Arsitektur Komputer
Perangkat keras merupakan perangkat elektronik yang menyusun
bentuk fisik dari sebuah sistem komputer. Pada awalnya komputer tersusun dari
perangkat keras yang masih bekerja secara mekanis dengan digerakkan oleh mesin
uap maupun tenaga manusia.
Beberapa
contoh komputer mekanis adalah mesin diferensial dan mesin analitis buatan
Charles Babbage (1792-1871). Perangkat keras yang bekerja secara elektronik
berhasil diciptakan pada masa Perang Dunia Kedua, dimana Inggris berhasil mengembangkan
mesin komputer bernama COLOSSUS yang ditujukan untuk memecahkan kode ENIGMA
milik Jerman. Pada jaman modern saat ini, hampir semua komputer mengadopsi
arsitektur yang dibuat oleh John von Neumann (1903-1957).
Kunci utama arsitektur von Neumann adalah unit pemrosesan
sentral (CPU), yang memungkinkan seluruh fungsi komputer untuk dikoordinasikan
melalui satu sumber tunggal.
Pada dasarnya komputer arsitektur Von Neumann adalah terdiri
dari elemen sebagai berikut:
Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan
instruksi pada komputer.
Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik program
maupun data Perangkat input-output, berfungsi sebagai media yang menangkap
respon dari luar serta menyajikan informasi keluar sistem komputer.
a. Prosesor atau Central Processing Unit (CPU)
CPU merupakan tempat untuk melakukan pemrosesan
instruksi-instruksi dan pengendalian sistem komputer.
Perkembangan perangkat CPU mengikuti generasi dari sistem
komputer.
Pada generasi pertama CPU terbuat dari rangkaian tabung
vakum sehingga memiliki ukuran yang sangat besar.
Pada generasi kedua telah diciptakan transistor sehinga
ukuran CPU menjadi lebih kecil dari sebelumnya.
Pada generasi ketiga CPU telah terbuat dari rangkaian IC
sehingga ukurannya menjadi lebih kecil.
Pada generasi keempat telah diciptakan teknologi VLSI dan
ULSI sehingga memungkinkan ribuan sampai jutaan transistor tersimpan dalam satu
chip.
• Elemen CPU
Pada perkembangan komputer modern, setiap prosesor terdiri
atas:
Control Unit (CU).
Arithmatic and Logic Unit (ALU).
Register.
Bus.
- Control Unit (CU).
Control Unit atau Unit Kontrol berfungsi untuk mengatur dan
mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Unit kendali akan
mengatur kapan alat input menerima data dan kapan data diolah serta kapan
ditampilkan pada alat output.
Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program
komputer, membawa data dari alat input ke memori utama, dan mengambil data dari
memori utama untuk diolah.
Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau
perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim instruksi tersebut ke ALU.
Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk
disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.
- Arithmatic and Logic Unit (ALU).
Arithmatic and Logic Unit atau Unit Aritmetika dan Logika
berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan logika
yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU menjalankan operasi
penambahan, pengurangan, dan operasi-operasi sederhana lainnya pada
input-inputnya dan memberikan hasilnya pada register output.
- Register
Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai
kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi
yang sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu
giliran untuk diproses masih disimpan di dalam memori utama. Setiap register
dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu
tergantung pada ukurannya. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan
kecepatan tinggi karena berada pada CPU.
Beberapa jenis register adalah:
Program Counter (PC), merupakan register yang menunjuk ke
instruksi berikutnya yang harus diambil dan dijalankan.
Instruction Register
(IR), merupakan register yang menyimpan instruksi yang sedang dijalankan.
General Purpose Register, merupakan register yang memiliki
kegunaaan umum yang berhubungan dengan data yang diproses. Memory Data Register
(MDR), merupakan register yang digunakan untuk menampung data atau instruksi
hasil pengiriman dari memori utama ke CPU atau menampung data yang akan direkam
ke memori utama dari hasil pengolahan oleh CPU.
Memory address register (MAR), merupakan register yang
digunakan untuk menampung alamat data atau instruksi pada memori utama yang
akan diambil atau yang akan diletakkan.
Sebagian besar
komputer memiliki beberapa register lain, sebagian digunakan untuk tujuan umum,
dan sebagian lainnya untuk tujuan khusus.
Bus
Bus merupakan penghubung antara semua komponen CPU. Bus
berupa sekumpulan kabel-kabel paralel untuk mentransmisikan alamat (address),
data, dan sinyal-sinyal kontrol.
• Klasifikasi Prosesor
- Berdasarkan jenis mikroprosesor, dapat dibagi menjadi dua
yaitu:
Tipe Intel untuk Personal Computer (PC), diproduksi oleh
Intel Corp., Advanced MicroDevices (AMD), Cyrix, DEC, dll.
Tipe Motorola untuk komputer Macintosh, diproduksi oleh
Motorola.
-Ukuran kecepatan prosesor adalah:
Hertz, yaitu jumlah clock atau ketukan prosesor tiap satu
detik. Untuk prosesor modern memakai satuan Megahertz atau Gigahertz.
MIPS, singkatan dari Million Instruction Per Second, yaitu
jumlah instruksi dalam juta tiap satu detik.
Flops, singkatan dari Floating Point per Second, yaitu
jumlah perhitungan floating point tiap satu detik. Floating point adalah metode
untuk menuliskan bilangan dengan mantisa, contoh: 3 x 10-5.
Fractions of a second, yaitu waktu eksekusi relatif dari
suatu instruksi pada sistem komputer.
-Dalam desain mikroprosesor, terdapat dua jenis desain,
yaitu:
CISC (Complex
instruction set computing chips), dapat menampung banyak instruksi yang kompleks.
RISC (Reduced instruction set computing chips), dapat
meringkas beberapa instruksi sehingga dapat mempercepat kerja prosesor.
- Jenis bus yang telah didukung oleh sistem komputer saat
ini adalah:
ISA, singkatan dari Industry Standard Architecture,
merupakan jenis bus standar pertama yang digunakan industri. Bus ISA beroperasi
pada kecepatan 8.33 MHz. Versi perkembangan dari ISA adalah EISA (Extended
ISA).
PCI, singkatan dari Peripheral Component Interconnect bus,
merupakan jenis bus yang dikembangkan dan dipatenkan oleh Intel pada tahun
1990. Versi pertama PCI beroperasi pada kecepatan 33 MHz dengan bandwidth 133
MB/dtk. PCI 2.0 diperkenalkan tahun 1993 dan PCI 2.1 tahun 1995 dengan
bandwidth 528 MB/dtk.
AGP, singkatan dari Accelerator Graphic Port, merupakan bus
hasil perkembangan dari PCI yang dikhususkan untuk pemrosesan data grafik dan
video.
USB, singkatan dari Universal Serial Bus, pada awalnya
dikembangkan secara bersama-sama oleh tujuh perusahaan, yaitu Compaq, DEC, IBM,
Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom. Saat ini USB telah menjadi standar
yang digunakan secara luas dalam Personal Computer.
b. Memori
Memori adalah bagian dari komputer yang digunakan untuk
menyimpan program atau instruksi dan data-data. Beberapa pakar komputer
menggunakan istilah store atau storage untuk menamakan memori, meskipun kata
storage sering digunakan untuk menamakan tempat penyimpanan disket. Peran
memori sangat penting supaya program maupun data dapat disimpan pada sistem
komputer, sehingga lebih memudahkan dalam pengoperasian komputer. Terdapat dua
jenis memori dalam sistem komputer, yaitu memori utama dan memori sekunder.
• Memori Utama
Dalam sebuah sistem komputer, memori utama berfungsi untuk
menyimpan program yang sedang atau akan dijalankan dalam prosesor. Untuk
mengimbangi kinerja prosesor yang cenderung sangat cepat, kecepatan akses memori
juga harus relatif cepat, meskipun tidak secepat prosesor. Setiap lokasi
penyimpanan dalam memori ditunjukkan melalui sebuah alamat (address) dengan
panjang sesuai ukuran memori, biasanya dalam bilangan heksadesimal. Besar
kapasitas memori diukur dengan satuan bit atau byte. Satu alamat memori dapat
menyimpan 8-32 bit bilangan biner tergantung dari jenis memori. Sebagian besar
memori ini bersifat volatil atau data akan hilang jika aliran listrik berhenti
kecuali flash memory.
-Random Access Memory (RAM)
Memori jenis ini memiliki karakteristik akses alamat secara
acak untuk menyimpan data dan instruksi program. Struktur RAM terbagi menjadi
empat bagian utama, yaitu:
Input storage, digunakan untuk menampung input yang
dimasukkan melalui alat input.ü
Program storage, digunakan untuk menyimpan semua
instruksi-instruksi program yang akan diakses.
Working storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan
diolah dan hasil pengolahan. Output storage, digunakan untuk menampung hasil
akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.
Beberapa jenis RAM antara lain:
EDO-RAM
SD-RAM
RD-RAM
DDR-RAM
- Read Only Memory (ROM)
Memori jenis ini hanya dapat dibaca saja sehingga program
tidak dapat menulis dalam memori ini. Biasanya memori jenis ini sudah terisi
dari pabriknya berisi program-program ataupun data. Biasanya program berupa
sistem operasi ataupun program bios untuk sebuah sistem komputer yang spesifik.
Beberapa jenis ROM adalah:
ROM (Read Only
Memory), merupakan memori yang benar-benar tidak dapat dihapus lagi.
PROM (Programmable Read Only Memory), merupakan memori yang
dapat diprogram selanjutnya tidak dapat dihapus lagi.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), merupakan
memori yang dapat dihapus dengan sinar ultraviolet dan dapat diprogram
berulang-ulang.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Readü Only
Memory), merupakan memori yang dapat dihapus secara elektronik dan dapat
diprogram berulang-ulang.
-Cache Memory
Cache memory digunakan untuk tujuan mengatasi perbedaan
kecepatan antara prosesor dan memori. Sebagian besar produsen memori hanya
berkonsentrasi untuk meningkatkan kapasitasnya saja, sehingga dalam hal
kecepatan semakin tertinggal jauh dengan prosesor. Cache memory mengatasi hal
ini karena memiliki kecepatan yang sangat tinggi dan biasanya tertanam dalam
prosesor. Beberapa instruksi yang sering digunakan akan tersimpan dalam cache,
sehingga dapat mempercepat pemrosesan instruksi, karena prosesor tidak perlu
menunggu terlalu lama reaksi dari memori konvensional. Cache Memory memiliki
dua level, yaitu:
Level 1 (L1) cache,
merupakan bagian dari mikroprosesor menjadi satu kemasan dengan unit prosesor
yang lain. L1 dapat disebut juga internal cache.
Level 2 (L2) cache,
berada di luar kemasan mikroprosesor. L2 dapat disebut juga external cache.
• Memori Sekunder
Dalam sebuah sistem komputer, memori sekunder berfungsi
untuk menyimpan program maupun data dalam bentuk file dalam ukuran yang cukup
besar. Karena sifatnya yang non-volatile, data dan program dapat disimpan
secara permanen meskipun mesin sedang dimatikan. Memori sekunder dapat
melakukan proses penulisan, pembacaan, dan penghapusan data.
- Floppy Disk
Floppy Disk merupakan media penyimpanan eksternal yang
bersifat mobile atau dapat dipindah-pindahkan ke tiap komputer. Bentuk fisik
floppy disk adalah berbentuk piringan magnetik dan untuk mengoperasikan floppy
disk diperlukan sebuah disk drive. Kecepatan operasi floppy disk juga tergolong
rendah. Beberapa jenis floppy disk adalah:
5.25 inciü floppy disk yang mempunyai kapasitas 360 Kbytes
untuk tipe Double Density (DD) dan 1.2 Mbytes untuk tipe High Density (HD).
3.5 inci floppty disk yang mempunyai kapasitas 720 Kbytes
untuk DD dan 1.44ü Mbytes untuk HD.
Zip Disk terbuat dari bahan plastik dan memiliki kapasitas
100 sampai 250 Mbytes.
Superdisk terbuat dari piringan magnetik dengan kapasitas
120 Mbytes dan dan dapat membaca floppy ukuran 1.44 MBytes.
HiFD (High Floppy Disk) terbuat dari piringan magnetik
dengan kapasitas 200 Mbytes dan dan dapat membaca floppy ukuran 1.44 MBytes.
-Hard Disk
Hard disk merupakan media penyimpanan eksternal yang
dikhususkan untuk penggunakan tidak mobile atau tidak dapat dipindah-pindahkan.
Hard disk dapat disebut juga sebagai fixed disk yang berarti hanya dapat
digunakan hanya untuk satu sistem komputer. Kapasitas hard disk jauh lebih
besar jika dibandingkan dengan media penyimpanan lain dimana ukurannya mulai
ukuran Mbytes sampai Gbytes. Kecepatan operasi hard disk relatif lebih cepat
dibandingkan dengan floppy. Ukuran kecepatan sebuah hard disk tergantung dari
kecepatan maksimum bus dan kecepatan putar piringannya yang diukur dengan
satuan RPM (Rotation Per Minute). Jenis bus yang dipakai untuk transfer data
pada hard disk adalah:
Ultra ATA (EIDE).
SCSI.
Sebuah hard disk tersusun dari komponen-komponen sebagai
berikut:
Piringan Logam
(Platter)ü
Head yang digunakan
untuk proses membaca, menulis, dan menghapus bit pada piringan.
Rangkaian Elektronik.
Rangkaian Penguat.
Digital Signal
Processor (DSP).
Chip Memory.
Konektor.
Spindle.
Actuator Motor Arm Controller.
-Optical Disk
Media penyimpanan optical disk mulai diperkenalkan pada
tahun 1983 dengan nama Digital Audio Compact Disc. Sejak saat itu mulai banyak
digunakan media penyimpanan jenis ini dan perkembangannya sangat pesat. Saat
ini terdapat dua jenis optical disk, yaitu:
Compact Disc (CD)
CD terbuat dari resin (polycarbonate) dan dilapisi permukaan
yang sangat reflektif seperti alumunium. Informasi direkam secara digital
sebagai lubang-lubang mikroskopis pada permukaan yang reflektif. Proses ini
dilakukan dengan menggunakan laser yang berintensitas tinggi. Permukaan yang
berlubang ini kemudian dilapisi oleh lapisan bening.
Informasi dibaca dengan menggunakan laser berintensitas
rendah yang menyinari lapisan bening tersebut sementara motor memutar disk.
Intensitas laser tersebut berubah setelah mengenai lubang-lubang tersebut
kemudian terefleksikan dan dideteksi oleh fotosensor yang kemudian dikonversi
menjadi data digital.
Kapasitas sebuah CD mulai dari 650 Mbytes sampai 800 Mbytes.
Beberapa jenis Compact Disc adalah:
CD-ROM (Compact Disc – Read Only Memory), hanya dapat dibaca
saja.-
CD-R (Compact Disc – Can Read), dapat ditulis hanya sekali
selanjutnya hanya dapat dibaca saja.-
CD-RW (Compact Disc – Can Read Write), dapat ditulis
beberapa kali setelah diformat dahulu.
Digital Video Disc (DVD)
DVD merupakan generasi lebih lanjut dari model optical disk.
DVD memiliki kapasitas jauh lebih besar dari jenis CD yaitu dapat menampung
data sampai dengan 6 Gbyte. Karena kapasitasnya yang sangat besar ini, DVD
digunakan untuk menyimpan sebuah film dengan kualitas gambar dan suara yang
sangat baik. Beberapa jenis DVD adalah:
DVD-ROM (Digital
Video Disc – Read Only Memory), hanya dapat dibaca saja.-
DVD-R (Digital Video
Disc – Can Read) , dapat ditulis hanya sekali selanjutnya hanya dapat dibaca
saja.-
DVD-RW (Digital Video
Disc – Can- Read Write) dan DVD-RAM.
- Magnetic Tape
Magnetic tape merupakan media penyimpanan yang digunakan
pada awal munculnya komputer. Magnetic tape tersusun atas sebuah pita magnetik
dan sebuah alat pembaca pita tersebut agar dapat dikenali oleh sistem komputer.
Saat ini magnetic tape sudah sangat jarang digunakan.
- Smart Card
Smart Card merupakan sistem komputer dengan ukuran kartu
nama. Kemampuan komputasi dan kapasitas memori sistem ini sangat terbatas
sehingga optimasi merupakan hal yang paling memerlukan perhatian. Umumnya,
sistem ini digunakan untuk menyimpan informasi rahasia untuk mengakses sistem
lain. Umpamanya, telepon seluler, kartu pengenal, kartu bank, kartu kredit,
sistem wireless, uang elektronis, dst. Dewasa ini smart card dilengkapi dengan
prosesor 8 bit (5 MHz), 24 kB ROM, 16 kB EEPROM, dan 1 kB RAM. Namun kemampuan
ini meningkat drastis dari waktu ke waktu.
- Flash Memory
Flash memory merupakan jenis memori utama yang bersifat
non-volatile dimana data maupun instruksi dapat disimpan secara permanen
meskipun aliran listrik terputus. Jenis memori ini bisa berupa memori
eksternal, sehingga dapat dipindahkan ke sistem komputer yang lain. Saat ini
sudah banyak beredar jenis flash memory yang memiliki ukuran sangat besar
sehingga bisa menyimpan banyak file.
- Online Storage
Online storage merupakan tempat penyimpanan berbasis
jaringan komputer, dimana dari sebuah komputer bisa menyimpan data di tempat
lain. Biasanya terdapat beberapa file server yang menyediakan tempat untuk
penyimpanan file maupun data melalui jaringan komputer.
Misal : Set Instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk
penyajian data, mekanisme I/O, teknik
pengalamantan (addressing techniques).
Referensi:
http://indrarmcf.blogspot.com/2014/01/penjelasan-organisasi-arsitektur.html
http://nenisayang.blogspot.com/
http://riesaelektro.blogspot.com/
http://fikrytrynugroho.blogspot.com/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar