memori
Pada umumnya, memori terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing–masing word diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat dibaca maupun ditulis pada memori dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat

Gambar 1: Memori


b. CPU
CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine–routine program yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruh sistem komputer sehingga sebagai konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem komputer

Gambar 2 : CPU


c. Modul I/O

Operasi modul I/O adalah pertukaran data dari dan ke dalam komputer. Berdasakan pandangan internal, modul I/O dipandang sebagai sebuah memori dengan operasi pembacaan dan enulisan. Seperti telah dijelaskan pada bab 6 bahwa modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat peripheral. Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt

Gambar 3 : Modul i/o



d.Processor
Prosesor membaca dalam instruksi dan data, menulis data setelah keluar pengolahan, dan menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan keseluruhan sistem operasi. Juga menerima sinyal interupt.

Dari  jenis  pertukaran  data  yang  diperlukan  modul  –  modul  komputer,  maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut :
a. Memori ke CPU. CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.
b. CPU ke Memori. CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.
c. I/O ke CPU. CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.
d. CPU ke I/O. CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.
e. I/O ke Memori atau dari Memori ke I/O digunakan pada sistem DMA. 


Interkoneksi Bus
Bus  merupakan  lintasan  komunikasi  yang  menghubungkan  dua  atau  lebih  komponen  komputer. Karakteristik utama dari bus yaitu sebagai media  transmisi  yang  dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya. Karena  digunakan  bersama,  diperlukan  pengaturan  agar  tidak  terjadi  tabrakan  data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan scara bersamaaan, dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu :
  • Saluran data
  • Saluran alamat
  • Saluran kontrol


 

Gambar 4 : Pola Interkoneksi

Saluran Data

Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.
Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.
Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit

Saluran Alamat (Address Bus)

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

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

Saluran kontrol (Control Bus)
Digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada.
Karena bus data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu mekanisme kerja yang dikontrol melalui bus kontrol ini.
Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas

  • Sinyal pewaktuan adalah Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat
  • Sinyal–sinyal perintah adalah Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi

Prinsip Operasi Bus

  1. Meminta penggunaan bus.
  2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju

Hierarki Multiple Bus
Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja
Faktor – faktor :

  1. Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
  2. Antrian penggunaan bus semakin panjang.
  3. Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Gambar 5 : Arsitektur bus jamak tradisional 


Arsitektur bus jamak

          Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.

Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/O diklasifikasikan menjadi dua,

  • Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi
  • Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula,
Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi

 
Gambar 6 : Arsitektur bus jamak kinerja tinggi


Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi

  1. Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor
  2. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus 



3.Contoh Eksekusi Program


 
Gambar 7 : Contoh eksekusi program


         Pada contoh eksekusi diatas siklus instruksi dengan langkah langkahnberikut:
Mengambil (fetch) instruksi ADD,  Membaca isi lokasi memori A ke dalam prosesor,  Membaca  isi lokasi memori B ke dalam prosesor, agar isi A tidak hilang prosesor harus memiliki  sedikitnya dua buah register untuk menyimpan nilai-nilai memori dibanding akumulator tunggal, Menambahkan kedua nilai-nilainya,  Menuliskan hasilnya dari prosesor ke lokasi memori A.
Jadi, siklus eksekusi untuk instruksi tertentu boleh melibatkan lebih dari satu referensi ke memori, juga suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

 Langkahnya sebagai berikut :
  1. Kontrol  unit mengambil data 1940 di main memory dengan alamat 300 di taruh di cpu register dengan dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300
  2. Kemudian control  unit mengambil data 0003 di main memory dengan alamat940 di taruh di accumulator dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300.
  3. Control unit mengambil data 5941 di main memory dengan alamat 301 dan di replace di cpu register dgn pc counter berisikan alamat instruksi 301.
  4. Pada accumulator data 0003 di tambah dengan data 0002 di alamat 941 sehingga jumlah data menjadi 0005 di accumulator dgn pc  counter beralamatkan instruksi  301.
  5. Kemudian data 2941 di main memory dgn alamat 302 oleh control unit akan di kirim ke cpu register pc counter berisikan alamat instruksi 302.
  6. Kemudian dari accumulator oleh control unit data 0005 di bawa ke main memory ke alamat 941 data di replace yang tadinya 0002 menjadi 0005 dengan pc counter alamat instruksi 302.

sumber :

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Evolusi Komputer dari Masa ke Masa

-
Gambar
1.      Komputer Generasi Pertama (1946-1959) Sejarah komputer generasi pertama yaitu digital elektronik atau bisa di sebut dengan ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator). Program pada ENIAC, sudah di rancang pada tahun 1942, dan baru mulai di kerjakan pada tahun 1943 oleh John Presper Eckert dan Dr. John W. Mauchly di Moore School of Electrical Engineering (University of Pennsylvania) dan selesai pada tahun 1946. Bentuk program ENIAC berukuran sangat besar, dalam penempatan program tersebut membutuhkan ruang sebesar 500m2. ENIAC memakai 18.000 tabung hampa udara, serta 75.000 relay dan saklar, 10.000 kapasitor dan menggunakan 70.000 resistor. Ketika mulai dioperasikan, ENIAC membutuhkan daya listrik yang sangat besar yaitu 140 kilowatt. Dengan berat mesin lebih dari 30 ton, dan sangat memakan banyak ruangan 167 m2. Pada pertengahan tahun 1940-an, John Von Neumann (1903-1957) bergabung bersama tim University Of Pennysylvania. D...
Baca selengkapnya