2. Tugas ke-3 Arsitektur Famili Komputer (IBM)

2. Arsitektur Famili Komputer (IBM)

Famili IBM PC dan turunannya

Komputer personal pertama kali muncul setelah diperkenalkan mikroprosesor, yaitu chip tunggal yang terdiri dari set register , ALU dan unit control computer.

IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal yang disebut PC I/O Channel BUS atau PC BUS. PC BUS melengkapi PC dengan8 jalurdata, 20 jalur alamat, sejumlah jalur control dan ruang alamat fisik PC adalah 1 MB. Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yakni :

•       IBM 4860 PCjr
•       IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)
•       IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)
•       IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)
•       IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology
•       IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)
•       IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

Konfigurasi microcomputer dasar

Berdasarkan UkurannyaBerdasarkan ukurannya, komputer digolongkan ke dalam micro computer (komputer mikro), mini computer (komputer mini), small computer (komputer kecil), medium computer (komputer menengah), large computer (komputer besar) dan super computer (komputer super).1.Micro ComputerMicro Computer (Mikro Komputer) disebut juga dengan nama personal computer (komputer personal) . ukuran main memory komputer mikro sekarang berkisar dari 16 MB sampai lebih dari 128 MB, dengan konfigurasi operand register 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Kecepatan komputer mikro sekarang berkisar 200 Mhz sampai dengan 500 Mhz.Komputer mikro umumnya adalah single-user (pemakainya tunggal), yaitu satu komputer hanya dapat digunakan untuk satu pemakai saja untuk tiap saat.

                        1. Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

2. Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya

Sumber : http://funsday.blogspot.com/2009/04/82-konfigurasi-mikro-komputer-dasar.html

Komponen IBM PC

1. Sistem Kontrol BUS : Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

2. Sistem Kontrol Interrupt : Pengontrol Interrupt

3. Sistem Kontrol RAM dan ROM : Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

4. Sistem Kontrol DMA : Pengontrol DMA

5. Timer : Timer Interval Programmable

6. Sistem Kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Sumber  :  http://salahh.blogspot.com/2011/12/ibm-pc-keluarganya.html

Sistem software

Agar user dapat memasukkan dan menjalankan program aplikasi, maka komputer harus sudah berisi beberapa software sistem dalam memori-nya. Software sistem adalah kumpulan program yang dieksekusi seperlunya untuk menjalankan fungsi seperti:
            - Menerima dan menginterpretasikan perintah user
            - Memasukkan dan tnengedit program aplikasi dan rnenyimpannya sebagai file dalam peralatan penyimpanan sekunder
            - Mengatur penyimpanan dan pengambilan file dalam peralatan penyimpanan sekunder
            - Menjalankan program aplikasi standar seperti word processor, spreadsheet, atau game, dengan data yang disediakan oleh user
            - Mengontrol unit I/O untuk menerima informasi input dan menghasilkan output
            - Mentranslasikan program dari bentuk source yang disediakan oleh user menjadi bentuk objek yang berisi instruksi mesin
            - Menghubungkan dan menjalankan program aplikasi user-written dengan rutin library standar yang ada, seperti paket komputasi numerik

             Software sistem-lah yang bertanggungjawab untuk koordinasi semua aktifitas dalam sistem komputasi. Tujuan bagian ini adalah untuk memperkenalkan beberapa aspek dasar software sistem.

Sumber : http://funsday.blogspot.com/2009/04/84-sistem-software.html

MANFAAT ARSITEKTURAL ARSITEKTUR PC

1. Kemudahaanpenggunaan

2. DayaTempa

3. DayaKembang

4. Expandibilitas

1. Tugas ke-3 Input/Output Unit

1. Input/Output Unit

Sistem Bus

           Bus adalah suatu sistem yang mempunyai putaran kontrol sendiri dan berubah - ubah terhadap berbagai komponen, termasuk CPU, yang ingin menggunakannya. BUS membawa informasi diantara komponen dari satu peralatan atau subsistem.

 JENIS BUS :

            BUS LOKAL, yaitu bus yang paling sederhana terdiri atas set kawat atau kabel( jika ia diproduksi sebagai bagian dari papan sirkuit). BUS ini disebut bus lokal karena ia merupakan bagian dari peralatan yang menggunakkan dan mengontrolnya. Dalam CPU, bus lokal umumnya terbagi dalam tiga jenis, yaitu bus alamat, bus data dan bus kontrol.

            BUS ALAMAT cenderung dikhususkan untuk suatu tujuan dan biasanya bersifat unidireksional.

            BUS DATA bersifat umum, ia bisa membawa data, intruksi, dan juga alamat, dan ia menyampaikan data ke dan dari sistem memori utama, peralatan I/O yang dilengkapkan, serta ALU.

            BUS KONTROL membawa signal dari unit kontrol ke komponen lain dari komputer dan kembali ke unit kontrol. Signal kontrol yang ia bawa akan mengontrol operasi dari komponen yang menerima signal tersebut.

            BUS SISTEM ialah bersifat fungsional independen dari komputer. Setiap bus sistem mempunyai sirkuit kontrol sendiri yang disebut bus controller, dan dalam setiap pengontrol bus ada arbiter, yang memproses request untuk menggunakan bus.

Standar input/output interface

Interface atau antarmuka adalah Penghubung antara dua sistem atau alat media penghubung antara satu subsistem dengan subsistem lainnya. Melalui penghubung ini memungkinkan sumber daya mengalir dari satu subsistem ke subsistem yang lainnya. Keluaran (output) dari suatu subsistem akan menjadi masukan (input) untuk subsistem lainnya dengan melalui penghubung.

  Interface Aplikasi I/O

                Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O.

interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar(interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi(interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.

                Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

Sumber :   http://cnx.org/content/m18835/latest/

Pengaksesan peralatan input/output

                I / O tergantung pada perspektif mengubah sinyal-sinyal bahwa pengguna manusia bisa melihat atau membaca. Untuk pengguna proses membaca atau melihat representasi ini adalah menerima masukan. Interaksi antara komputer dan manusia dipelajari dalam bidang yang disebut interaksi manusia-komputer. CPU dan memori utama dianggap sebagai otak dari komputer, dan dari sudut pandang adanya transfer informasi dari atau ke kombinasi itu, misalnya untuk atau dari disk drive, dianggap I / O. CPU dan sirkuit pendukungnya menyediakan memori-mapping I / O yang digunakan dalam pemrograman komputer tingkat rendah dalam pelaksanaan driver perangkat. Sebuah I / O merupakan salah satu algoritma yang dirancang untuk mengeksploitasi lokalitas dan melakukan efisien bila berada pada penyimpanan data sekunder, seperti disk drive.

                I / O Interface diperlukan setiap kali I / O device didorong oleh prosesor. Antarmuka harus memiliki logika yang diperlukan untuk menafsirkan perangkat alamat yang dihasilkan oleh prosesor. Handshaking harus dilaksanakan oleh antarmuka menggunakan perintah yang sesuai seperti (Sibuk, SIAP, WAIT), dan prosesor dapat berkomunikasi dengan I / O device melalui antarmuka. Khusus I / O monad, yang      memungkinkan program untuk hanya menguraikan I / O, dan tindakan yang dilakukan diluar program. Hal ini penting karena I / O fungsi akan memperkenalkan efek samping untuk setiap bahasa pemrograman, tapi sekarang pemrograman fungsional murni praktis. Berikut alamat yang dapat disimpan dalam register. Instruksi akan memiliki register yang memiliki alamat tersebut. Jadi untuk mengambil data, instruksi harus mendaftar didekode sesuai dipilih. Isi register akan diperlakukan sebagai alamat menggunakan alamat lokasi memori yang sesuai dipilih dan data dibaca / ditulis. Port-mapping I / O biasanya memerlukan penggunaan instruksi yang secara khusus dirancang untuk melakukan I / O operasi.

II. Central processing unit (CPU)

      Central processing unit (CPU) adalah bagian dari sebuah komputer sistem yang melaksanakan instruksi dari program komputer , untuk melakukan aritmatika, logis, dan dasar input / output dari sistem operasi.

    SISTEM BUS

       Pada motherboard terdapat saluran-saluran penghubung yang menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Saluran penghubung ini berupa garis-garis yang tercetak pada PCB motherboard. Melalui saluran-saluran inilah data, informasi, dan instruksi-instruksi yang diberikan pada komputer ditransfer/melintas dari komponen satu ke komponen lainnya. Data dan instruksi tersebut diangkut dalam wujud sinyal-sinyal elektronis yang mempunyai makna tertentu. Sekelompok saluran yang mempunyai fungsi yang sama disebut jalur atau bus. Saluran-saluran penghubung tadi disebut pula dengan istikah konduktor.

    ·         ARITHMATIC LOGIC UNIT

ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesoryang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya. Seperti pengurangan, pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebutadder. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebutadder. Tugas lalin dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu:

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan (<>)

c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=)

Sumber : http://lookupmens.blogspot.com/2011/03/pengertian-dan-cara-kerja-arithmatic.html

    ·         CENTRAL LOGIC UNIT

Control Unit

    adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut.

    tugas control unit antara lain :

1. Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya.

2. Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

    macam macam control unit :

1. Single-Cycle CU

    Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle,  maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya  merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi.  Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam  instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR).  Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.  Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif.  Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”.  Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2. Multi-Cycle CU

    Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi.  Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan.  Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean,  dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat  pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU;  bukan instruksi cycle selanjutnya.

    ·         SET REGISTER

Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori : ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.

Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Register_prosesor

    CACHE MEMORY

       Media penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi, dimana tempat menyimpan data atau informasi sementara yang sering digunakan / diakses komputer.

- Fungsi -> Mempercepat akses data, meringankan kinerja prosessor, menjembatani perbedaan kecepatan antara CPU dan memori utama, mempercepat kinerja memori.

    ·         VIRTUAL MEMORY

Virtual Memori adalah sebuah sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakan sebagian dari Memori Sekunder yaitu Harddisk seolah-olah ia menggunakannya sebagai memori internal/utama (RAM) fisik yang terpasang di dalam sebuah sistem komputer. Sistem ini beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke sebuah berkas di dalam hard drive yang disebut dengan page file. Proses pemakaian Virtual memori di windows umumnya dapat dilihat di Task manager.

sumber :  http://yurizone.wordpress.com/2009/11/15/apa-itu-virtual-memori/

I. Arsitektur Set Instruksi

      Set instruksi didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur computer yang dapat dilihat oleh para pemrogram.

Dua bagian utama arsitektur komputer : 

      1.   Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi

     ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi   oleh computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.

      2.      Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware

    HAS berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

·         JENIS INSTRUKSI

-     Data processing / pengolahan data : instruksi aritmetika dan logika.
-   Data storage / penyimpanan data : instruksi-instruksi memori

-  Data movement  / perpindahan data : instruksiI/O. Control/control : instruksi pemeriksaan dan percabangan. 

·         Teknik Pengalamatan

1. Pengalamatan Langsung
Teknik pengalamatan langsung dilakukan dengan memberikan nilai ke suatu register secara langsung. Untuk melaksankan teknik pengalamatan langsung digunakan tanda #. Sebagai contoh instruksi :
MOV A,#01H ;Mengisi akumulator dengan 01H
Pengalamatan data langsung dari 0 sampai 127 akan mengakses RAM internal, sedangkan pengalamatan data dari 128 sampai 255 akan mengakses register perangkat keras. Sebagai contoh instruksi
Mov A,#010H ;isi akumulatur dengan 10H
MOV P3,A ;memindahkan isi akumulator ke Port 3

2. Pengalamatan Tak Langsung
Teknik pengalamatan tidak langsung menunjuk ke sebuah register yang berisi lokasi alamat memori yang akan digunakan dalam operasi. Lokasi yang sebenarnya tergantung pada isi register saat instruksi dijalankan. Untuk melaksanakan pengalamatan tidak langsung digunakan simbol @. Sebagai contoh instruksi:
MOV R0,#030H ;isi register R0 dengan 30H
Mov @R0,#0FFh ;isi alamat yang ditunjuk R0 dengan FFH

3. Pengalamatan Bit
Teknik pengalamatan bit adalah penunjukkan alamat lokasi bit baik dalam RAM internal atau perangkat keras. Untuk melakukan pengalamatan bit digunakan simbol titik (.), misalnya FLAGS.3, 40.5, 21H.5, dan ACC.7. Sebagai contoh instruksi:
SETB ACC.7 ;menbuat bit ke-7 pada akumulatuor menjadi set
SETB P1.3 ;membuat p1.3 menjadi set

·         Desain Set Instruksi

Instruksi pelaksanaannya diatur
Setiap set instruksi yang diberikan dapat diimplementasikan dalam berbagai cara. Semua cara melaksanakan instruksi set yang sama memberikan model pemrograman , dan mereka semua mampu menjalankan executable biner yang sama. Berbagai cara menerapkan set instruksi memberikan timbal balik yang berbeda antara biaya,, konsumsi kinerja daya, ukuran, dll
Ketika merancang mikroarsitektur prosesor, insinyur menggunakan blok dari "terprogram" elektronik sirkuit (sering dirancang secara terpisah) seperti penambah, multiplexer, counter, register, ALUS dll Beberapa jenis bahasa mentransfer mendaftar yang kemudian sering digunakan untuk menggambarkan decoding dan urutan setiap instruksi dari ISA menggunakan mikroarsitektur fisik. Ada dua cara dasar untuk membangun sebuah unit kontrol untuk melaksanakan deskripsi ini (walaupun banyak desain menggunakan cara-cara tengah atau kompromi):

1. Desain komputer awal dan beberapa komputer RISC sederhana "terprogram" instruksi menyelesaikan set decoding dan sekuensing (seperti sisa mikroarsitektur tersebut).
2. Desain lain menggunakan microcode rutinitas dan / atau tabel untuk melakukan ini-biasanya seperti pada ROM chip dan / atau Plas (walaupun RAM terpisah telah digunakan historis).

Ada juga beberapa desain CPU baru yang mengkompilasi set instruksi untuk dapat ditulis RAM atau lampu kilat di dalam CPU (seperti Rekursiv prosesor dan Imsys Cjip ), [2] atau FPGA ( reconfigurable komputasi ). Para Western Digital MCP-1600 adalah contoh yang lebih tua, menggunakan ROM, khusus terpisah untuk microcode.