Rabu, 30 Mei 2012

Komputer


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

Popular Posts