Arsitektur Komputer

Arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer . Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU  akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache , RAM , ROM , cakram keras , dll).

Tingkatan Dalam Arsitektur Komputer

Ada sejumlah tingkatan dalam konstruksi dan organisasi sistem komputer. Perbedaan paling sederhana diantara tingkatan tersebut adalah perbedaan antara hardware dan software.

• Tingkatan Dasar Arsitektur Komputer.

Pada tingkatan ini Hardware sebagai tingkatan komputer yang paling bawah dan paling dasar, dimana pada hardware ini “layer” software ditambahkan. Software tersebut berada di atas hardware, menggunakannya dan mengontrolnya. Hardarwe ini mendukung software dengan memberikan atau menyediakan operasi yang diperlukan software.

• Multilayerd Machine.

Tingkatan dasar arsitektur komputer kemudian dikembangkan dengan memandang sistem komputer keseluruhan sebagai “multilayered machine” yang terdiri dari beberapa layer software di atas beberapa layer hardware.

1.  CPU (Central processing Unit), yang mengendalikan semua unit sistem komputer yang lain dan mengubah input menjadi output. Primary storage (penyimpanan primer), berisi data yang sedang diolah dan program. Control unit (unit pengendalian), membuat semua unit bekerja sama sebagai suatu sistem. Aritmatika and logical Unit, tempat berlangsungnya operasi perhitungan matematika dan logika.
2. Unit Input, memasukkan data ke dalam primary storage.
3.  Secondary storage (penyimpanan sekunder), menyediakan tempat untuk menyimpan program dan data saat tidak digunakan.
4. Unit Output, mencatat hasil pengolahan

 PERALATAN INPUT

Perangkat input merupakan peralatan yang dapat digunakan untuk menerima data yang akan diolah ke dalam komputer. Perangkat ini yang digunakan oleh pengguna untuk melakukan interaksi dengan komputer agar komputer melaksanakan perintah yang diberikan oleh penggunanya. Prinsip kerja yang dilakukan perangkat input adalah merubah perintah yang dapat dipahami oleh manusia kepada bentuk yang dipahami oleh komputer (machine readable form), ini berarti mengubahkan perintah dalam bentuk yang dipahami oleh manusia kepada data yang dimengerti oleh komputer yaitu dengan kode-kode binary (binary encoded information).

 PEMROSESAN PUSAT DAN PENYIMPANAN SEKUNDER

CPU atau satuan merupakan tempat pemrosesan instruksi-instruksi program. Pada komputer mikro, processor ini disebut  microprocessor. CPU terdiri dari dua bagian utama, yaitu unit kendali ( control unit) dan unit Aritmatika dan logika (arithmethic logic unit). Disamping dua bagian utama tersebut, CPU mempunyai beberapa simpanan yang berukuran kecil yang disebut register.

Penyimpanan sekunder (secondary storage)

Penyimpanan sekunder (juga dikenal sebagai memori eksternal atau penyimpanan tambahan), berbeda dari penyimpanan utama dalam hal itu tidak langsung dapat diakses oleh CPU. Komputer biasanya menggunakan input / saluran output untuk mengakses penyimpanan sekunder dan transfer data yang diinginkan dengan menggunakan daerah menengah dalam penyimpanan utama. Penyimpanan sekunder tidak kehilangan data bila perangkat dimatikan-itu adalah non-volatile. Per unit, itu biasanya juga dua lipat lebih murah dari penyimpanan utama. Akibatnya, sistem komputer modern biasanya memiliki dua perintah besarnya lebih penyimpanan sekunder dari penyimpanan primer dan data disimpan untuk waktu yang lebih lama disana.

 PERALATAN OUTPUT

Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menampilkan keluaran sebagai hasil pengolahan data. Keluaran dapat berupa hard-copy (ke kertas), soft-copy (ke monitor), ataupun berupa suara.

Output yang dihasilkan dari pemroses dapat digolongkan menjadi empat bentuk, yaitu tulisan (huruf, angka, simbol khusus), image (dalam bentuk grafik atau gambar), suara, dan bentuk lain yang dapat dibaca oleh mesin (machine-readable form). Tiga golongan pertama adalah output yang dapat digunakan langsung oleh manusia, sedangkan golongan terakhir biasanya digunakan sebagai input untuk proses selanjutnya dari komputer.

Peralatan output dapat berupa:

§  Hard-copy device, yaitu alat yang digunakan untuk mencetak tulisan dan image pada media keras seperti kertas atau film.

§  Soft-copy device, yaitu alat yang digunakan untuk menampilkan tulisan dan imagepada media lunak yang berupa sinyal elektronik.

§  Drive device atau driver, yaitu alat yang digunakan untuk merekam simbol dalam bentuk yang hanya dapat dibaca oleh mesin pada media seperti magnetic disk atau magnetic tape. Alat ini berfungsi ganda, sebagai alat output dan juga sebagai alat input.

Mikroprosesor

Mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai otak/pengolah utama dalam sebuah sistem komputer. Mikroprosesor merupakan hasil dari pertumbuhan semikonduktor. Prosesor adalah chip yang sering disebut “Microprosessor” yang sekarang ukurannya sudah mencapai gigahertz. Ukuran tersebut adalah hitungan kecepatan prosesor dalam mengolah data atau informasi. Merk prosesor yang banyak beredar dipasatan adalah AMD, Apple, Cyrix VIA, IBM, IDT, dan Intel.

Pertama kali Mikroprosesor dikenalkan pada tahun 1971 oleh Intel Corp, yaitu Mikroprosesor Intel 4004 yang mempunyai arsitektur 4 bit. Dengan penambahan beberapa peripheral (memori, piranti I/O, dsb) Mikroprosesor 4004 di ubah menjadi komputer kecil oleh intel. Kemudian mikroprosesor ini di kembangkan lagi menjadi 8080 (berasitektur 8bit), 8085, dan kemudian 8086 (berasitektur 16bit).

Karakteristik Mikroprosesor

Berikut adalah karakteristik penting dari mikroprosesor:

1. Ukuran bus data internal (internal data bus size): Jumlah saluran yang terdapat dalam mikroprosesor yang menyatakan jumlah bit yang dapat ditransfer antar komponen di dalam mikroprosesor.
2. Ukuran bus data eksternal (external data bus size): Jumlah saluran yang digunakan untuktransfer data antar komponen antara mikroprosesor dan komponen-komponen di luar mikroprosesor.
3. Ukuran alamat memori (memory address size): Jumlah alamat memori yang dapat dialamati oleh mikroprosesor secara langsung.
4. Kecepatan clock (clock speed): Rate atau kecepatan clock untuk menuntun kerja mikroprosesor.
5.  Fitur-fitur spesial (special features): Fitur khusus untuk mendukung aplikasi tertentu seperti fasilitas pemrosesan floating point, multimedia dan sebagainya.

Faktor lain yang mempengaruhi kecepatan adalah :

• Dual-Core mampu memproses beberapa aplikasi secara paralel. Dengan Hyper-Threading, beberapa tugas dijalankan melalui satu arus, tapi dengan dual-core, tugas-tugas ini dipisah menjadi dua arus dan tiap arus diproses sendiri-sendiri.
•  Hyper-Threading (HT) memungkinkan 2 pekerjaan untuk dijalankan pada saat yang sama (paralel). Dengan HT, anda bisa menjalankan beberapa aplikasi sekaligus tanpa merasakan lagging/lamban.
• L2 Cache: memori kecepatan tinggi tempat menyimpan data yang sering dipakai oleh CPU. RAM juga memori tetapi aksesnya lebih lamban. PC dengan L2 Cache yang besar memungkinkan lebih banyak data yang bisa diakses dari memori ini sehingga keseluruhan sistem bekerja lebih cepat. Cache ini disebut juga secondary cache dan mempunyai chip sendiri; sedangkan primary cache biasanya didalam CPU itu sendiri. Ukurang cache ada yang 512Kb sampai 2Mb atau lebih.
• Front Side Bus: Mempengaruhi kecepatan data transfer dari CPU ke RAM dan graphics card dan sebaliknya. PC dengan FSB yang tinggi cocok untuk games dan digital media.
• Execute Disable Bit: Menurunkan ancaman sekuriti dari virus seperti memory buffer overflow dimana aplikasi anti-virus tidak bisa menanggulangi.
• Enhanced Intel SpeedStep: Menyediakan kemampuan yang maksimal jika diperlukan dan mengurangi jika tidak. Lebih sering dipakai di laptop atau notebook untuk mengirit penggunaan listrik dari baterai.
• Extended Memory 64 (64-bit): Sistem dengan 32-bit CPU mempunyai maksimum kapasitas 4GB untuk RAM. Untuk menjalankan aplikasi yang besar dan memerlukan memori lebih besar dari 4GB, data extra akan ditulis di hard-disk sehingga memperlambat prosesnya.

Jenis-jenis Processor :

• Socket, yaitu berbentuk kotak persegi yang terdapat pin (kaki) konektor.
• Slot, yaitu berbentuk batangan yang ditancapkan pada port yang khusus disediakan untuk processor model slot. Pada umumnya processor jenis slot banyak ditemukan untuk komputer Pentium II dan Pentium III.

Konsep CISC ( Complex Instruction Set Computing)

Pengertian

“ kumpulan instruksi komputasi kompleks " merupakan sebuah arsitektur dari set instruksi dimana setiap instruksi akanmenjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memory, operasiaritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuahinstruksi. Contoh-contoh prosesor CISC adalah System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola68000 , dan CPU AMD dan Intel x86. Karakteristik CISC yg "sarat informasi" inimemberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadirelatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.

Karakteristik 

•  Syarat informasi memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yamgdihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun1960) menjadi jauh lebih hemat.
•     Dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk mengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit)Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan.

Ciri-ciri 

1. Jumlah instruksi banyak.
2. Banyak terdapat perintah bahasa mesin.
3. Instruksi lebih kompleks.

Pendekatan CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Untuk tujuan contoh kita kali ini, sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang kita beri nama MULT.Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yag berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagihasilnya ke register yang benar.

Mengenai Konsep RISC (Reduce Introduction Set Computing)

Posting kali ini akan membahas tentang tugas ke-4 Matakliah softskill. Mengenai Konsep RISC (Reduce Introduction Set Computing), Konsep CISC ( Complex Instruction Set Computing, Prosesor Mikro dan Desai CPU.

Jika dilihat dari jenis set instruksinya, ada 2 jenis arsitektur komputer, yaitu:

1. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang rumit (Complex Instruction Set Computer = CISC).
2. Arsitektur komputer dengan kumpulan perintah yang sederhana (Reduced Instruction Set Computer = RISC).

Sejarah

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.

Arsitektur RISC memiliki beberapa karakteristik diantaranya :

1.      Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya kedalam register, dengan demikian instruksi mesin RISC tidak boleh lebih kompleks dan harus dapat mengeksekusi secepat mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC. Dengan menggunakan instruksi sederhana atau instruksi satu siklus hanya dibutuhkan satu mikrokode atau tidak sama sekali, instruksi mesin dapat dihardwired. Instruksi seperti itu akan dieksekusi lebih cepat dibanding yang sejenis pada yang lain karena tidak perlu mengakses penyimapanan kontrol mikroprogram saat eksekusi instruksi berlangsung.

2.    Operasi berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan store yang mengakses memor. Fitur   rancangan   ini menyederhanakan set instruksi sehingga menyederhanakan pula unit control. Keuntungan lainnya memungkinkan optimasi pemakaian register sehingga operand  yang  sering  diakses  akan  tetap  ada  dipenyimpan  berkecepatan tinggi. Penekanan pada operasi register ke register merupakan hal yang unik bagi perancangan RISC.

3.  Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi menggunakan  pengalamatan  register,.  Beberapa  mode  tambahan seperti pergeseran  dan  pe-relatif dapat  dimasukkan  selain  itu  banyak  mode kompleks dapat disintesis pada perangkat lunak dibanding yang sederhana,selain dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol.

4.  Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetapdan disesuaikan dengan panjang word. Fitur ini memiliki beberapa kelebihan karena dengan menggunakan field yang tetap pendekodean  opcode  dan pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersama-sama.

2.  Ciri-Ciri RISC

1.      Instruksi  berukuran tunggal

2.      Ukuran yang umum adalah 4 byte

3.      Jumlah pengalamatan data sedikit, biasanya kurang dari 5 buah.

4.  Tidak terdapat pengalamatan tak langsung yang mengharuskan melakukan sebuah akses memori agar memperoleh alamat operand lainnya dalam memori

5.      Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmatika, seperti penambahan ke memori dan penambahan dari memori.

6.      Tidak terdapat lebih dari satu operand beralamat memori per instruksi.

7.      Tidak mendukung perataan sembarang bagi data untuk operasi load/ store

8.   Jumlah maksimum pemakaian memori manajemen bagi suatu alamat data adalah sebuah instruksi .

9.      Jumlah bit bagi integer register spesifier sama dengan 5 atau lebih, artinya sedikitnya 32 buah register integer dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

10. Jumlah bit floating point register spesifier sama dengan 4 atau lebih, artinya sedikitnya 16 register floating point dapat direferensikan sekaligus secara eksplisit.

Beberapa  prosesor  implementasi  dari  arsiteketur  RISC  adalah  AMD 29000, MIPS R2000, SPARC, MC 88000, HP PA, IBM RT/TC, IBM RS/6000, intel i860, Motorola 88000 (keluarga Motorola), PowerPC G5.