ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER

Komputer merupakan perangkat elektronik yang sudah tidak asing lagi di kalangan anak-anak hingga orang dewasa, tentunya dengan tingkat pemahaman dan penggunaan yang berbeda-beda.  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”.

A. Organisasi 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.

B. Arsitektur Komputer

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.

C. CPU (Central Prosessing Unit)

Unit Pengolah Pusat atau CPU (Central processing Unit) berperan untuk memproses perintah yang diberikan oleh pengguna komputer, mengelolanya bersama data-data yang ada di komputer. Unit atau peranti pemprosesan juga akan berkomunikasi dengan peranti input , output dan storage untuk melaksanakan instruksi yang saling terkait.

Dalam arsitektur von Neumann yang asli, ia menjelaskan sebuah Unit Aritmatika dan Logika, dan sebuah Unit Kontrol. Dalam komputer-komputer modern, kedua unit ini terletak dalam satu sirkuit terpadu (IC – Integrated Circuit), yang biasanya disebut CPU (Central Processing Unit).

Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yang melakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan, pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), dan pelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untuk kesetaraan). Pada unit inilah dilakukan “kerja” yang sebenarnya.

Unit kontrol menyimpan perintah saat ini yang dilakukan oleh komputer, memerintahkan ALU untuk melaksanaan dan mendapatkan kembali informasi (dari memori) yang diperlukan untuk melaksanakan perintah itu, dan memindahkan kembali hasil ke lokasi memori yang sesuai. Unit ini berfungsi mengontrol pembacaan instruksi program komputer.

D.  Memori

Memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte, yang ukurannya mencapai ratusan,  ribuan,atau bahkan jutaan. Setiap word atau bytemempunyai alamat tersendiri. Main memory berfungsi sebagai tempat penyimpanan yang akses datanya digunakan oleh CPU atau perangkat I/O.  Main-memory termasuk tempat penyimpanan data yang sementara (volatile), artinya data dapat hilang begitu sistem dimatikan. Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan manajemen memori seperti: menjaga track dari memori yang sedang digunakan dan siapa yang menggunakannya; memilih program yang akan di-load ke memori; dan mengalokasikan dan mendealokasikan memoryspace sesuai kebutuhan. Main memory dapat dibayangkan sebagai kumpulan kotak-kotak yang masing dapat menyimpan suatu penggal informasi baik berupa data maupun instruksi. Umumnya

1 byte memory terdiri dari 8 bit dan tiap bit diwakili oleh 1 atau 0. Kombinasi bit dalam1 byte tersebut membentuk suatu kode yang mewakili isi dari lokasimemory. Kode yang digunakan untuk mewakilinya tergantung dari komputer yang digunakan,dapat membentuk sistem kode BCD (Binary-Coded Decimal), sistem kode SBCDIC (Standard Binary Coded Decimal Interchange Code), sistem kode EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) atau sistem kode ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

• Memori dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

Ø RAM (Random Access Memory)

RAM (Random  Access Memory ) adalah memori yang dapat dibaca atau ditulisi. Data dalam sebuah RAM bersifat volatile, artinya data akan terhapus bila catu daya dihilangkan. Karena sifat RAM yang volatile ini, maka program computer tidak tersimpan di RAM. RAM hanya digunakan untuk mcnyimpaii data seinantara, yang ticlak begilu vital saal aliran daya terpiilus.

Struktur dari RAM, dibagi menjadi:

1.      Input Storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan lewat

alat input;

2.      Program Storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi program

yang akan diproses;

3.      Working Storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan

hasil dari pengolahan;

4.    Output Storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan datayang akan ditampilkan ke alat output.

Ø ROM (Read Only Memory)

Memori ini hanya dapat dibaca saja, programer tidak bisa mengisi sesuatu ke dalam ROM. Isi ROM sudah diisi oleh pabrik pembuatnya berupa sistem operasi yang terdiri dari program-program pokok yang diperlukan oleh sistem komputer, seperti program untuk mengatur penampilan karakter, pengisian tombol kunci dan bootstrap program.

Bootstrap program diperlukan pada waktu pertama kali sistem komputer diaktifkan, yang proses ini disebut dengan istilah booting, yang terdiri dari:

1.      Cold booting, yaitu proses mengaktifkan sistem komputer pertama kali untuk

mengambil bootsrap program dari keadaan listrik komputer mati.

2.      Warm booting, yaitu proses pengulangan pengambilan bootstrapprogram

dalam keadaan komputer masih hidup.

Instruksi yang tersimpan di ROM disebut dengan microinstruction atau microcodeatau disebut juga firmware. Isi dari ROM tidak boleh hilang atau rusak, karena dapat menyebabkan sistem komputer tidak berfungsi. ROM bersifat non volatile, artinya isinya tidak hilang bila listrik komputer dimatikan.

Jenis-jenis ROM:

1.      PROM (Programmable Read Only Memory), yaitu ROM yang dapat diprogram

sekali saja dan tidak dapat diubah kembali

2.      EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu ROM yang dapat

dihapus dengan sinar ultra violet serta dapat diprogram kembali berulang-ulang

3.      EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu

ROM yang dapat dihapus secara elektronik dan dapat diprogram kembali.

E. I/O Port

Alat-alat input/output tidak dilekatkan langsung dengan bus tetapi melalui suatu I/O port atau I/O interface. Alat-alat input/output dapat berkomunikasi dengan CPU dengan cara mengirimkan informasi yang akan dikomunikasikan lewat bus. Informasi yang dikirim dari alat input/output (peripheral device) kemain memory atau ke register di CPU diletakan di I/O port dan dikirimkan lewat data bus. Demikian juga bila informasi dari main memory akan dikirimkan ke peripheral device juga melalui data bus dan diterima di I/O port. Cara ini disebut juga dengan program-controlled  I/O. Cara ini banyak diterapkan pada alat I/O yang hanya dapat menangani satu karakter atau 1 byte atau 1 word saja tiap saat misalnya keyboard.

F. Instruksi

Perintah yang dibicarakan di atas bukan perintah seperti bahasa manusiawi. Komputer hanya mempunyai perintah sederhana dalam jumlah terbatas yang dirumuskan dengan baik. Perintah biasa yang dipahami kebanyakan komputer ialah “menyalin isi sel 123, dan tempat tiruan di sel 456″, “menambahkan isi sel 666 ke sel 042, dan tempat akibat di sel 013″, dan “jika isi sel 999 adalah 0, perintah berikutnya anda di sel 345″.

Instruksi diwakili dalam komputer sebagai nomor – kode untuk “menyalin” mungkin menjadi 001, misalnya. Suatu himpunan perintah khusus yang didukung oleh komputer tertentu diketahui sebagai bahasa mesin komputer. Dalam praktiknya, orang biasanya tidak menulis perintah untuk komputer secara langsung di bahasa mesin tetapi memakai bahasa pemrograman ”tingkat tinggi” yang kemudian diterjemahkan ke dalam bahasa mesin secara otomatis oleh program komputer khusus (interpreter dan kompiler). Beberapa bahasa pemrograman berhubungan erat dengan bahasa mesin, seperti assembler (bahasa tingkat rendah); di sisi lain, bahasa seperti prolog didasarkan pada prinsip abstrak yang jauh dari detail pelaksanaan sebenarnya oleh mesin (bahasa tingkat tinggi).

G.Pengalamatan

Pengalamatan adalah bagaimana cara menunjuk dan  mengalamati suatu lokasi memori pada  sebuah alamat di mana operand akan diambil. Mode pengalamatan diterapkan pada set instruksi, dimana pada umumnya instruksi terdiri dari opcode (kode operasi) dan alamat. Setiap mode pengalamatan memberikan fleksibilitas khusus yang sangat penting. Mode pengalamatan ini meliputi direct addressing, indirect addressing, dan immediate addressing.

1.      Direct Addresing

Dalam mode pengalamatan direct addressing, harga yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalam instruksi ini akan dibaca data dari RAM internal dengan alamat 30h dan kemudian disimpan dalam akumulator. Mode pengalamatan ini cukup cepat, meskipun harga yang didapat tidak langsung seperti immediate, namun cukup cepat karena disimpan dalam RAM internal. Demikian pula akan lebih mudah menggunakan mode ini daripada mode immediate karena harga yang didapat bisa dari lokasi memori yang mungkin variabel.

Kelebihan dan kekurangan dari Direct Addresing antara lain :

Kelebihan

·         Field alamat berisi  alamat efektif sebuah operand.

Kelemahan

·         Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word.

2.      Indirect Addresing

Mode pengalamatan indirect addressing sangat berguna karena dapat memberikan fleksibilitas tinggi dalam mengalamati suatu harga.Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052. Contoh: MOV A,@R0. Dalam instruksi tersebut, 89C51 akan mengambil harga yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian mengisikannya ke akumulator. Mode pengalamatan indirect addressing selalu merujuk pada RAM internal dan tidak pernah merujuk pada SFR. Karena itu, menggunakan mode ini untuk mengalamati alamat lebih dari 7Fh hanya digunakan untuk keluarga 8052 yang memiliki 256 byte spasi RAM internal.

Kelebihan dan kekurangan dari Indirect Addresing antara lain :

Kelebihan

·         Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi.

Kekurangan

·         Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses operasi.

3.      Immediate Addresing

Mode pengalamatan immediate addressing sangat umum dipakai karena harga yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan harga dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A,#20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan harga yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena harga yang dipakai langsung tersedia.

Kelebihan dan kekurangan dari Immedieate Addresing antara lain :

Keuntungan

·         Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand.

·         Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat.

Kekurangan

• Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat.