Arsitektur dan Organisasi Komputer
Arsitektural
Berkaitan dengan fungsi-fungsi operasi dari masing-masing komponen sistem komputer yang tampak bagi seorang user atau pemrogram.
Contoh sebuah sistem arsitektur :
• Jumlah bit
(1 byte = 8 bit atau 2³)
Jumlah bit dalam sistem Arsitektur Komputer dapat bervariasi tergantung pada sistemnya. Namun, umumnya, sistem komputer modern menggunakan bit 32 atau 64. Sistem 32-bit dapat menangani 2^32 (sekitar 4 miliar) bit data yang berbeda, sedangkan sistem 64-bit dapat menangani 2^64 bit data yang berbeda, yang jauh lebih besar dan lebih canggih daripada sistem 32-bit.
Sebagian besar sistem operasi modern (termasuk Windows, Linux, dan macOS) tersedia dalam versi 32-bit dan 64-bit. Selain itu, perangkat keras dan perangkat lunak tertentu mungkin hanya kompatibel dengan satu atau dua versi sistem bit tertentu.
Jadi, jumlah bit dalam sistem Arsitektur Komputer bisa berbeda-beda tergantung pada sistemnya, dan umumnya digunakan sistem 32-bit atau 64-bit.
Konversi Bit:
1 byte = 8 bit
1 kilobyte = 1.024 byte
1 megabyte = 1.024 kilobyte
1 gigabyte = 1.024 megabyte
1 terabyte = 1.024 gigabyte
1 petabyte = 1.024 terabyte
1 exabyte = 1.024 petabyte
1 zettabyte = 1.024 exabyte
1 yottabyte = 1.024 zettabyte
• Mekanisme I/O
Mekanisme I/O (Input/Output) dalam sistem arsitektur komputer adalah cara komunikasi antara CPU dan perangkat I/O seperti keyboard, mouse, printer, dan perangkat penyimpanan lainnya. Mekanisme I/O ini melibatkan penggunaan alat bantu seperti I/O controller yang bertanggung jawab untuk mengatur transfer data antara perangkat I/O dan sistem memori atau CPU, serta perangkat lunak seperti driver perangkat I/O yang digunakan oleh sistem operasi untuk mengontrol perangkat I/O dan memfasilitasi transfer data antara perangkat I/O dan aplikasi pengguna.
• Teknik teknik addressing dari memory
Teknik addressing dari memory dalam sistem arsitektur komputer adalah cara CPU menunjuk alamat memori yang diinginkan untuk membaca atau menulis data. Beberapa teknik addressing yang umum digunakan dalam sistem arsitektur komputer antara lain:
Teknik Pengalamatan Segera (Immediate Addressing Mode), Teknik pengalamatan segera adalah teknik pengalamatan yang digunakan pada saat suatu konstanta diketahui pada sebuah program yang dibuat dan konstanta tersebut tidak akan diubah saat program tersebut dijalankan. Operasi pada teknik ini hanya memerlukan dua Byte instruksi, satu untuk opcode dan satu untuk data Byte. Pada teknik ini, tidak ada referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand. Selain itu, teknik ini dapat menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan berlangsung cepat.
Teknik Pengalamatan Langsung (Direct Addressing Mode), Teknik pengalamatan langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data antara memori dan register. Pengalamatan ini hanya mereferensi atau mengalamati memori secara tunggal dan tidak diperlukan perhitungan khusus. Serta operand sudah ada dalam instruksi tersebut.
Teknik Pengalamatan Tak Langsung (Indirect Addressig Mode), Teknik pengalamatan tak langsung adalah teknik pengalamatan yang memberikan fleksibilatas dalam mengalamati memori. Pada teknik ini pengalamatan dapat dilakukan di memori yang memiliki ukuran besar. Namun, teknik ini mengakibatkan pengalamatan memori menjadi lambat yang diakibatkan oleh besarnya memori.
Teknik Pengalamatan Register Langsung (Register Direct Addressing Mode), Teknik pengalamatan register langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data di register. Teknik pengalamatan ini tidak memerlukan pengalamatan ke memori utama, namun hanya mengalamati register secara tungggal. Serta tidak diperlukan perhitungan khusus. Transfer data pada teknik ini jauh lebih cepat daripada teknik pengalamatan sebelumnya, karena pengalamatan dilakukan hanya di register saja. Namun, pada teknik ini ruang penyimpanan alamat menjadi terbatas.
Teknik Pengalamatan Register Tak Langsung (Register Inderect Addressing), Teknik pengalamatan register tak langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data di register dengan memberikan fleksibilatas untuk mengalamati register. Namun, teknik ini mengakibatkan pengalamatan menjadi lebih kompleks.
Teknik Pengalamatan Pemindahan (Displacement Addressing Mode), Teknik pengalamatan pemindahan adalah teknik pengalamatan yang menggabungkan teknik pengalamatan langsung dan teknik pengalamatan register tak langsung. Teknik ini ditunjukan untuk meningkatkan fleksibilitas. Namun, teknik ini mengakibatakn pengalamatan menjadi lebih kompleks.
Teknik Pengalamatan Stack (Stack Addressing Mode), Teknik pengalamatan stack adalah teknik pengalamatan yang menggunakan stack atau array lokasi. Teknik pengalamatan ini pada dasarnya adalah teknik pengalamatan register tak langsung. Perbedaanya adalah pengalamatan dilakukan melalui stack. Pada teknik ini, ukuran instruksi menjadi lebih kecil dan pemakainnya menjadi terbatas.
Organisasi
Berkaitan dengan unit unit operasional dan interkoneksi (hubungan) yang merealisasikan spesifikasi arsitekturalnya.
Contoh dari organisasi :
• Hardware pendukung
Hardware pendukung dalam organisasi komputer adalah komponen atau perangkat keras yang mendukung dan memfasilitasi fungsi dari sistem arsitektur komputer, seperti pemrosesan data, penyimpanan data, komunikasi, dan input/output. Beberapa hardware pendukung yang umum ditemukan dalam organisasi komputer antara lain:
- I/O devices: perangkat I/O seperti keyboard, mouse, printer, dan monitor digunakan untuk mengirim atau menerima data dari sistem komputer.
- Storage devices: perangkat penyimpanan seperti hard drive, flash drive, dan CD-ROM digunakan untuk menyimpan data dalam jangka panjang.
- Memory devices: perangkat memori seperti RAM dan cache digunakan untuk menyimpan data dalam jangka pendek dan mempercepat akses ke data yang sering digunakan.
- Processor: CPU (Central Processing Unit) adalah bagian inti dari sistem arsitektur komputer yang bertanggung jawab untuk memproses data dan menjalankan instruksi program.
- Bus: bus data, bus alamat, dan bus kontrol adalah jalur fisik yang digunakan untuk mentransfer data, alamat, dan sinyal kontrol antara komponen dalam sistem arsitektur komputer.
• Signal-signal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya.
Sistem komputer memiliki tiga komponen utama, yaitu : CPU, memori (primer dan sekunder), dan peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer, monitor, keyboard, mouse, dan modem. Beberapa bab sebelumnya telah membahas CPU dan memori, sekarang akan kita jelaskan tentang peralatan atau modul I/O pada bab ini.
Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer.
Signal kontrol dari I/O atau perangkat pendukung lainnya dalam organisasi komputer adalah sinyal atau sinyal listrik yang digunakan untuk mengontrol operasi dari perangkat tersebut. Beberapa sinyal kontrol yang umum digunakan dalam sistem arsitektur komputer antara lain:
- Strobe: sinyal strobe digunakan untuk memberi tahu perangkat I/O bahwa data siap dikirim atau diterima.
- Clock: sinyal clock digunakan untuk memberi tahu perangkat I/O kapan harus mengambil atau melepaskan data pada bus.
- Interrupt: sinyal interrupt digunakan untuk memberi tahu CPU bahwa perangkat I/O membutuhkan perhatian.
- Handshake: sinyal handshake digunakan untuk memastikan bahwa perangkat I/O dan CPU sinkron dalam operasi.
- Chip select: sinyal chip select digunakan untuk memilih perangkat I/O tertentu yang akan berkomunikasi dengan CPU.
• Interfacing.
Interfacing dalam organisasi komputer adalah proses menghubungkan dua atau lebih komponen sistem arsitektur komputer sehingga dapat saling berkomunikasi dan berinteraksi. Interface umumnya melibatkan perangkat keras, perangkat lunak, atau keduanya. Beberapa jenis interfacing dalam organisasi komputer antara lain:
- Memory-mapped I/O: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk berkomunikasi dengan CPU melalui bus alamat dan data yang sama seperti memori.
- Direct memory access (DMA): jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk mengakses memori langsung tanpa melalui CPU, sehingga dapat mempercepat transfer data.
- Input/output ports: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk berkomunikasi dengan CPU melalui port I/O yang telah ditetapkan.
- Interrupts: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk meminta perhatian dari CPU ketika suatu operasi telah selesai dilakukan.
- Interfacing sangat penting dalam organisasi komputer karena memungkinkan perangkat I/O dan CPU untuk bekerja bersama dan memfasilitasi proses pemrosesan data yang efektif dan efisien.
Susunan atau kumpulan dari komponen-komponen komputer yang saling terintegrasi dan memiliki tujuan melakukan sebuah operasi tertentu terbentuklah sebuah sistem komputer.
Jadi komputer adalah merupakan suatu peralatan pemrosesan data yang cukup kompleks, bukan saja sekedar peralatan yang terdiri dari hardware dan software saja tetapi merupakan suatu bagian yang terintegrasi yang melibatkan segi arsitektural maupun organisasinya.
Bagaimana sistem dari arsitektur dan organisasinya dapat dimengerti dengan baik maka seorang perancang komputer harus mengerti dengan jelas sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem komputer.
Sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem dapat dilihat dengan jelas berdasarkan tingkat tingkat yang ada didalam sistem dimana pada setiap tingkatannya yang harus dimengerti dengan benar adalah struktur dan fungsi dari tingkatan tersebut.
FUNGSI
Adalah merupakan operasi dari masing masing komponen sebagai bagian dari sistem keseluruhan.
Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer adalah
Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer diatas:
• Data Processing
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan pemrosesan data menjadi informasi sesuai dengan program yang ada. Bentuk data disini adalah data digital.
• Data Storage
Berkaitan dengan hal hal yang berhungan dengan penyimpanan data/informasi yang ada. Bentuk data disini adalah dapat berupa data digital atau data analog dengan fornat digital.
• Data Transfer
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan perpindahan data dari dalam sistem komputer keluar atau sebaliknya. Bentuk data disini adalah data analog yang sesuai dengan medianya dan harus terdapat suatu mekanisme perubah dari data analog ke digital atau sebaliknya.
• Control
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan sinkronisasi kerja dari ketiga hal tersebut diatas, baik sinkronisasi secara hardware maupun software.
STRUKTUR
Adalah merupakan cara dari komponen komponen tersebut dapat saling terkait satu dengan yang lainnya sehingga membentuk suatu fungsi tertentu.
Suatu sistem komputer secara struktur terdiri dari 4 komponen utama :
• Central Processing Unit (CPU)
• Memori utama
• Input - Output
• System Interconection
Komponen utama dari CPU terdiri dari:
• Control Unit
• Arithmetic and Logic Unit
• Register
• CPU Interconnection
Control Unit sistem komputer yang berfungsi sebagai pengatur kerja utama didalam sistem CPU terdiri dari :
• Seguencing Logic
Sequencing logic adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU (Central Processing Unit) yang bertanggung jawab untuk mengatur urutan operasi yang dilakukan oleh CPU. Sequencing logic berfungsi untuk mengambil instruksi dari memori, memecah instruksi menjadi langkah-langkah yang lebih kecil, dan menentukan urutan operasi yang harus dilakukan oleh unit eksekusi dalam CPU. Dalam pengolahan data, urutan operasi ini harus dilakukan dengan benar agar program dapat dijalankan dengan sukses.
• Control Unit Register dan Decoder
Control Unit Register dan Decoder adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU yang digunakan untuk mengendalikan operasi CPU. Control Unit Register dan Decoder mengatur pengambilan instruksi dari memori dan memecah instruksi menjadi kode operasi dan operand. Register dan decoder juga digunakan untuk mengatur pengiriman sinyal kontrol ke unit eksekusi untuk memproses instruksi.
• Control Memory
Control Memory adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU yang bertanggung jawab untuk menyimpan sinyal kontrol yang digunakan untuk mengatur operasi CPU. Control Memory berisi daftar operasi yang harus dilakukan oleh CPU, termasuk urutan operasi dan sinyal kontrol yang harus dikirim ke unit eksekusi. Control Memory berfungsi sebagai penyimpanan sementara untuk sinyal kontrol dan memberikan arahan kepada unit kontrol untuk mengendalikan operasi CPU.
BEBERAPA PENJELASAN DARI MATERI ARSITEKTUR & ORGANISASI KOMPUTER:
- ASCII (American Standard Code for Information Interchange) adalah standar kode karakter yang digunakan dalam sistem arsitektur komputer untuk merepresentasikan karakter, simbol, dan angka dalam bentuk bilangan biner. ASCII menggunakan 7 bit untuk merepresentasikan 128 karakter yang berbeda, termasuk huruf besar dan kecil, angka, simbol khusus, dan karakter kontrol.
- Jumlah Bit, 8 bit adalah 1 byte, dapat ditulis dalam bentuk 2^3 (dua pangkat tiga), dengan 2 sebagai baris dan 3 sebagai kolom.
- Mekanisme I/O (Input/Output) dalam sistem arsitektur komputer adalah cara komunikasi antara CPU dan perangkat I/O seperti keyboard, mouse, printer, dan perangkat penyimpanan lainnya.
- Operand adalah nilai atau data yang diproses oleh operator. Operand dapat berupa nilai numerik, alamat memori, atau nilai logika. Contohnya, operasi: 5+2. Angka 5 dan 2 adalah Operand, sedangkan tanda tambah (karakter +) adalah Operator. Konstanta adalah nilai tetap yang digunakan dalam operasi matematika atau logika. Konstanta dapat berupa angka, karakter, atau simbol lainnya yang tidak berubah selama eksekusi program. Operator adalah simbol atau fungsi yang digunakan untuk memanipulasi operand. Operator dapat digunakan untuk melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian) atau operasi logika (seperti AND, OR, NOT, dan XOR).
- Register merupakan tempat penyimpanan sementara dikarenakan prosesor hanya bekerja 2 2 saja. Yang berkerja 2 2 atau True/False itu ALU.
- Decoder berfungsi untuk menerjemahkan Bahasa yang dimengerti oleh ALU.
- Bentuk Data merujuk pada jenis data yang disimpan dalam memori komputer. Bentuk data dapat berupa angka (bilangan bulat atau pecahan), karakter, atau data lainnya seperti gambar, suara, dan video. Format merujuk pada cara data disimpan dalam memori komputer. Ada dua jenis format utama: format biner dan format teks. Format biner menyimpan data dalam bentuk bilangan biner (0 dan 1), sedangkan format teks menyimpan data dalam bentuk karakter atau simbol yang dapat dibaca oleh manusia.
- System Interconnection (interkoneksi sistem) merujuk pada cara komponen-komponen sistem komputer saling terhubung dan berkomunikasi untuk memfasilitasi pengiriman data dan instruksi. Interkoneksi sistem meliputi koneksi antara CPU, memori, perangkat I/O, bus data, dan bus kontrol.
- Interfacing dalam organisasi komputer adalah proses menghubungkan dua atau lebih komponen sistem arsitektur komputer sehingga dapat saling berkomunikasi dan berinteraksi. Bus adalah jalur data tunggal yang digunakan untuk mengirimkan informasi antara berbagai komponen sistem. Bus terdiri dari jalur data, jalur alamat, dan jalur kontrol.
- RAM (Random Access Memory) adalah memori utama komputer.
- Sequencing Logic (logika urutan) dalam arsitektur dan organisasi komputer merujuk pada cara bagaimana instruksi diproses oleh CPU. Logika urutan mencakup rangkaian tahapan yang harus dilalui oleh CPU dalam memproses instruksi, mulai dari fetch (pengambilan instruksi), decode (dekoding instruksi), execute (eksekusi instruksi), dan writeback (penulisan hasil eksekusi).
- CPU (Central Processing Unit) atau processor adalah otak dari sebuah sistem komputer. CPU bertanggung jawab untuk memproses data dan instruksi dalam sebuah program. Sistem kerja CPU terdiri dari tiga tahapan utama yaitu Fetch, Decode, dan Execute.
- Fetch: Pada tahap ini, CPU mengambil instruksi dari memori. Prosesor membaca alamat memori pada bus alamat, kemudian memori merespons dengan mengirimkan instruksi pada bus data. Instruksi kemudian disimpan sementara di dalam register instruksi di dalam CPU.
- Decode: Pada tahap ini, CPU menerjemahkan instruksi yang telah diambil dari memori pada tahap Fetch. CPU mengidentifikasi jenis instruksi dan menentukan operasi apa yang harus dilakukan berdasarkan instruksi tersebut. Prosesor juga menentukan operand apa yang harus digunakan.
- Execute: Pada tahap ini, CPU melaksanakan instruksi yang telah diterjemahkan pada tahap sebelumnya. CPU menggunakan unit aritmatika dan logika (ALU) dan unit kendali (control unit) untuk menjalankan instruksi tersebut. Setelah instruksi dijalankan, CPU kemudian menulis hasilnya ke lokasi memori atau register yang tepat.
- Control Memory adalah sebuah memori kecil yang berada di dalam CPU dan digunakan untuk menyimpan program pengontrol yang mengendalikan operasi CPU. Program pengontrol ini mengatur urutan operasi CPU, seperti fetch, decode, dan execute, serta mengatur aliran data di antara berbagai bagian dari CPU.
REFERENSI:
1. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
2. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
3. Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
4. Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
6. Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2013). Computer organization and design: the hardware/software interface. Morgan Kaufmann.
7. Stallings, W. (2015). Computer organization and architecture: designing for performance. Pearson.
8. Tanenbaum, A. S., & Bos, H. (2014). Modern operating systems. Pearson.
