BAB
I
Pengantar
Organisasi Komputer
1.1
Komputer
Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang
secara cepat menerima informasi
masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi
yang tersimpan dalam komputer tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah.
Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer dan
unit penyimpanannya adalah memori komputer.Dalam
bentuk yang paling sederhana komputer terdiri dari lima bagian utamayang
mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Unit-unit tersebut adalah: masukan, memori,aritmetika
dan logika, keluaran dan kontrol.
Unit masukan menerima informasi yang yang dikodekan dari
operator manusialewat alat-alat elektro mekanik seperti papan ketik pada suatu
terminal video, atau darikomputer-komputer lain lewat jalur komunikasi digital.
Informasi yang diterima dandisimpan dalam memori untuk
dipergunakan kelak, atau langsung diolah oleh rangkaianaritmetika dan logika untuk melaksanakan operasi yang diinginkan.
Langkah-langkah pengolahan ditentukan oleh program yang disimpan
dalam memori. Akhirnya hasil-hasilyang
diperoleh dikirimkan kembali keluar melalui unit keluaran. Seluruh kegiatan inidikoordinasi
oleh unit kontrol.
1.2 Organisasi Komputer
Organisasi
Komputer adalah bagian yang terkait erat
dengan unit–unit operasional dan
interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalammerealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek
organisasional adalah teknologihardware, perangkat antarmuka, teknologi memori,
sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol.
Arsitektur Komputer lebih cenderung pada
kajian atribut–atribut sistem komputer yang
terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yangdigunakan,
teknik pengalamatan, mekanisme I/O.Sebagai
contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada
memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatantersebut akan diimplementasikan secara langsung
ataukah melalui mekanisme cacheadalah kajian organisasional .Perbedaan
Utama Organisasi Komputer.
·
Bagian yang terkait erat dengan
unit–unit operasional
·
Contoh: teknologi hardware,
perangkat antarmuka, teknologi memori, sistemmemori, dan sinyal–sinyal control
·
Atribut–atribut sistem komputer yang
terkait dengan seorang programmer
·
Contoh: set
instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan,mekanisme
I/O
1.3 Struktur dan Fungsi Utama
Komputer
1.3.1. Struktur Komputer
Komputer adalah sebuah sistem yang
berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar.Interaksi dengan dunia luar
dilakukan melalui perangkat peripheral dan saluran komunikasi.Dalam buku ini
akan banyak dikaji seputar struktur internal komputer. Perhatikan gambar
1.2,terdapat empat struktur utama:
·
Central Processing Unit (CPU),
berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer danpusat pengolahan fungsi –
fungsi komputer. Kesepakatan, CPU cukup disebut sebagai
processor (prosesor) saja.
·
Memori Utama, berfungsi sebagai
penyimpan data.
·
I/O , berfungsi memindahkan data ke
lingkungan luar atau perangkat lainnya.
·
System Interconnection, merupakan
sistem yang menghubungkan CPU, memori utamadan I/O.
Gambar
1.2 StrukturDasar Komputer
Komponen yang paling menarik namun paling kompleks
adalah CPU. Struktur CPU terlihatpada gambar 1.2, dengan struktur utamanya
adalah :
·
Control Unit , berfungsi untuk
mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan
·
Arithmetic And Logic
Unit (ALU), berfungsi untuk membentuk fungsi – fungsi pengolahan data
komputer
·
Register , berfungsi sebagai
penyimpan internal bagi CPU.
·
CPU Interconnection, berfungsi
menghubungkan seluruh bagian dari CPU
1.3.2. Fungsi Komputer
Fungsi dasar sistem komputer adalah
sederhana seperti terlihat pada gambar 1.3. Padaprinsipnya terdapat empat buah
fungsi operasi, yaitu :
·
Fungsi Operasi Pengolahan Data
·
Fungsi Operasi Penyimpanan Data
·
Fungsi Operasi Pemindahan Data
·
Fungsi Operasi Kontrol
Gambar 1.3. Fungsi Komputer
Komputer harus dapat memproses data.
Representasi data di sini bermacam–macam,akan tetapi nantinya data harus
disesuaikan dengan mesin pemrosesnya. Dalam pengolahan data
komputer memerlukan unit penyimpanan
sehingga diperlukan suatu mekanisme penyimpanandata. Walaupun hasil
komputer digunakan saat itu, setidaknya komputer memerlukan mediapenyimpanan
untuk data prosesnya. Dalam interaksi dengan dunia luar sebagai fungsi
pemindahan data diperlukan antarmuka (interface), proses ini dilakukan oleh
unit Input/Output (I/O) dan perangkatnya disebut peripheral.
Saat interaksi dengan perpindahan data yang jauh ataudari remote device,
komputer melakukan proses komunikasi data. Gambar 1.4
mengilustrasikanoperasi–operasi komputer. Gambar 1.4a adalah operasi pemindahan
data, gambar 1.24 adalahoperasi penyimpanan data, gambar 1.4c dan gambar 1.4d
adalah operasi pengolahan data.
Gambar 1.4. Operasi-operasi Komputer
1.4. Garis Besar Buku
Bab 1
Pengantar Organisasi Komputer.Berisi
penjelasan tentang organisasi komputer, perbedaan utama organisasi komputer
denganarsitektur komputer, struktur dan fungsi utama komputer, konsep dasar
operasi komputer, dangaris besar dari buku yang dipelajari.
Bab 2
Evolusi dan Kinerja KomputerBerisi
penjelasan tentang sejarah teknologi komputer, trend teknologi yang telah
membuat unjuk kerja yang menjadi fokus rancangan sistem komputer, dan
meninjau bermacam-macam teknik dan strategi yang digunakan untuk mencapai
unjuk kerja yang seimbang dan efisien,perkembangan pentium dan powerPC.
Bab 3
Struktur
CPUBerisi penjelasan tentang komponen utama CPU dan Fungsi CPU, pembahasan
struktur danfungsi internal prosesor, organisasi ALU, control unit dan
register, dan fungsi prosesor dalammenjalankan instruksi-instruksi mesin.
Bab 4
MemoriBerisi penjelasan tentang memori utama
komputer, tipe dari memori, waktu dan pengontrolan,pembetulan kesalahan dan
cache memori termasuk didalamnya adalah fungsi pemetaan.
Bab 5 Peralatan PenyimpananBerisi penjelasan
tentang peralatan penyimpanan data diluar memori utama dan CPU,
diantaranyaseperti magnet disk, RAID, Magnet Tape dan Optical Disk.
Bab 6
Unit Masukan dan KeluaranBerisi
penjelasan tentang system komputer unit input/output, prinsip dan teknik untit
input/outputdan penjelasan singkat mengenai peralatan luar (External device).
Bab 7
BusBerisi penjelasan tentang struktur antar
hubungan, bus antar hubungan, elemen dari desain bus,PCI, SCSI, Fire wire dan
USB
Bab
II
Evolusi
dan Kinerja Komputer
2.1. Sejarah Singkat Komputer
2.1.1 Generasi
Pertama : Tabung Vakum (1945 – 1955)ENIAC
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer ),
pada tahun 1946 dirancangdan dibuat oleh
John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvaniamerupakan
computer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. ENIACdibuat di bawah lembaga Army’s Ballistics
Research Laboratory (BRL). Sebuah badanyang
bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru.
Sebelumnya tugas ini dilakukan oleh kurang
lebih 200 personil denganmenggunakan kalkulator untuk
menyelesaikan persamaan matematis peluru kendali yangmemakan waktu lama.ENIAC
mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebihdari 18.000 tabung vakum. Daya listrik yang
dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatanoperasi mencapai 5.000 operasi
penambahan per detik. ENIAC masih merupakan mesindesimal, representasi data
bilangan dalam bentuk desimal dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20
akumulator, yang masing – masingakumulatornya mampu menampung 10 digit
desimal. Setiap digit direpresentasikan olehcincin
yang terdiri atas 10 buah tabung vakum. Kekurangan utama mesin ini adalahmasih
manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel switch – switch, memasang
danmenanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC selesai pada tahun 1946 sejak proposal
diajukantahun 1943, sehingga tahun 1946
merupakan gerbang bagi zaman baru komputer elektronik.
john Van
Neumann seorang ahlimatematika yang
merupakankonsultan pembuatan ENIAC padatahun
1945 mencoba memperbaikikelemahan ENIAC dengan
rancangankomputer barunya, bernama EDVAC (Electronic
Discrete VariableComputer ) dengan
konsep programtersimpan ( storedprogram concept ) Tahun 1946
komputer dengan stored- program
concept dipublikasikasikan,yangkemudian di kenal dengan Komputer IAS (Computer
of Institute for Advanced Studies)
Struktur
komputer IAS terdiri dari:
·
Memori Utama, untuk menyimpan
data maupun instruksi.
·
Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk
mengolah data binner
·
Control Unit , untuk melakukan
interpretasi instruksi – instruksi di dalam memorisehingga adanya eksekusi
instruksi tersebut.
·
I/O,
untuk berinteraksi dengan lingkungan luar
2.1.2 Generasi
Kedua : Transistor (1955 – 1965)
Sejak pesatnya
teknologi semikonduktor hingga menghasilkan komponentransistor membawa perubahan besar pada dunia komputer.
Komputer era ini tidak lagimenggunakan tabung vakum yang
memerlukan daya operasional besar, tabung – tabungitu digantikan komponen kecil
bernama transistor. Konsumsi daya listrik amat kecil dan bentuknyapun
relative kecil.Transistor ditemukan di Bell
Labs pada tahun 1947 dan tahun 1950 telahmeluncurkan revolusi elektronika modern. IBM sebagai perusahaan pertama
yangmeluncurkan produk komputer
dengan transistor sehingga tetap mendominasi pangsa pasar komputer. NCR dan RCA adalah
perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil saat
itu, kemudian diikuti IBM dengan mengeluarkan seri 7000-nya.Dengan adanya transistor membuat hardware komputer
saat itu makin cepat prosesnya, lihat Tabel 2.1. Memori makin besar
kapasitasnya namun makin kecil bentuknya.
Generasi dua ini juga terdapat perubahan perkembangan pada ALU yangmakin kompleks, lahirnya bahasa pemrograman
tingkat tinggi maupun tersedianyasoftware sistem operasi.Generasi kedua juga ditandai munculnya Digital
Equipment Corporation (DEC)tahun 1957 dan meluncurkan komputer pertamanya,
yaitu PDP 1. Komputer ini sangat penting bagi perkembangan komputer
generasi ketiga.
2.1.3 Generasi
Ketiga : Integrated Circuits (1965 – 1980)
Pada tahun 1958
terjadi revolusi elektronika kembali, yaitu ditemukannya
integrated
circuit (IC) yang
merupakan penggabungan komponen – komponenelektronika
dalam suatu paket. Dengan ditemukan IC ini semakin mempercepat proseskomputer,
kapasitas memori makin besar dan bentuknya semakin kecil.
IBM System/360
Tahun 1964 dikeluarkan IBM System/360 yang telah menggunakan teknologi IC.
Dalamsatu dekade IBM menguasai 70% pasaran komputer.Sistem 360 merupakan kelompok komputer pertama yang terencana.
Banyak model dalam arsitektur
360 ini dan saling kompatibel. Hal ini sangat menguntungkankonsumen, karena
konsumen dapat menyesuaikan dengan kebutuhan maupun harganya.Pengembangan (upgrading ) dimungkinkan dalam komputer ini.
Karakteristik komputer kelompok
ini adalah sebagai berikut :
·
Set Instruksi Mirip atau
Identik , dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan
menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitassystem
maupun perangkat kerasnya.
·
Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini
merupakan feature yang menguntungkanKonsumen sehingga apabila kebutuhan
menuntut penggantian komputer tidak kesulitandalam system operasinya karena
sama.
·
Kecepatan yang meningkat, model
– model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan tinggi
untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.
·
Ukuran Memori yang lebih besar, semakin
tinggi modelnya akan diperoleh semakinBesar memori yang digunakan.
·
Harga yang meningkat, semakin tinggi
modelnya maka harganya semakin mahal.
2.1.4 Generasi
Keempat : Very Large Scale Integration (1980 - ????)
Era keempat
perkembangan genarasi komputer ditandai adanya VLSI. PaketVLSI dapat menampung
10.000 komponen lebih per kepingnya dengan kecepatanoperasi mencapai 100juta operasi per detiknya. mengilustrasikan perkembangan
mikroprosesor Pentium terhadap jumlah transistor per kepingnya.Masa – masa ini
diawali peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004. Mikroprosesor 4004 dapat menambahkan dua bilangan 4 bit dan
hanya dapat mengalikan dengan cara pengulangan penambahan. Memang masih
primitif, namun mikroprosesor ini tonggak perkembangan mikroprosesor
– mikroprosesor canggih saat ini. Tidak ada ukuran pastidalam melihat
mikroprosesor, namun ukuran terbaik adalah lebar bus data, jumlah bitdata yang
dapat dikirim diterima mikroprosesor. Ukuran lain adalah
jumlah
bit dalam register. .Tahun 1972
diperkenalkan dengan mikroprosesor 8008 yang merupakanmikroprosesor 8 bit. Mikroprosesor ini lebih
kompleks instruksinya tetapi lebih cepat prosesnya dari
pendahulunya. Kemudian Bells dan HP menciptakan mikroprosesor 32 bit pada
1981, sedangkan Intel baru mengeluarkan tahun 1985 dengan mikro prosesor 80386.
2.2 Perancangan
Kinerja
Kinerja sebuah sistem komputer
merupakan hasil proses dari seluruh komponenkomputer, yang melibatkan CPU,
memori utama, memori sekunder, bus, peripheral. Darisegi perkembangan program aplikasipun sangat menakjubkan.
Aplikasi
dekstop yanghampir dimiliki semua sistem
komputer saat ini meliputi:
·
Pengolahan citra
·
Pengenalan voice atau pembicaraan
·
Video conference
·
Mulitimedia
Transfer dataYang menakjubkan lagi adalah dari sudut pandang organisasi dan
arsitektur computer saat ini
adalah mirip dengan komputer IAS yang dibuat sekitar 50 tahun lalu,namun
perkembangan dan kecanggihannya dapat kita rasakan sekarang ini. Peningkatankinerja mikroprosesor ini terus berlanjut tidak
kenal henti dengan berbagai teknik yangtelah dikembangkan, diantaranya :
·
Branch Prediction, teknik
dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahuludi dalam software dan
melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yangakan dieksekusi
berikutnya.
·
Data Flow Analysis, prosesor
akan menganalisa instruksi – instruksi yang tidak tergantung pada hasil
atau data lainnya untuk membuat penjadwalan yang optimumdalam eksekusi.
·
Speculative Execution, dengan modal
prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor Dapat melakukan eksekusi
spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.Perkembangan
mikroprosesor, dilihat dari kapasitas operasi dan kecepatannyasangatlah
pesat.
Perkembangan mikroprosesor ini sulit
diimbangi oleh komponen lainnyasemisal
memori. Hal ini menimbulkan masalah kesenjangan dan kurang sinkronnyaoperasi antar komponen. Perhatikan laju
perkembangan prosesor dibandingkan memori utama.
2.3 Contoh Evolusi Komputer
Evolusi komputer yang akan
dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Inteldan PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi
pasarandan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex
instruction set computers) dalam
arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yangmenerapkan teknologi RISC (reduced instruction set
computers).
Detail tentang
CISCdan RISC akan dijelaskan dalam matakuliah Arsitektur CPU.
BAB
III
Struktur CPU
3.1 Komponen Utama CPU
CPU merupakan komponen terpenting
dari sistem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan
instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.Dalam mewujudkan fungsi dan
tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU dan struktur detail internalCPU tersusun
atas beberapa komponen, yaitu :
·
Arithmetic and Logic
Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan datakomputer.
ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian inimengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin
yang diberikan padanya. Sepertiistilahnya,ALU terdiri dari dua bagian,
yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing
memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
·
Control
Unit bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrolkomputer sehingga
terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi –
fungsioperasinya. Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil
instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi
tersebut.
·
Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang
digunakan saat proses pengolahan data.Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data
saat diolahataupundata untuk pengolahan selanjutnya.
·
CPU Interconnections, adalah sistem
koneksi dan bus yang menghubungkan komponeninternalCPU, yaitu ALU, unit kontrol
dan register – register dan juga dengan bus – bus eksternalCPUyang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti
memori utama, pirantimasukan/keluaran.
3.2 Fungsi CPU
Fungsi CPU adalah penjalankan
program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut
danmengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.Untuk memahami
fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program.
Pandangan paling sederhana proses eksekusi programadalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang
terdiri dari dua langkah, yaitu :Operasi pembacaan instruksi ( fetch
) dan operasi pelaksanaan instruksi ( execute).
Siklus instruksi yang terdiri dari
siklus fetch dan siklus eksekusi dan Siklus instruksi dasar .
3.2.1 Siklus Fetch - Eksekusi
Pada setiap siklus instruksi, CPU
awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapatregister dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi
selanjutnya,yangdisebut
Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPUmembacainstruksi.Instruksi
– instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi
– instruksi ini dalam bentuk kode –
kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPUkemudiandilakukan aksi
yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori,yaitu:
·
CPU – Memori, perpindahan data dari
CPU ke memori dan sebaliknya.
·
CPU –I/O, perpindahan data dari CPU
ke modul I/O dan sebaliknya.
·
Pengolahan Data , CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan
logika terhadap data.
·
Kontrol , merupakan
instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya
instruksi pengubahan urusan eksekusi.
Perlu diketahui
bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih darisebuahreferensi
ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu
operasiI/O.
Berikut ini yang merupakan detail
siklus operasi, yaitu :
·
Instruction
Addess Calculation (IAC) , yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamatinstruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya
melibatkan penambahan bilangan tetap kealamatinstruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit
padahal memorimemiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat
sebelumnya.
·
Instruction Fetch (IF), yaitu
membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinyake CPU.
·
Instruction Operation Decoding
(IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenisoperasi yang akan
dibentuk dan operand yang akan digunakan.
·
Operand Address
Calculation (OAC), yaitu
menentukan alamat operand, hal inidilakukanapabila melibatkan
referensi operand pada memori.
·
Operand Fetch (OF), adalah mengambil
operand dari memori atau dari modul I/O.
·
Data Operation (DO), yaitu
membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.
·
Operand store (OS), yaitu menyimpan
hasil eksekusi ke dalam memori.
3.2.2 Fungsi
Interrupt
Fungsi interupsi adalah mekanisme
penghentian atau pengalihan pengolahan instruksidalam CPU kepada routine
interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memilikimekanisme yang dapat
menginterupsi kerja CPU.Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen
pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan
modul – modul I/O maupun memori. Setiap komponenkomputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali
terletak padaCPUdisamping itu
kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga denganadanyafungsi
interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Macam – macam kelas
sinyal interupsi. Antara lain :
·
Program , yaitu interupsi yang
dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi padahasil eksekusi program.
Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi illegal.
·
Timer , adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal
inimemungkinkansistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara regular.
·
I/O , sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan
pemberitahuankondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
·
Hardware failure adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan
daya ataukesalahan paritas memori.Dengan adanya mekanisme
interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusiinstruksi – instruksi lain.
Saat suatu modul telah selesai menjalankan
tugasnya dan siapmenerimatugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke
prosesor.Kemudian prosesor akan
menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routineinterupsi.Setelah
program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi
programnyakembali.Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan
tindakan, yaitu interupsi
BAB
IV
MEMORI
4.1 Operasi
Sel Memori
Elemen dasar memori adalah sel
memori. Walaupun digunakan digunakan sejumlahteknologi elektronik, seluruh sel
memori memiliki sifat – sifat tertentu seperti berikut :
·
Sel memori memiliki dua keadaan
stabil (atau semi-stabil), yang dapat digunakan untuk merepresentasikan
bilangan biner 1 atau 0.
·
Sel memori mempunyai kemampuan untuk
ditulisi (sedikitnya satu kali).
·
Sel memori mempunyai kemampuan untuk
dibaca.
Umumnya sel memori mempunyai
tigaterminal fungsi yang mampu membawa sinyal listrik. Terminal select berfungsi
memilih operasi tulis atau baca. Untuk penulisan, terminal lainnya menyediakan
sinyal listrik yang menset.
4.2
Karakteristik Sistem Memori
Untuk mempelajari sistem memori
secara keseluruhan, harus mengetahui karakteristik – karakteristik
kuncinya. Karakteristik penting sistem memori komputer Karakteristik
Macam/ KeteranganLokasi 1. CPU2. Internal (main)3. External
(secondary)Kapasitas 1. Ukuran word2. Jumlah wordSatuan transfer 1. Word2.
Block Metode akses 1. Sequential access2. Direct access3. Random access4.
Associative accessKinerja 1. Access time2. Cycle time3. Transfer rateTipe fisik
1. Semikonduktor 2. Magnetik Karakteristik fisik 1.
Volatile/nonvolatile2. . Erasable/nonerasableDilihat dari lokasi , memori
dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu register, memoriinternal dan memori
eksternal. Register berada di dalam chip prosesor, memori inidiakses29langsung
oleh prosesor dalam menjalankan operasinya. Register digunakan
sebagaimemorisementara dalam perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor.
Memori internaladalahmemori yang berada diluar chip prosesor namun
mengaksesannya langsung oleh prosesor.Memori internal dibedakan menjadi
memori utama dan cache memori. Memori eksternaldapatdiakses oleh prosesor
melalui piranti I/O, memori ini dapat berupa disk maupun pita.Karakteristik
lainnya adalah kapsitas.
Kapasitas memori internal maupun
eksternal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte (1 byte = 8 bit)
atau word. Panjang wordumumnya 8, 16,32 bit Memori eksternal biasanya lebih
besar kapasitasnya daripada memori internal, halinidisebabkan karena teknologi
dan sifat penggunaannya yang berbeda.Karakteristik berikutnya adalah satuan
transfer.
Bagi memori internal, satuan tranfer
sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori.
Jumlah saluran inisering kali sama dengan panjang word, tapi dimungkinkan juga
tidak sama. Berikut ini Tiga konsep yang berhubungan dengan satuan
transfer :
·
Word, , merupakan satuan “alami”
organisasi memori. Ukuran word biasanya samadengan jumlah bit yang digunakan
untuk representasi bilangan dan panjang instruksi.
·
Addressable units, pada sejumlah
sistem, adressable units adalah word. Namun terdapatsistem dengan pengalamatan
pada tingkatan byte. Pada semua kasus hubungan antara panjang A suatu
alamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A =N.
·
Unit of tranfer, adalah jumlah bit
yang dibaca atau dituliskan ke dalam memori padasuatu saat. Pada memori
eksternal, tranfer data biasanya lebih besar dari suatu word,yang disebut
dengan block.
4.3 Keandalan
Memori
Untuk memperoleh keandalan sistem
ada tiga pertanyaan yang diajukan: Berapa banyak ?Berapa cepat? Berapa
mahal?Pertanyaan berapa banyak adalah sesuatu yang sulit dijawab, karena
berapapun kapasitasmemori tentu aplikasi akan menggunakannya. Jawaban pertanyaan
berapa cepat adalahmemoriharus mempu mengikuti kecepatan CPU sehingga terjadi
sinkronisasi kerja antar CPUdanmemori tanpa adanya waktu tunggu karena komponen
lain belum selesai prosesnya.Mengenaiharga, sangatlah relatif. Bagi produsen
selalu mencari harga produksi paling murah tanpamengorbankan kualitasnya untuk
memiliki daya saing di pasaran.Hubungan harga, kapasitas dan waktu akses adalah
sebagai berikut :
·
Semakin kecil waktu akses, semakin
besar harga per bitnya.
·
Semakin besar kapasitas, semakin kecil
harga per bitnya.
·
Semakin besar kapasitas, semakin
besar waktu aksesnya.
Dilema yang dihadapi para perancang
adalah keinginan menerapkan teknologi untuk kapasitas memori yang besar
karena harga per bit yang murah namun hal itu dibatasi olehteknologi dalam
memperoleh waktu akses yang cepat. Salah satu pengorganisasianmasalah iniadalah
menggunakan
hirarki memori. Namun apabila
Hirarki menurun hal berikut yang akan terjadi :
·
Penurunan harga/bit.
·
Peningkatan kapasitas.
·
Peningkatan waktu akses.
·
Penurunan frekuensi akses memori
oleh CPU.
4.4 Satuan
Memori
Satuan pokok memori adalah digit
biner, yang disebut bit. Suatu bit dapat berisi sebuahangka 0 atau 1. Ini
adalah satuan yang paling sederhana. Memori juga dinyatakan dalam byte
(1 byte = 8 bit). Kumpulan byte dinyatakan dalam word. Panjang word yang
umum adalah8, 16,dan 32 bit.Tabel 4.3 Tingkatan satuan memoriSymbol Number of
bytesKilobytes Kb 2e10 1024Megabyte Mb 2e20 1,048,576Gigabyte Gb 2e30
1,073,741,824Terabyte Tb 2e40 1,099,511,627.
4.5 Memori
Utama Semikonduktor
Pada komputer lama, bentuk umum
random access memory untuk memori utama adalahsebuah piringan ferromagnetik
berlubang yang dikenal sebagai core , istilah yang tetapdipertahankan hingga
saat ini.
4.5.1 Jenis
Memori Random Akses
Semua jenis memori yang dibahas pada
bagian ini adalah berjenis random akses, yaitudata secara langsung diakses
melalui logik pengalamatan wired-in. Hal yang membedakan karakteristik RAM
( Random Access Memory ) adalahdimungkinkannya pembacaan dan penulisan
data ke memori secara cepat dan mudah.Aspek lainadalah RAM bersifat volatile , sehingga RAM hanya menyimpan
data sementara.Teknologi yang berkembang saat ini adalah statik dan
dinamik.
RAM dinamik disusun oleh
sel – sel yangmenyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Karena
kapasitor memilikikecenderunganalami untuk mengosongkan muatan, maka RAM
dinamik memerlukan pengisian muatanlistrik secara periodik untuk
memelihara penyimpanan data. Pada RAM dinamik , nilai biner disimpandengan
menggunakan konfigurasi gate logika flipflop tradisional. RAM statik
akanmenyimpandata selama ada daya listriknya.RAM statik maupun dinamik adalah
volatile. , tetapi RAM dinamik lebih sederhana danrapat sehingga lebih murah.
RAM dinamik lebih cocok untuk kapasitas memori besar,namunRAM statik umumnya
lebih cepat.
4.5.2
Pengemasan (Packging)
Pengemasan
(Packging) merupakan keping 8Mbit yang
diorganisasi sebagai 1Mx8. Dalam kasus ini, organisasi dianggap sebagaikemasan satu
word per keping. Kemasan terdiri dari 32 pin, yang merupakan salah satu
ukurankemasankeping standar.
Pin – pin tersebut mendukung saluran
– saluran sinyal beikut ini :
·
Alamat word yang sedang diakses.
Untuk 1M word, diperlukan sejumlah 20 buah (220= 1M).
·
Data yang akan dibaca, terdiri dari
8 saluran (D0 –D7).
·
Satu daya keping adalah Vcc.
·
Pin grounding Vss
·
Pin chip enable (CE). ). Karena
mungkin terdapat lebih dari satu keping memori yangterhubung pada bus yang sama
maka pin CE digunakan untuk mengindikasikan validatau tidaknya pin ini. Pin CE
diaktifkan oleh logik yang terhubung dengan bit berordetinggi bus alamat (
diatas A19).
·
Tegangan program (Vpp).
4.5.3 Koreksi
Error
Dalam melaksanakan fungsi
penyimpanan, memori semikonduktor dimungkinkanmengalami kesalahan. Baik
kesalahan berat yang biasanya merupakan kerusakan fisik memorimaupun
kesalahan ringan yang berhubungan data yang disimpan. Kesalahan ringan
dapatdikoreksi kembali. Untuk mengadakan koreksi kesalahan data yang disimpan
diperlukanduamekanisme, yaitu mekanisme pendeteksian kesalahan dan mekanisme
perbaikan kesalahan.
4.6 Cache
Memori
Cache memori difungsikan mempercepat
kerja memori sehingga mendekati kecepatan prosesor. Konsepnya. Dalam organisasikomputer,memori utama lebih
besar kapasitasnya namun lambat operasinya, sedangkan
cachememori berukuran kecil namun lebih cepat. Cache memori berisi salinan
memori utama.Pada saat CPU membaca sebuah word memori, maka dilakukan
pemeriksaan untuk mengetahui apakah word tersebut berada dalam cache
memori. Bila ada dalam cachememorimaka dilakukan pengiriman ke CPU, bila tidak
dijumpai maka dicari dalam memoriutama,selanjutnya blok yang berisi sejumlah
word tersebut dikirim ke cache memori dan wordyangdiminta CPU dikirimkan ke CPU
dari cache memori. Karena fenomena lokalitasreferensi, ketika blok data
diberikan ke dalam cache memori, terdapat kemungkinan bahwa
word-word berikutnyayang berada dalam satu blok akan diakses oleh CPU.
Konsep ini yang menjadikan kinerjamemori lebih baik. Hubungan cache
memoriSehingga dapat disimpulkan bahwa kerja cache adalah antisipasi terhadap
permintaandata memori yang akan digunakan CPU. Apabila data diambil langsung
dari memoriutama bahkan memori eksternal akan memakan waktu lama yang
menyebabkan status tunggu pada prosesor.Ukuran cache memori adalah
kecil, semakin besar kapasitasnya maka akanmemperlambat proses operasi cache
memori itu sendiri, disamping harga cache memori yang sangat mahal.
4.7 Elemen
Rancangan
Walaupun terdapat banyak implementasi
cache, namun dari sisi organisasi maupunarsitekturnya tidak banyak macamnya. Kapasitas
-Ukuran blok –Mapping
·
Direct Mapping, Assosiative Mapping , Set
Assosiative Mapping, Algoritma pengganti.
·
Least recently used ( LRU),
First in first out (FIFO), Least frequently used (LFU),
Random
·
Write Policy Write Througth, Write Back ,
Write OnceJumlah Cache.
·
Singe atau dua level, Unified atau
split41
4.7.1
Kapasitas Cache
Menentukan ukuran memori cache
sangatlah penting untuk mendongkrak kinerjakomputer. Dari segi harga cache
sangatlah mahal tidak seperti memori utama. Semakin besar kapasitas
cache tidak berarti semakin cepat prosesnya, dengan ukuran besar akan
terlalu banyagate pengalamatannya sehingga akan memperlambat proses.Kita
bisa melihat beberapa merek prosesor di pasaran beberapa waktu lalu.
AMDmengeluarkan prosesor K5 dan K6 dengan cache yang besar (1MB) tetapi
kinerjanyatidak bagus.Kemudian Intel pernah mengeluarkan prosesor tanpa cache
untuk alasan harga yangmurah, yaituseri Intel Celeron pada tahun 1998-an hasil
kinerjanya sangat buruk terutama untuk operasi data besar, floating
point, 3D. Intel Celeron versi berikutnya sudah ditambah cache
sekitar 128KB.Lalu berapa idealnya kapasitas cache? Sejumlah penelitian
telah menganjurkan bahwaukuran cache antara 1KB dan 512KB akan lebih optimum
[STA96].
4.7.2 Ukuran
Blok
Elemen rancangan yang harus
diperhatikan lagi adalah ukuran blok. Telah dijelaskanadanya sifat lokalitas
referensi maka nilai ukuran blok sangatlah penting. Apabila blok berukuran besar
ditransfer ke cache akan menyebabkan hit ratio mengalami penurunan
karena banyaknyadata yang dikirim disekitar referensi. Tetapi apabila
terlalu kecil, dimungkinkan memoriyangakan dibutuhkan CPU tidak tercakup. Apabila
blok berukuran besar ditransfer ke cache,makaakan terjadi :
1. Blok – blok yang berukuran lebih
besar mengurangi jumlah blok yang menempaticache. Karena isi cache sebelumnya
akan ditindih.
2. Dengan meningkatnya ukuran blok
maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta,
sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya digunakancepat.Hubungan antara
ukuran blok dan hit ratio sangat rumit untuk dirumuskan, tergantung pada
karakteristik lokalitas programnya dan tidak terdapat nilai optimum yang pasti
telahditemukan. Ukuran antara 4 hingga 8 satuan yang dapat dialamati (word atau
byte) cukup beralasan untuk mendekati nilai optimum [STA96].
4.7.3 Fungsi
Pemetaan (Mapping)
Telah kita ketahui bahwa cache
mempunyai kapasitas yang kecil dibandingkan memoriutama. Sehingga diperlukan
aturan blok – blok mana yang diletakkan dalam cache.Terdapat tigametode, yaitu
pemetaan langsung, pemetaan asosiatif, dan pemetaan asosiatif set.
Pemetaan langsung adalah teknik yang
paling sederhana, yaitu teknik ini memetakan blok memori utama hanya ke
sebuah saluran cache saja.
4.7.4
Algoritma Penggantian
Yang dimaksud Algoritma Penggantian
adalah suatu mekanisme pergantian blok – blok dalam memori cache yang lama
dengan data baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukanalgoritma ini,
namun dalam pemetaan asosiatif dan asosiatif set, algoritma ini
mempunyai peranan penting untuk meningkatkan kinerja cache memori.Banyak
algoritma penggantian yang telah dikembangkan, namun dalam buku ini
akandijelaskan algoritma yang umum digunakan saja. Algoritma yang paling
efektif adalah Least Recently Used (LRU), yaitu mengganti blok data yang terlama
berada dalam cache dantidak memiliki referensi.
Algoritma lainnya adalah First
In First Out (FIFO), yaitu mengganti blok datayang awal masuk.
Kemudian Least Frequently Used (LFU) adalah mengganti blok
datayangmempunyai referensi paling sedikit. Teknik lain adalah algoritma Random,
yaitu penggantiantidak berdasakan pemakaian datanya, melainkan berdasar
slot dari beberapa slot kandidatsecara acak.
4.7.5 Write
Policy
Apabila suatu data telah diletakkan
pada cache maka sebelum ada penggantian harusdicek apakah data tersebut telah
mengalami perubahan. Apabila telah berubah maka data padamemori utama
harus di-update. Masalah penulisan ini sangat kompleks, apalagi
memoriutama48dapat diakses langsung oleh modul I/O, yang memungkinkan data pada
memori utama berubah,lalu bagaimana dengan data yang telah dikirim pada
cache? Tentunya perbedaan inimenjadikandata tidak valid.Teknik yang dikenalkan
diantaranya, write through, yaitu operasi penulisan melibatkandata pada memori
utama dan sekaligus pada cache memori sehingga data selalu valid.Kekurangan
teknik ini adalah menjadikan lalu lintas data ke memori utama dan
cachesangattinggi sehingga mengurangi kinerja sistem, bahkan bisa terjadi
hang.Teknik lainnya adalah write back penggantian blok data cache maka
barudiadakan penulisan pada memori utama. Masalah yang timbul adalah manakala
data dimemoriutama belum di-update telah diakses modul I/O sehingga data di
memori utama tidak valid.Penggunaan multi cache terutama untuk multi
prosesor adan menjumpai masalah yanglebih kompleks. Masalah validasi data tidak
hanya antara cache dan memori utama saja,namunantar cache juga harus
diperhatikan. Pendekatan penyelesaian masalah yang dapatdilakukanadalah dengan
:
·
Bus Watching with Write
Through, yaitu setiap cache controller akan memonitoring busalamat untuk
mendeteksi adanya operasi tulis. Apabila ada operasi tulis di alamat
yangdatanya digunakan bersama maka cache controller akan menginvalidasi data
cache-nya.
·
Hardware Transparency, yaitu
adanya perangkat keras tambahan yang menjaminsemua updating data memori utama melalui
cache direfleksikan pada seluruh cacheyang ada.
·
Non Cacheable Memory, yaitu hanya
bagian memori utama tertentu yang digunakansecara bersama. Apabila ada
mengaksesan data yang tidak di share merupakankegagalan cache.
4.7.6. Jumlah
Cache
Terdapat dua macam letak cache.
Berada dalam keping prosesor yang disebut on chipcache atau cache internal.
Kemudian berada di luar chip prosesor yang disebut off chipcache atau cache
eksternal.Cache internal diletakkan dalam prosesor sehingga tidak memerlukan
bus eksternal akibatnya waktu aksesnya akan cepat sekali, apalagi panjang
lintasan internal bus prosesor sangat pendek untuk mengakses cache
internal. Cache internal selanjutnya disebut cache tingkat 1(L1).Cache
eksternal berada diluar keping chip prosesor yang diakses melalui bus eksternal.
Cache eksternal selanjutnya disebut cache tingkat 2(L2).Selanjutnya terdapat
perkembangan untuk memisah cache data dan cache instruksi yang disebut unified
cache.
BAB
V
Peralatan Penyimpanan Data
5.1 Magnetik
Disk
Disk adalah piringan bundar yang
terbuat dari bahan tertentu (logam atau plastik) dengan permukaan dilapisi
bahan yang dapat di magnetisasi. Mekanisme baca/tulis
menggunakankepala baca atau tulis yang disebut head, merupakan komparan
pengkonduksi (conducting coil ). Desainfisiknya, head bersifat stasioner
sedangkan piringan disk berputar sesuai kontrolnya.
Layout data pada disk
Terdapat duametode layout data pada disk, yaitu: constant angular velocity dan
multiple zoned recording. Disk diorganisasi dalam bentuk cincin –
cincin konsentris yang disebut track. Tiap track padadisk dipisahkan oleh
gap, Fungsi gap untuk mencegah atau mengurangi kesalahan
pembacaanmaupun penulisan yang disebabkan melesetnya head atau karena
interferensi medan magnet.Sejumlah bit yang sama akan menempati track – track
yang tersedia. Semakin ke dalamdisk maka kerapatan ( density) disk akan
bertambah besar. Data dikirim ke memori inidalam bentuk blok, umumnya blok
lebih kecil kapasitasnya daripada track. Blok – blok datadisimpandalam disk
yang berukuran blok, yang disebut sector. Sehingga track biasanya
terisi beberapasector, umumnya 10 hingga 100 sector tiap
tracknya.Bagaimana mekanisme membacaan maupun penulisan pada disk ? Head harus
bisamengidentifikasi titik awal atau posisi – posisi sector maupun track.
Caranya data yangdisimpanakan diberi header data tambahan yang menginformasikan
letak sector dan track suatudata.Tambahan header data ini hanya digunakan oleh
sistem disk drive saja tanpa bisa diaksesoleh pengguna.
5.2 RAID
Telah dijelaskan diawal bahwa
masalah utama sistem memori adalah mengimbangi lajukecepatan CPU. Beberapa
teknologi dicoba dan dikembangkan, diantaranyamenggunakankonsep akses paralel
pada disk.RAID ( Redundancy Array of Independent Disk ) merupakan
organisasi disk memori yangmampu menangani beberapa disk dengan sistem akses
paralel dan redudansi ditambahkanuntuk meningkatkan reliabilitas. Karena
kerja paralel inilah dihasilkan resultan kecepatan disk yanglebih cepat.
Teknologi database sangatlah penting dalam model disk ini
karena pengontrol disk harus mendistribusikan data pada sejumlah disk
dan juga membacaan kembali.Karakteristik umum disk RAID:
·
RAID adalah sekumpulan disk drive
yang dianggap sebagai sistem tunggal disk.
·
Data didistribusikan ke drive fisik
array.
·
Kapasitas redudant disk digunakan
untuk menyimpan informasi paritas, yang menjaminrecoveribility data ketika
terjadi masalah atau kegagalan disk.
Jadi RAID merupakan salah satu
jawaban masalah kesenjangan kecepatan disk memoridengan CPU dengan cara
menggantikan disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk
– disk berkapasitas kecil dan mendistribusikan data pada disk –
disk tersebut sedemikian rupasehingganantinya dapat dibaca kembali.
5.3 Optical
Disk
Pada tahun 1980, Philips dan Sony
mengembangkan CD (Compact Disk ). Detail teknis produk ini
dipublikasikan dalam international standard resmi pada tahun 1983
yang populer disebut red book. CD merupakan disk yang tidak dapat
dihapus, mampu menyimpanmemorikurang lebih 60 menit informasi audio pada salah
satu sisinya. Keberhasilan secarakomersial CDyang mampu menyimpan data dalam
jumlah yang besar, menjadikannya media penyimpan yangfleksibel digunakan
di berbagai peralatan seperti komputer, kamera video, MP3 player,dan
lainlain.60Sejak dipublikasikan sampai dengan saat ini, terdapat bermacam-macam
variasi sesuaidengan penggunaan dan teknologinya.
CD ( Compact disk), Suatu disk yang
tidak dapat dihapus yang menyimpaninformasi audio yang telah didigitasi. Sistem
standar menggunakan disk 12cm yang dapat merekam lebih dari 60 menit waktu
putar tanpa terhenti.
CD – ROM (Compact Disk Read-Only
Memory), Disk yang tidak dapat dihapus untuk menyimpan data komputer.
Sistem standar menggunakan disk 12 cm yangdapat menampung lebih dari 550 Mbyte.
CD – R (Compact Disk
Recordables), Merupakan CD untuk penggunaan khusus, biasanya untuk master
CD dan photo CD. Lapisan reflektif terbuat dariemas sehingga berwarna kuning.
Kapasitas sama dengan CD lainnya.
CD – RW (Digital Video Rewritables),
Merupakan generasi CD yang dapat ditulis berulang kali namun belum populer
saat ini karena masih relatif mahal.
DVD ( Digital Vesatile
Disk ), Salah satu jenis CD yang memiliki pit data lebihkecil, spiral data
yang lebih rapat sehingga kapasitasnya sangat besar, bisamencapai 4,7GB untuk
sisi tunggal dan berlapis tunggal.Laser optis yangdigunakan adalah laser merah
yang berukuran lebih kecil dari CD biasa.Kualitas yang dihasilkan juga lebih
baik dari CD model lain.
5.4 Pita
Magnetik
Sistem pita magnetik menggunakan
teknik pembacaan dan penulisan yang identik dengansistem disk magnetik.Medium
pita magnetik berbentuk track – track paralel, sistem pita lama berjumlah 9
buahtrack sehingga memungkinkan penyimpanan satu byte sekali simpan dengan satu
bit paritas padatrack sisanya. Sistem pita baru menggunakan 18 atau 36
track sebagai penyesuaianterhadap lebar word dalam format digital.Seperti
pada disk, pita magnetik dibaca dan ditulisi dalam bentuk blok – blok
yang bersambungan (kontinyu) yang disebut physical record.
BAB
VI
Unit Masukan
& Keluaran
6.1 Sistem
Masukan & Keluaran Komputer
Bagaimana modul I/O dapat menjalankan
tugasnya, yaitu menjembatani CPU danmemori dengan dunia luar merupakan hal yang
terpenting untuk kita ketahui. Intimempelajarisistem I/O suatu komputer adalah
mengetahui fungsi dan struktur modul I/O
6.1.1 Fungsi
Modul I/O
Modul I/O adalah suatu komponen
dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah
perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran
dataantara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register
– register CPU.Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal
dengan komputer (CPU danmemoriutama) dan antarmuka dengan perangkat
eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontrolan.Fungsi dalam
menjalankan tugas bagi modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa katagori,yaitu:
·
Kontrol dan pewaktuan
·
Komunikasi CPU
·
Komunikasi perangkat eksternal
·
Pem-buffer-an data
·
Deteksi kesalahan.Fungsi kontrol dan
pewaktuan (control & timing ) merupakan hal yang penting
untuk mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun computer.
Dalam sekaliwaktu
CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak
menentu dankecepatantransfer komunikasi data yang beragam, baik dengan
perangkat internal seperti register – register,memori utama, memori
sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut bisa berjalanapabila adafungsi
kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan. Contoh
kontrol pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O
dapat meliputilangkah – langkah berikut ini :681 Permintaan dan
pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.2 Modul I/O memberi jawaban
atas permintaan CPU.3 Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer
data, maka CPU akanmengirimkan perintah ke modul I/O.4 Modul I/O akan menerima
paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.5 Selanjutnya data dikirim
ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dankecepatan transfer oleh
modul I/O sehingga paket – paket data dapat diterima CPUdengan baik.Transfer
data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus, maka interaksi CPU danmodul
I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau
lebih.Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses –
proses berikut :
·
Command Decoding, yaitu modul I/O
menerima perintah – perintah dari CPU yangdikirimkan sebagai sinyal bagi bus
kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk dapat menerima perintah:
Read sector, Scan record ID, Format disk .
·
Data, pertukaran data
antara CPU dan modul I/O melalui bus data.
·
Status Reporting, yaitu pelaporan
kondisi status modul I/O maupun perangkat peripheral, umumnya berupa
status kondisi Busy atau Ready Juga status bermacam – macam kondisi
kesalahan ( error).
·
Address Recognition, bahwa peralatan
atau komponen penyusun komputer dapatdihubungi atau dipanggil maka harus
memiliki alamat yang unik, begitu pula pada perangkat peripheral, sehingga
setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheralyang dikontrolnya.Pada sisi
modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputikomunikasi
data, kontrol maupun status.
6.1.2 Struktur
Modul I/O
Terdapat berbagai macam modul I/O
seiring perkembangan komputer itu sendiri,contoh yang sederhana dan fleksibel
adalah Intel 8255A yang sering disebut PPI(Programmable Peripheral Interface). Bagaimanapun
kompleksitas suatu modul I/O,terdapat kemiripan struktur.
6.2 Teknik
Masukan/Keluaran
Terdapat tiga buah teknik dalam
operasi I/O, yaitu: I/O terprogram, interrupt – driven I/O, dan DMA
( Direct Memory Access). Ketiganya memiliki keunggulan maupunkelemahan,yang
penggunaannya disesuaikan sesuai unjuk kerja masing – masing teknik.
6.2.1 I/O
Terprogram
Pada I/O terprogram, data saling
dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPUmengeksekusi program yang memberikan
operasi I/O kepada CPU secara langsung,seperti pemindahan data, pengiriman
perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat.Kelemahan teknik ini
adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukanmodul I/O sehingga
akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses operasinya.Dalamteknik ini,
modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses
– proses yangdiinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan
tanggung jawab CPU sampai operasilengkapdilaksanakan.Untuk melaksanakan
perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamatagi modul I/O dan
perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus
dansebuah perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi
perintah I/O, yaitu:
1. Perintah
control, Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan
memberitahukantugas yangdiperintahkan padanya.
2.
Perintah test, Perintah ini
digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O
dan peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam
keadaan aktif dansiapdigunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O
yang dijalankan serta mendeteksikesalahannya.
3.
Perintah read, Perintah pada modul
I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh
dalam buffer internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui
bus data setelah terjadisinkronisasi datamaupun kecepatan transfernya.
4. Perintah
write, perintah ini kebalikan dari read.
6.2.2
Interrupt – Driven I/O
Teknik interrupt – driven I/O
memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu.Prosesnya adalah CPU
mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintahI/O
dijalankan modul I/O maka CPU akan
melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya.Apabilamodul I/O telah selesai
menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukaninterupsi pada
CPU bahwa tugasnya telah selesai.Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi
tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori maupun
pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat selangkahkemajuandari teknik
sebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa perintah
sekaligussehinggatidak ada waktu tunggu bagi CPU.Cara kerja teknik interupsi di
sisi modul I/O adalah modul I/O menerima perintah, missal, read.
Kemudian modul I/O melaksanakan
perintah pembacaan dari peripheral danmeletakkan paket data ke register
data modul I/O, selanjutnya modul mengeluarkan sinyal interupsike CPUmelalui
saluran kontrol. Kemudian modul menunggu datanya diminta CPU.
Saat permintaanterjadi, modul meletakkan data pada bus data dan modul siap
menerima perintahselanjutnya.Pengolahan interupsi saat perangkat I/O telah
menyelesaikan sebuah operasi I/O adalahsebagai berikut :
1. erangkat
I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.
2.
CPU menyelesaikan operasi yang
sedang dijalankannya kemudian merespon interupsi.
3. CPU
memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan sinyal acknowledgment
ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.
6..2.3 Direct
Memory Access (DMA)
Teknik yang dijelaskan sebelumnya
yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/Omemiliki kelemahan, yaitu proses
yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPUsecaralangsung. Hal ini
berimplikasi pada :
·
Kelajuan transfer I/O yang
tergantung pada kecepatan operasi CPU.
·
Kerja CPU terganggu karena adanya
interupsi secara langsung.
Bertolak dari kelemahan di atas,
apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar dikembangkan teknik
yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access DMA).Prinsip kerja
DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPUhanya akan terlibat
pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA
danakhir proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses
lainnya tanpa banyak terganggu dengan interupsi.
6.3 Perangkat
Eksternal
Mesin komputer akan memiliki nilai
apabila bisa berinteraksi dengan dunia luar. Lebihdari itu, komputer tidak akan
berfungsi apabila tidak dapat berinteraksi dengan dunialuar. Ambilcontoh saja,
bagaimana kita bisa menginstruksikan CPU untuk melakukan suatu
operasiapabilatidak ada keyboard. Bagaimana kita melihat hasil kerja sistem
komputer bila tidak adamonitor.Keyboard dan monitor tergolang dalam perangkat
eksternal komputer.Perangkat eksternal atau lebih umum disebut peripheral .
BAB
VII
SISTEM
BUS
7.1 Struktur
Interkoneksi
Komputer tersusun atas komponen –
komponen atau modul – modul (CPU, memori danI/O) yang saling berkomunikasi.
Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi.
Rancanagan struktur interkoneksi sangat bergantung pada jenis
dankarakteristik pertukaran datanya.
jenis pertukaran data yang
diperlukan oleh modul – modul penyusun komputer adalah Memori :Memori
umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing
– masingword diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat
dibaca maupunditulis padamemori dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi
operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.
7.2
Interkoneksi Bus
Bus merupakan lintasan komunikasi
yang menghubungkan dua atau lebih komponenkomputer.Sifat penting dan merupakan
syarat utama adalah bus adalah media transmisi yang dapatdigunakan bersama oleh
sejumlah perangkat yang terhubung padanya.Karena digunakan bersama, diperlukan
aturan main agar tidak terjadi tabrakan data ataukerusakan data yang
ditransmisikan. Walaupun digunakan bersama namun dalam satuwaktuhanya ada
sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.
7.3 Elemen
Perancangan Bus
Saat ini terdapat banyak
implementasi sistem bus, tetapi parameter dasar perancangan busdapat
diklasifikasikan berdasarkan jenis (dedicated dan mulitiplexed ), metode
arbitrasi(tersentralisasi dan terdistribusi), timing (sinkron dan tak sinkron),
lebar bus (lebar address danlebar data) dan jenis transfer datanya(
read,write, read-modify-write, read-alter-write, block).
Tujuan yang hendak dicapai dalam
perancangan adalah bagaimana bus dapat cepatmenghantarkan data dan efisiensinya
tinggi. Intinya karakteristik pertukaran data danmodul yangterkait merupakan
pertimbangan utama dalam perancangan bus.
7.4 Contoh Bus
Banyak perusahaan yang mengembangkan
bus – bus antarmuka terutama untuk perangkat peripheral. Diantara
jenis bus yang beredar di pasaran saat ini adalah PCI, ISA,USB,SCSI,
FuturaBus+, FireWire, dan lain – lain. Semua memiliki keunggulan,
kelemahan,harga danteknologi yang berbeda sehingga akan mempengaruhi jenis –
jenis penggunaannya.
7.4.1 Bus ISA
Ketika IBM memperkenalkan PC/AT yang
berbasiskan CPU 80286, perusahaan inimenghadapi masalah besar. Jika IBM telah
memulai sejak awal dan merancang sebuah bus 16 bityang seluruhnya baru,
banyak konsumen potensial akan bergegas membeli mesin tersebutkarenatidak ada
satupun dari begitu banyak papan plug-in PC yang disediakan oleh para
vendor pihak ketiga dapat bekerja dengan menggunakan mesin baru
tersebut. Di sisi lain, dengan tetap berpegang pada bus PC dan 20 jalur
alamatnya serta 8 jalur data tidak akan memperolehmanfaatdari keunggulan CPU
80286 untuk mengalamatkan 16 M memori dan mentransfer word16 bit.Solusi yang
dipilih adalah mengembangkan PC. Kartu-kartu plug-in PC memiliki sebuahkonektor
sisi dengan 62 kontak, tetapi operasi konektor sisi ini tidak menjangkau
seluruh papanini. Solusi PC/AT adalah menempatkan sebuah konektor sisi
kedua pada bagian dasar papantersebut, dekat dengan konektor sisi
utama, dan merancang sirkuit AT untuk beroperasidengankedua jenis papan
ini.Konektor kedua pada bus PC/AT memiliki 36 jalur. Dari ke-36 jalur ini, 31
disediakanuntuk jalur-jalur alamat tambahan, jalur-jalur data tambahan,
jalur-jalur interupsitambahan, sertauntuk daya dan ground. Sisanya digunakan
untuk mengatasi perbedaan-perbedaan antaratransfer 8 bit dan 16
bit.Industri komputer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan
mengadopsistandarnya sendiri, bus ISA ( Industry Standar Architecture), yang
pada dasarnya adalah bus88PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz.
Keuntungannya adalah bahwa pendekatan initetapmempertahankan kompatibilitas
dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.Pendekatan inijuga didasarkan pada sebuah bus
yang telah dilisensikan secara bebas oleh IBM
kepada banyak perusahaan dalam rangka untuk menjamin bahwa
sebanyak mungkin pihak ketiga dapatmemproduksi kartu-kartu untuk PC pertama,
sesuatu yang kembali menghantui IBM.Setiap PCyang berbasiskan Intel masih
menggunakan bus jenis ini, meskipun biasanya juga disertaidengansatu atau lebih
bus lain.
7.4.2 Bus PCI
Peripheral Component
Interconnect (PCI) adalah bus yang tidak tergantung prosesor
dan berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. PCI memiliki
kinerja tinggi untuk sistemI/O berkecepatan tinggi seperti : video
adaptor, NIC, disk controller, sound card, danlain-lain.Standard PCI adalah 64
saluran data pada kecepatan 33 MHz, laju transfer data 264 MB per
detik atau 2,112 Gbps. Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja
tetapi murahdengankeping yang sedikit.Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990
untuk sistem pentiumnya. Untuk mempercepat penggunaan PCI, Intel
mempatenkan PCI bagi domain publik sehinggavendor dapat mengeluarkan
produk dengan PCI tanpa royalty.
7.4.3 Bus USB
Semua perangkat peripheral tidak
efektif apabila dipasang pada bus berkecepatan tinggiPCI, sedangkan banyak
peralatan yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard,mouse,
dan printer. Sebagai solusinya tujuh vendor komputer (Compaq, DEC, IBM,
Intel, Microsoft, NEC,dan Northern Telecom) bersama-sama merancang bus
untuk peralatan I/O berkecepatanrendah.Standard yang dihasilkan dinamakan
Universal Standard Bus (USB).Keuntungan yang didapatkan dan tujuan dari
penerapan USB adalah sebagai berikut :1. Pemakai tidak harus memasang tombol
atau jumper pada PCB atau peralatan.2. Pemakai tidak harus membuka casing untuk
memasang peralatan I/O baru.3. Hanya satu jenis kabel yang diperlukan sebagai
penghubung.894. Dapat mensuplai daya pada peralatan-peralatan I/O.5. Memudahkan
pemasangan peralatan-peralatan yang hanya sementara dipasang padakomputer.6.
Tidak diperlukan reboot pada pemasangan peralatan baru dengan USB.7.
MurahBandwidth total USB adalah 1,5 MB per detik. Bandwidth itu sudah mencukupi
peralatanI/O berkecepatan rendah seperti keyboard, mouse, scanner, telepon
digital, printer, dansebagainya. Kabel pada bus terdiri dari 4 kawat, 2 untuk
data, 1 untuk power (+5 volt),dan 1untuk ground.
Sistem pensinyalan mentransmisikan sebuah bilangan nol sebagai
transisitegangandan sebuah bilangan satu bila tidak ada transmisi tegangan.
7.4.4 Bus SCSI
Small Computer System
Interface(SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yangdipopulerkan oleh
macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standard
untuk driveCD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan
eksternal berukuran besar.SCSI menggunakan interface paralel dengan 8, 16,
atau 32 saluran data.Konfigurasi SCSI umumnya berkaitan dengan bus, walaupun
pada kenyataannya perangkat-perangkat tersebut dihubungkan secara
daisy-chain. Perangkat SCSI memilikidua buah konektor, yaitu konektor
input dan konektor output. Seluruh perangkat berfungsisecaraindependen dan
dapat saling bertukar data misalnya hard disk dapat mem-back up diri
ketapedrive tanpa melibatkan prosesor.Terdapat beberapa macam versi SCSI.
SCSI-1 dibuat tahun 1980 memiliki 8 saluran data,dan beroperasi pada kecepatan
5 MHz. Versi ini memungkinkan sampai 7 perangkatdihubungkansecara daisy-chain.
SCSI-2 diperkenalkan tahun 1992 dengan spesifikasi 16 atau 32saluran
data pada kecepatan 10 MHz. SCSI-3 yang mendukung kecepatan yang lebih
tinggi sampaisaat inimasih dalam tahap penelitian.
7.4.5 Bus
P1394 / Fire Wire
Semakin pesatnya kebutuhan bus I/O
berkecepatan tinggi dan semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai 1
GHz, maka perlu diimbangi dengan bus berkecapatan tinggi juga. Bus90SCSI
dan PCI tidak dapat mencukupi kebutuhan saat ini. Sehingga dikembangkan
bus performance tinggi yang dikenal dengan Fire Wire(P1394 standard
IEEE).P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O lainnya, yaitu
sangat cepat,murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Pada kenyataanya P1394
tidak hanya populer padasistem komputer, namun juga pada peralatan
elektronik seperti pada kamera digital,VCR, dantelevisi. Kelebihan lain adalah
penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar