ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER

Konten [Tampil]

Materi Arsitektur dan Organisasi Komputer

A. 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 siste 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). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah Arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue gene, dan lain-lain.

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem computer.Biasanya mempelajari atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan eksekusi logis sebuah program.

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.

Arsitektur komputer mempelajari atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer, dan memiliki dampak langsung pada eksekusi logis sebuah program.Sebagaimana contoh: set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.

Arsitektur komputer ini paling tidak mengandung 3 sub-kategori:

1. Set instruksi (ISA)

2. Arsitektur mikro dari ISA, dan

3. Sistem desain dari seluruh komponen dalam perangkat keras komputer.

Berikut Video mengenai Arsitektur dan Organisasi Komputer

B. Organisasi Komputer

Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit – unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Biasanya mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen-komponen sister komputer.

Organisasi komputer mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem computer,dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural. Contoh dari organisasi komputer ini diantaranya adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka (interface), teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol.

C. Arsitektur Vonn Neumann

1. Pengertian Arsitektur Von Neumann

Arsitektur von Neumann (atau Mesin Von Neumann) adalah arsitektur yang diciptakan oleh John von Neumann (1903-1957). Arsitektur ini digunakan oleh hampir semua komputer saat ini.

Kunci utama arsitektur von Neumann adalah unit pemrosesan sentral (CPU), yang memungkinkan seluruh fungsi komputer untuk dikoordinasikan melalui satu sumber tunggal.

Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama:

1. Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan instruksi pada komputer.
2. Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik program maupun data.
3. Perangkat input-output, berfungsi sebagai media yang menangkap respon dari luar serta menyajikan informasi keluar sistem computer.

2. Cara Kerja Mesin Von Neumann

Kita dapat menganggap mesin Von Neumann sebagai komputer abstraksi yang menjalankan instruction, yaitu nilai dalam memori yang memberitahu computer mengenai operasi yang akan dijalankannya.

Setiap instruksi mempunyai set instruction field (field instruksi), yang isinya memberikan detail tertentu untuk mengontrol unit, dan setiap instruksi mempunyai instruction format (format instruksi)-nya sendiri, yang merupakan cara penempatan field dalam memori. Instruction size (ukuran instruksi) adalah jumlah unit memori (biasanya diukur dalam byte) yang digunakan oleh instruksi.

Untuk instruksi yang beroperasi pada data (contohnya instruksi aritmetik, logika, shift, karakter dan string), datanya merupakan operand bagi operasi, dan urutan item data tempat beroperasinya CPU adalah data stream.

Instruction set dari computer adalah set instruksi yang dapat dijalankan oleh komputer. Setiap komputer mempunyai set instruksi sendiri. Setiap instruksi mempunyai operation code (op code), yaitu kode angka yang biasanya bisa dijumpai pada field pertama dari instruksi, yang memberitahu computer mengenai operasi yang akan dijalankannya.

Field instruksi yang lain memberitahu komputer mengenai register yang akan digunakan, jumlah dan jenis data argumen, (misalnya, untuk operasi aritmetik dan logika), dan spesifikasi untuk alamat operand. Instruksi juga memberitahu komputer mengenai bit status prosesor yang akan diuji atau disusun dan mengenai apa yang harus dilakukan terhadapnya jika terjadi kesalahan. (Bit status prosesor, yang juga disebut flag, adalah register I-bit khusus yang ada dalam CPU).

Program adalah urutan instruksi yang akan dijalankan komputer. Setiap instruksi mempunyai urutan logis dalam program, yang disebut logical address. Bila program berada dalam memori utama, maka setiap instruksi juga mempunyai physical address.

3. Cara Kerja Arsitekture Von Neumann

• Mereka mendistribusikan pemrosesan ke sejumlah hardware.
• Mereka beroperasi secara bersama-sama pada beberapa elemen data yang berbeda.
• Mereka menjalankan komputasi yang sarna pada semua e1emen data.

4. Langkah Kerja Von Nerumann

• Pada waktu mesin van Neumann menjalankan suatu program, maka ia menjalankan instruksi satu per satu secara urut, kecuali jika ada satu instruksi yang memberita bukan computer untuk tidak mematuhi urutan tersebut (misalnya, instruksi cabang).
• Urutan instruksi yang dijalankan komputer adalah instruction stream.
• Untuk menjaga track instruksi dalam memori, mesin von Neumann menggunakan PC. 
• PC ini “pointsto” (menyimpan alamat dari) instruksi berikutnya yang akan dijalankan. Selama operasi biasa, unit control menjalankan urutan dua operasi dasar secara terus menerus: instruction fetch dan instruction execution. Urutan ini dinamakan von Neumann machine cycle. Selama instruction fetch (penjemputan instruksi), unit control menjemput instruksi berikutnya dari memori utama dengan menggunakan alamat yang disimpan dalam PC, dan ia menaikkan PC. Oleh karena itu, setelah penjemputan instruksi, PC menyimpan alamat dari instruksidalam memori yang akan dijalankan CPU berikutnya. Unit kontrol kemudian menjalankan instruksi pada saat itu, yaitu instruksi yang baru saja dijemput. Selama eksekusi (penjalanan instruksi), CPU pertama kali akan menguraikan kode (decode) instruksi tersebut dan menentukan operasi apa yang akan di jalankan. Ia kemudian menjalankan operasi. Yang terakhir, bila ia telah selesai menjalankan instruksi, ia memulai siklus penjemputan lagi dengan menjemput instruksi berikutnya dari memori. Setiap computer mengimplementasikan setinstruksi. Manual yang menjelaskan set instruksi computer disebut (menurut berbagai perusahaan komputer)” Principles of Operation”, Hardware References”, Architecture References”, dan “System References” .Untuk meningkatkan kecepatan eksekusi, arsitek biasanya menerapkan arsitektur Von Neumann dengan prosesor pipelined. Arsitek juga menggunakan beberapa unit aritmetik untuk meningkatkan kecepatan CPU, dan ia menyertakan buffer (memori berkecepatan tinggi tingkat menengah), agar kecepatan prosesor sesuai dengan kecepatan memori.

5. Keunggulan Dan Kelemahan Arsitektur Van Neuman

1) Keunggulan Von Neumann

a. Mikroprosesor kecepatan telah meningkat dengan faktor 1000 +.

b. Program lokalitas.

c. Eksploitasi Program lokalitas melalui memori

d. Mempunyai hirarki

2) Kekurangan Von Neumann

Ada kelemahan untuk desain Von Neumann. Selain hambatan Von Neumann dijelaskan di bawah ini, modifikasi program dapat cukup berbahaya, baik oleh kecelakaan atau desain. Dalam beberapa program yang disimpan desain sederhana komputer, sebuah program tidak berfungsi dapat merusak dirinya sendiri, program lain, atau sistem operasi mungkin mengarah kepada kerusakan computer, pelindung memori atau yang lainnya dari kontrol akses biasanya dapat melindungi terhadap kedua disengaja dan modifikasi program berbahaya.