Dokumen - SKK113108 - STMIK EL RAHMA BAB_II
BAB I
STRUKTUR ORGANISASI KOMPUTER
1.
Organisasi dan Arsitektur Komputer
Dalam sebuah system computer perlu dibedakan antara arsitektur computer dan
organisasi computer.
A.
Arsitektur computer adalah hal-hal yang berkaitan dengan atribut-atribut yang
tampak dari pemrogram atau memiliki dampak langsung pada ksekusi logis
sebuah program, misalnya :
a.
Set instruksi, yaitu jumlah bit yang digunakan untuk
mempresentasikan bermacam-macam jenis data.
b.
Mekanisme I/O yaitu teknik pengalamatan memory.
B. Organisasi computer adalah hal-hal yang berkaitan dengan unit-unit operasional
dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural serta rincian
hardware yang dapat diketahui oleh pemrogram, misalnya :
a. Signal-signal control
b. Interface computer dan peripheral
c. Teknologi memory yang digunakan
Organisasi computer bersifat hirarkis yaitu setiap komponen computer dapat
dideskripsikan lebih lanjut ke dalam sub-sub komponen utamanya dan
mendeskripsikan struktur serta fungsinya.
A. Fungsi
Fungsi adalah operasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur.
Komputer mempunyai fungsi dasar sebagai berikut:
1.
Pengolahan data, computer harus dapat memproses
data.
2. Penyimpanan data, computer harus dapat melakukan penyimpanan data.
3.
Pemindahan data, computer harus dapat melakukan
perpindahan data dengan dunia luarnya.
4. Control, harus terdapat sebuah pengontrol untuk mengontrol ketiga fungsi di
atas.
B. Struktur
Struktur computer menggambarkan bagaimana komponen-komponen computer
saling terkait atau berhubungan satu sama lain. Terdapat 4 struktur utama dalam
computer, yaitu ;
2.
Central Processing Unit (CPU) atau sering disebut processor yang
berguna untuk mengontrol operasi computer dan membentuk fungsifungsipengolahan datanya.
3.
Memory utama, yang berguna untuk menyimpan data.
4.
Alat I/O yang berguna untuk memindahkan data antara computer
dengan duni luarnya.
5.
Sistem interconnection, biasanya disebut dengan bus sitem yang
berisi beberapa mekanisme komunikasi antara CPU, memory, dan I/O.
6.
Komputer
Main
memory
Central
Processing Unit
Central
Processing unit (CPU)
(CPU)
Sistem Interconnection
Alat I/O
Gambar 1.2 Struktur system computer
Hal yang paling penting dari generasi pertama ini adalah komputer IAS
hasil karya Vonn Neumann yang dijadikan prototype atau acuan. Mengapa
demikian ? Karena organisasi dan arsitektur yang IAS masih digunakan dan
dikembangkan pada komputer masakini.
Struktur umum computer IAS terdiri dari ;
1. Memori utama, untuk menyimpan data dan instruksi.
2. ALU , yang memiliki kemampuan mengoperasikan data biner.
3. Control unit, yang melakukan interpretasi instruksi-instruksi dalam memory
dan menyebabkan instruksi di eksekusi.
4. Alat I/O yang dioperasikan oleh control unit.
Main
Memory
ALU
Program
CU
Alat I/O
Gambar 1.11 Struktur umum komputer IAS
Control unit mengoperasikan IAS dengan cara mangambil instruksiinstruksi dari memory dan langsung mengeksekusinya. Pada control unit
maupun ALU berisi lokasi penyimpan yaitu register, terdiri dari :
1. Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan alam
memory atau digunakan untuk menerima word dari memory.
2. Memory Address Register (MAR), menentukan alamat word di memory untuk
dituliskan dari MBR atau dibaca ke MBR.
3. Instruction register (IR), berisi instruksi yang akan dieksekusi.
4. Instruction buffer register (IBR), digunakan untuk menyimpan semntara
instruksi sebelah kanan word dalam memory.
5. Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang
akan diambil darimemory.
6. Akumulator (AC), dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk menyimpan
sementara operand dan hasil operasi ALU.
ALU
AC
I/O
MQ
Aritmetic
Logc Circuit
MBR
Data dan
Instruksi
IBR
PC
Main
IR
Control
Circuit
MAR
Alamat-alamat
Memori
Control signal.
Program Control Unit
Gambar 1.12 Struktur komputer IAS yang dikembangkan.
D. KOMPUTER GENERASI KEDUA
Dapat disimpulkan bahwa
pada generasi kedua ini computer
menggunakan komponen utama yang berupa transistor yang lebih kecil dan
lebih murah, sehingga bentuk dari komputerpun semakin kecil. Sebagai generasi
yang lebih baru, maka pada generasi kedua ini ditandai dengan :
1.
Kecepatan yang lebih tinggi
2.
3.
4.
5.
Kapasitas yang lebih besar.
Mempunyai ukuran yang lebih kecil
Dipakainya ALU yang lebih kompleks
Penggunaan bahasa pemrograman yang
lebih tinggi
6.
Tersedianya software system
IBM 7094 mempunyai konfigurasi seperti gambar berikut:
Mag tape unit
CPU
Saluran
data
Multi
plexor
Card Punch
Line Printer
Card Reader
Saluran
data
Drum
Disk
Saluran
data
Memory
Disk
Hypertape
Saluran
data
Peralatan
teleprocessing
Gambar 1. 15 Konfigurasi IBM 7094
E. KOMPUTER GENERASI KETIGA
Walaupun transistor dalam banyak hal mengungguli tube vakum, namun
transistor menghasilkan panas yang cukup besar, yang dapat berpotensi merusak
bagian-bagian internal komputer. Batu kuarsa (quartz rock) menghilangkan
masalah ini.
Gambar 1.16 IC yang digunakan komputer generasi III
Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument, mengembangkan sirkuit
terintegrasi (IC : integrated circuit) di tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga
komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir
kuarsa. Pada ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponenkomponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Hasilnya,
komputer menjadi semakin kecil karena komponen-komponen dapat dipadatkan
dalam chip. Kemajuan komputer generasi ketiga lainnya adalah penggunaan
sistem operasi (operating system) yang memungkinkan mesin untuk menjalankan
berbagai program yang berbeda secara serentak dengan sebuah program utama
yang memonitor dan mengkoordinasi memori komputer.
Indikasi pertama teknologi IC adalah konstruksi pada processor (ALU dan
CU) kemudian ditemukannya juga untuk membangun memory padatahun 1970,
kamajuan eknologi memory dan processor mampu mengubah sifat computer
dengan cepat. Penggunaan IC yang lebih rapat isinya memberikan keuntungan :
1.
Harga computer mengalami penurunan.
2.
Meningkatkan kecepatan operasi karena elemen logic dan
memory ditempatkan berdekatan dengan keeping yang dikemas secara
rapat.
3.
Computer menjadi semakin kecil.
4.
Daya dan pendinginan yang diperlukan semakin kecil.
5.
Interkoneksi pada IC lebih reliable disbanding interkoneksi
dengan solder.
F. KOMPUTER GENERASI KEEMPAT
Setelah IC, tujuan pengembangan menjadi lebih jelas: mengecilkan
ukuran sirkuit dan komponen-komponen elektrik. Large Scale Integration (LSI)
dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip. Pada tahun 1980-an,
Very Large Scale Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah
chip tunggal.
Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut
menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen
dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong
turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya
kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada
tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh
komponen komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output)
dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk
mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik.
Gambar 1. 17 Komponen Chip
Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian
diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama
kemudian, setiap perangkat rumah tangga seperti microwave oven, televisi, dn
mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan
mikroprosesor.Perkembangan yang demikian memungkinkan orang-orang biasa
untuk menggunakan komputer biasa. Komputer tidak lagi menjadi dominasi
perusahaan-perusahaan besar atau lembaga pemerintah.
Pada pertengahan tahun 1970-an, perakit komputer menawarkan produk
komputer mereka ke masyarakat umum. Komputer-komputer ini, yang disebut
minikomputer, dijual dengan paket piranti lunak yang mudah digunakan oleh
kalangan awam. Piranti lunak yang paling populer pada saat itu adalah program
word processing dan spreadsheet. Pada awal 1980-an, video game seperti Atari
2600 menarik perhatian konsumen pada komputer rumahan yang lebih canggih
dan dapat diprogram.
Pada tahun 1981, IBM memperkenalkan penggunaan Personal Computer
(PC) untuk penggunaan di rumah, kantor, dan sekolah. Jumlah PC yang
digunakan melonjak dari 2 juta unit di tahun 1981 menjadi 5,5 juta unit di tahun
1982. Sepuluh tahun kemudian, 65 juta PC digunakan. Komputer melanjutkan
evolusinya menuju ukuran yang lebih kecil, dari komputer yang berada di atas
meja (desktop computer) menjadi komputer yang dapat dimasukkan ke dalam tas
(laptop), atau bahkan komputer yang dapat digenggam (palmtop).
Gambar1. 18 Laptop komputer
G. KOMPUTER GENERASI KELIMA
Mendefinisikan komputer generasi kelima menjadi cukup sulit karena
tahap ini masih sangat muda. Contoh imajinatif komputer generasi kelima
adalah komputer fiksi HAL9000 dari novel karya Arthur C. Clarke berjudul
2001:Space Odyssey. HAL menampilkan seluruh fungsi yang diinginkan dari
sebuah komputer generasi kelima. Dengan kecerdasan buatan (artificial
intelligence), HAL dapat cukup memiliki nalar untuk melakukan percapakan
dengan manusia, menggunakan masukan visual, dan belajar dari
pengalamannya sendiri. Walaupun mungkin realisasi HAL9000 masih jauh dari
kenyataan, banyak fungsi-fungsi yang dimilikinya sudah terwujud. Beberapa
komputer dapat menerima instruksi secara lisan dan mampu meniru nalar
manusia. Kemampuan untuk menterjemahkan bahasa asing juga menjadi
mungkin. Fasilitas ini tampak sederhana.
Generasi
1
Tahun
Perkiraan
1946-1957
Tabung hampa
Laju khas (operasi
per detik)
40000
2
1958-1964
Transistor
200000
3
1965-1971
1.000.000
4
1972-1977
Small dan medium scale
integration
Large scale integration
5
1978- 1990
100.000.000
6
1990 -
Very large scale
integration
Ultra large scale
integration
;
Teknologi
10000000
+ 100.000.000
STRUKTUR ORGANISASI KOMPUTER
1.
Organisasi dan Arsitektur Komputer
Dalam sebuah system computer perlu dibedakan antara arsitektur computer dan
organisasi computer.
A.
Arsitektur computer adalah hal-hal yang berkaitan dengan atribut-atribut yang
tampak dari pemrogram atau memiliki dampak langsung pada ksekusi logis
sebuah program, misalnya :
a.
Set instruksi, yaitu jumlah bit yang digunakan untuk
mempresentasikan bermacam-macam jenis data.
b.
Mekanisme I/O yaitu teknik pengalamatan memory.
B. Organisasi computer adalah hal-hal yang berkaitan dengan unit-unit operasional
dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural serta rincian
hardware yang dapat diketahui oleh pemrogram, misalnya :
a. Signal-signal control
b. Interface computer dan peripheral
c. Teknologi memory yang digunakan
Organisasi computer bersifat hirarkis yaitu setiap komponen computer dapat
dideskripsikan lebih lanjut ke dalam sub-sub komponen utamanya dan
mendeskripsikan struktur serta fungsinya.
A. Fungsi
Fungsi adalah operasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur.
Komputer mempunyai fungsi dasar sebagai berikut:
1.
Pengolahan data, computer harus dapat memproses
data.
2. Penyimpanan data, computer harus dapat melakukan penyimpanan data.
3.
Pemindahan data, computer harus dapat melakukan
perpindahan data dengan dunia luarnya.
4. Control, harus terdapat sebuah pengontrol untuk mengontrol ketiga fungsi di
atas.
B. Struktur
Struktur computer menggambarkan bagaimana komponen-komponen computer
saling terkait atau berhubungan satu sama lain. Terdapat 4 struktur utama dalam
computer, yaitu ;
2.
Central Processing Unit (CPU) atau sering disebut processor yang
berguna untuk mengontrol operasi computer dan membentuk fungsifungsipengolahan datanya.
3.
Memory utama, yang berguna untuk menyimpan data.
4.
Alat I/O yang berguna untuk memindahkan data antara computer
dengan duni luarnya.
5.
Sistem interconnection, biasanya disebut dengan bus sitem yang
berisi beberapa mekanisme komunikasi antara CPU, memory, dan I/O.
6.
Komputer
Main
memory
Central
Processing Unit
Central
Processing unit (CPU)
(CPU)
Sistem Interconnection
Alat I/O
Gambar 1.2 Struktur system computer
Hal yang paling penting dari generasi pertama ini adalah komputer IAS
hasil karya Vonn Neumann yang dijadikan prototype atau acuan. Mengapa
demikian ? Karena organisasi dan arsitektur yang IAS masih digunakan dan
dikembangkan pada komputer masakini.
Struktur umum computer IAS terdiri dari ;
1. Memori utama, untuk menyimpan data dan instruksi.
2. ALU , yang memiliki kemampuan mengoperasikan data biner.
3. Control unit, yang melakukan interpretasi instruksi-instruksi dalam memory
dan menyebabkan instruksi di eksekusi.
4. Alat I/O yang dioperasikan oleh control unit.
Main
Memory
ALU
Program
CU
Alat I/O
Gambar 1.11 Struktur umum komputer IAS
Control unit mengoperasikan IAS dengan cara mangambil instruksiinstruksi dari memory dan langsung mengeksekusinya. Pada control unit
maupun ALU berisi lokasi penyimpan yaitu register, terdiri dari :
1. Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan alam
memory atau digunakan untuk menerima word dari memory.
2. Memory Address Register (MAR), menentukan alamat word di memory untuk
dituliskan dari MBR atau dibaca ke MBR.
3. Instruction register (IR), berisi instruksi yang akan dieksekusi.
4. Instruction buffer register (IBR), digunakan untuk menyimpan semntara
instruksi sebelah kanan word dalam memory.
5. Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang
akan diambil darimemory.
6. Akumulator (AC), dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk menyimpan
sementara operand dan hasil operasi ALU.
ALU
AC
I/O
MQ
Aritmetic
Logc Circuit
MBR
Data dan
Instruksi
IBR
PC
Main
IR
Control
Circuit
MAR
Alamat-alamat
Memori
Control signal.
Program Control Unit
Gambar 1.12 Struktur komputer IAS yang dikembangkan.
D. KOMPUTER GENERASI KEDUA
Dapat disimpulkan bahwa
pada generasi kedua ini computer
menggunakan komponen utama yang berupa transistor yang lebih kecil dan
lebih murah, sehingga bentuk dari komputerpun semakin kecil. Sebagai generasi
yang lebih baru, maka pada generasi kedua ini ditandai dengan :
1.
Kecepatan yang lebih tinggi
2.
3.
4.
5.
Kapasitas yang lebih besar.
Mempunyai ukuran yang lebih kecil
Dipakainya ALU yang lebih kompleks
Penggunaan bahasa pemrograman yang
lebih tinggi
6.
Tersedianya software system
IBM 7094 mempunyai konfigurasi seperti gambar berikut:
Mag tape unit
CPU
Saluran
data
Multi
plexor
Card Punch
Line Printer
Card Reader
Saluran
data
Drum
Disk
Saluran
data
Memory
Disk
Hypertape
Saluran
data
Peralatan
teleprocessing
Gambar 1. 15 Konfigurasi IBM 7094
E. KOMPUTER GENERASI KETIGA
Walaupun transistor dalam banyak hal mengungguli tube vakum, namun
transistor menghasilkan panas yang cukup besar, yang dapat berpotensi merusak
bagian-bagian internal komputer. Batu kuarsa (quartz rock) menghilangkan
masalah ini.
Gambar 1.16 IC yang digunakan komputer generasi III
Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument, mengembangkan sirkuit
terintegrasi (IC : integrated circuit) di tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga
komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir
kuarsa. Pada ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponenkomponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor. Hasilnya,
komputer menjadi semakin kecil karena komponen-komponen dapat dipadatkan
dalam chip. Kemajuan komputer generasi ketiga lainnya adalah penggunaan
sistem operasi (operating system) yang memungkinkan mesin untuk menjalankan
berbagai program yang berbeda secara serentak dengan sebuah program utama
yang memonitor dan mengkoordinasi memori komputer.
Indikasi pertama teknologi IC adalah konstruksi pada processor (ALU dan
CU) kemudian ditemukannya juga untuk membangun memory padatahun 1970,
kamajuan eknologi memory dan processor mampu mengubah sifat computer
dengan cepat. Penggunaan IC yang lebih rapat isinya memberikan keuntungan :
1.
Harga computer mengalami penurunan.
2.
Meningkatkan kecepatan operasi karena elemen logic dan
memory ditempatkan berdekatan dengan keeping yang dikemas secara
rapat.
3.
Computer menjadi semakin kecil.
4.
Daya dan pendinginan yang diperlukan semakin kecil.
5.
Interkoneksi pada IC lebih reliable disbanding interkoneksi
dengan solder.
F. KOMPUTER GENERASI KEEMPAT
Setelah IC, tujuan pengembangan menjadi lebih jelas: mengecilkan
ukuran sirkuit dan komponen-komponen elektrik. Large Scale Integration (LSI)
dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip. Pada tahun 1980-an,
Very Large Scale Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah
chip tunggal.
Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut
menjadi jutaan. Kemampuan untuk memasang sedemikian banyak komponen
dalam suatu keping yang berukurang setengah keping uang logam mendorong
turunnya harga dan ukuran komputer. Hal tersebut juga meningkatkan daya
kerja, efisiensi dan keterandalan komputer. Chip Intel 4004 yang dibuat pada
tahun 1971 membawa kemajuan pada IC dengan meletakkan seluruh
komponen komputer (central processing unit, memori, dan kendali input/output)
dalam sebuah chip yang sangat kecil. Sebelumnya, IC dibuat untuk
mengerjakan suatu tugas tertentu yang spesifik.
Gambar 1. 17 Komponen Chip
Sekarang, sebuah mikroprosesor dapat diproduksi dan kemudian
diprogram untuk memenuhi seluruh kebutuhan yang diinginkan. Tidak lama
kemudian, setiap perangkat rumah tangga seperti microwave oven, televisi, dn
mobil dengan electronic fuel injection dilengkapi dengan
mikroprosesor.Perkembangan yang demikian memungkinkan orang-orang biasa
untuk menggunakan komputer biasa. Komputer tidak lagi menjadi dominasi
perusahaan-perusahaan besar atau lembaga pemerintah.
Pada pertengahan tahun 1970-an, perakit komputer menawarkan produk
komputer mereka ke masyarakat umum. Komputer-komputer ini, yang disebut
minikomputer, dijual dengan paket piranti lunak yang mudah digunakan oleh
kalangan awam. Piranti lunak yang paling populer pada saat itu adalah program
word processing dan spreadsheet. Pada awal 1980-an, video game seperti Atari
2600 menarik perhatian konsumen pada komputer rumahan yang lebih canggih
dan dapat diprogram.
Pada tahun 1981, IBM memperkenalkan penggunaan Personal Computer
(PC) untuk penggunaan di rumah, kantor, dan sekolah. Jumlah PC yang
digunakan melonjak dari 2 juta unit di tahun 1981 menjadi 5,5 juta unit di tahun
1982. Sepuluh tahun kemudian, 65 juta PC digunakan. Komputer melanjutkan
evolusinya menuju ukuran yang lebih kecil, dari komputer yang berada di atas
meja (desktop computer) menjadi komputer yang dapat dimasukkan ke dalam tas
(laptop), atau bahkan komputer yang dapat digenggam (palmtop).
Gambar1. 18 Laptop komputer
G. KOMPUTER GENERASI KELIMA
Mendefinisikan komputer generasi kelima menjadi cukup sulit karena
tahap ini masih sangat muda. Contoh imajinatif komputer generasi kelima
adalah komputer fiksi HAL9000 dari novel karya Arthur C. Clarke berjudul
2001:Space Odyssey. HAL menampilkan seluruh fungsi yang diinginkan dari
sebuah komputer generasi kelima. Dengan kecerdasan buatan (artificial
intelligence), HAL dapat cukup memiliki nalar untuk melakukan percapakan
dengan manusia, menggunakan masukan visual, dan belajar dari
pengalamannya sendiri. Walaupun mungkin realisasi HAL9000 masih jauh dari
kenyataan, banyak fungsi-fungsi yang dimilikinya sudah terwujud. Beberapa
komputer dapat menerima instruksi secara lisan dan mampu meniru nalar
manusia. Kemampuan untuk menterjemahkan bahasa asing juga menjadi
mungkin. Fasilitas ini tampak sederhana.
Generasi
1
Tahun
Perkiraan
1946-1957
Tabung hampa
Laju khas (operasi
per detik)
40000
2
1958-1964
Transistor
200000
3
1965-1971
1.000.000
4
1972-1977
Small dan medium scale
integration
Large scale integration
5
1978- 1990
100.000.000
6
1990 -
Very large scale
integration
Ultra large scale
integration
;
Teknologi
10000000
+ 100.000.000