1. Sistem Bus
Sistem
bus dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem
komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya.
Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam
komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara
dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat
diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.
Bus
beroperasi pada kecepatan dan lebar yang berbeda. PC awal mempunyai bus dengan
kecepatan 4.77 MHz dan lebar 8 bit yang dikenal dengan bus ISA (Industry
Standard Architecture). Kemudian bus diperbaiki menjadi lebar 16 bit dengan
kecepatan 8 MHz. Pada tahun 1990 Intel memperkenalkan bus PCI (Pheriperal
Component Interconnect), semula dengan lebar 32 bit, sekarang lebar bus 64 bit
dan di-run pada kecepatan 133 MHz. Sebuah bus yang menghubungkan
komponen-komponen utama komputer disebut sebagai Bus System. Biasanya sebuah
Bus System terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Sistem bus dapat
dibedakan atas:
Gambar 4.1 sistem bus
A.
Data Bus ( Saluran Data )
Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data
antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya
bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran. Jumlah saluran diaktifkan dengan lebar
bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat
membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan
pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukan
kinerja sistem secara keseluruhan. Contohnya bila bus data lebarnya 8 bit dan
setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul
memori dalam setiap siklus instruksinya.
Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan
ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word,
misalnya 8, 16, 32 saluran.
B.
Address Bus ( Saluran Alamat )
Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau
tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data
dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat.
Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu,
umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput.
Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau
port I/O pada modul. Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada
bus data. Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses
CPU. Bisa digunakan juga untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU
mengakses suatu modul. Dan semua peralatan yang terhubung dengan sistem
komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.
C.
Control Bus ( Saluran Kendali
)
Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke
saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai
bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol
penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun
informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan
menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah
menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol
meliputi : memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus
request, bus grant, interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.
1. CPU (Central Processing Unit )
CPU (Central Processing Unit) secara umum juga diartikan sebagai komponen utama atau otak utama dari
sebuah perangkat seperti komputer maupun smartphone yang masuk dalam kategori
Hardware dengan kemampuan melaksanakan perintah, instruksi dan seluruh
aktivitas baik dengan bahasa aritmatika, output serta input secara keseluruhan
dalam sebuah sistem di perangkat tersebut.
Fungsi CPU adalah menjalankan program – program yang
disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi,
menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur
perintah. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan
mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi
pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).
Gambar 3.3
Siklus instruksi dasar
Siklus Fetch – Eksekusi:
Siklus Fetch - Eksekusi 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.
Detail siklus operasi, yaitu :
·
Instruction Addess Calculation
(IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang
akan dieksekusi.
·
Instruction Fetch (IF), yaitu
membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
·
Instruction Operation Decoding
(IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan
dibentuk dan operand yang akan digunakan.
·
Operand Address Calculation
(OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila 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.
1. ALU ( Arithmatic and
Logical Unit )
Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan atau
aritmatika & logika seperti menambah, mengurangi, mengalikan, membagi dan
memangkatkan. Selain itu juga melaksanakan pekerjaan seperti pemindahan data,
penyatuan data, pemilihan data, membandingkan data, dll, sehingga ALU merupakan
bagian inti dari suatu sistem komputer. Pada beberapa sistem komputer untuk
memperingan dan membantu tugas ALU dari CPU ini diberi suatu peralatan tambahan
yang disebut coprocessor sehingga khususnya proses perhitungan serta
pelaksanaan pekerjaan pada umumnya menjadi lebih cepat. ALU berfungsi melakukan
operasi aritmatik dan logika yang terbagi menjadi 4 kelas, yaitu desimal aritmatic,
fixed point arithmatic, floating point arithmatic, dan logic operation.
Terdapat 2 macam bilangan yang ditangani oleh prosesor, yaitu bilangan fixed
point dan bilangan floating point.
·
Bilangan Fixed Point
Bilangan fixed point adalah bilangan yang memiliki nilai
digit spesifik pada salah satu titik desimalnya. Hal ini akan membatasi
jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka tersebut. Namun, hal ini justru
dapat dihitung oleh prosesor.
·
Bilangan Floating Point
Bilangan floating point adalah bilangan yang diwujudkan
dalam notasi ilmiah. Yaitu berupa angka pecahan desimal dikalikan dengan angka
10 pangkat bilangan tertentu, misalnya: 705,2944 x 109, atau 4,3 x 10-7. Cara
penulisan angka seperti ini merupakan cara singkat untuk menuliskan angka yang
nilainya sangat besar maupun sangat kecil. Bilangan seperti ini banyak
digunakan dalam pemrosesan grafik dan kerja ilmiah. Proses arithmatika bilangan
floating point memang lebih rumit dan prosesor membutuhkan waktu yang lebih
lama untuk mengerjakannya, karena mungkin akan menggunakan beberapa siklus
detak ( Clock Cycle ) prosesor.
Oleh karena itu, beberapa jenis komputer menggunakan
prosesor sendiri untuk menangani bilangan floating point. Prosesor yang khusus
menangani bilangan floating point disebut Floating Point Unit ( FPU ) atau
disebut juga dengan nama math co-processor. FPU dapat bekerja secara pararel
dengan prosessor. Dengan demikian proses perhitungan bilangan floating point dapat
berjalan lebih cepat. Keberadaan FPU integrated ( bersatu dengan prosessor )
sudah menjadi kebutuhan standart komputer masa kini, karena banyak sekali
aplikasi-aplikasi yang beroperasi menggunakan bilangan floating point.
2. CU (Control Unit)
Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan
pengendalian seluruh sistem komputer. Ia berfungsi seperti pengatur rumah
tangga komputer, memutuskan urutan operasi untuk seluruh sistem, membangkitkan
dan mengendalikan sinyal-sinyal kontrol untuk menyesuaikan operasi-operasi dan
arus data dari bus alamat (address bus) dan bus data (data bus), serta
mengendalikan dan menafsirkan sinyal-sinyal kontrol pada bus kontrol (control
bus) dari sistem komputer.
Macam-macam CU ( Control Unit ) :
·
Single-Cycle CU ( Control Unit )
Proses di CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle,
artinya setiap instruksi ada pada satu cycle. Maka dari itu tidak memerlukan
state. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis
instruksi. Ada dua bagian pada unit control 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 ).
Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.
Empat jenis instruksi ini adalah :
-
R-format ( berhubungan dengan
register )
-
lw ( membaca memori )
-
sw ( menulis memori )
-
beg ( branching )
·
Multi-Cycle CU ( Control Unit )
Berbeda dengan unit control yang single-cycle, unit
control multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state
dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat
ditentukan. Masing-masing akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. 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.
3. Register
Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai
kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan atau
instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya
digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan
selanjutnya. Jika dianalogikan, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan
di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak bisa
diibaratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, suatu kendali yang mengatur
seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan
perbandingan logika.
a.
Set register
Apabila bit ini bernilai 0, maka register data dapat
diupdate setiap detiknya, namun apabila bit ini bernilai 1, maka register data
tidak dapat diupdate. Bit ini tidak akan berpengaruh terhadap kondisi RESET
b.
Register-register kontrol
Register-register untuk komunikasi dengan unit-unit diluar CPU :
·
MAR ( Memory Address Register
), Digunakan untuk menyatakan alamat lokasi operand dalam memori yang akan
dibaca atau ditulis oleh CPU.
·
MBR / MDR ( Memory Buffer atau
Data Register ), Merupakan tempat penyimpanan ( sementara ) data yang baru saja
dibaca atau data yang akan dituliskan ke memori.
·
PC ( Program Counter ),
Digunakan untuk menyatakan alamat lokasi instruksi yang akan dibaca oleh CPU
dari memori.
Jenis-jenis register :
·
Register data, Digunakan untuk
menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat ( Integer ).
·
Register alamat, Digunakan
untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
·
Register general purpose,
Digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
·
Register floating point,
Digunakan untuk mnyimpan angka-angka bilangan titik mengambang ( Floating Point
).
·
Register konstanta ( Constant
Register ), Digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca
( bersifat read – only ).
·
Register vector, Digunakan
untuk menyimpan hasil pemprosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.
·
Register special purpose,
Digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction
pointer, stack pointer, dan status.
·
Register yang spesifik terhadap
model mesin ( Machine Specific Register ), digunakan untuk menyimpan data
internal prosesor atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri.
4. Memori
Berfungsi untuk menampung data/program yang diterima
dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah
oleh CPU yang selanjutnya diteruskan ke unit keluaran. Pada suatu sistem
komputer terdapat dua macam memori, yang penamaannya tergantung pada apakah
alat tersebut hanya dapat membaca atau dapat membaca dan menulis padanya. Jenis-Jenis-jenis
Memori :
·
ROM ( Read Only Memory )
Adalah jenis memori yang isinya tidak hilang ketika
tidak mendapat aliran listrik dan pada awalnya isinya hanya bisa dibaca. ROM
pada komputer disediakan oleh vendor komputer dan berisi program atau data. Di
dalam PC, ROM biasa disebut BIOS (Basic Input/Output System) atau ROM-BIOS.
·
CMOS ( Compmentary Meta-Oxyde
Semiconductor )
Adalah jenis cip yang memerlukan daya listrik dari
baterai. Cip ini berisi memori 64-byte yang isinya dapat diganti. Pada CMOS
inilah berbagai pengaturan dasar komputer dilakukan, misalnya peranti yang
digunakan untuk memuat sistem operasi dan termasuk pula tanggal dan jam sistem.
CMOS merupakan bagian dari ROM.
·
RAM ( Random-Access Memory )
Adalah jenis memori yang isinya dapat diganti-ganti
selama komputer dihidupkan dan bersifat volatile. Selain itu, RAM mempunyai
sifat yakni dapat menyimpan dan mengambil data dengan sangat cepat.
·
DRAM ( Dynamic RAM )
Adalah jenis RAM yang secara berkala harus disegarkan
oleh CPU agar data yang terkandung di dalamnya tidak hilang. DRAM merupakan
salah satu tipe RAM yang terdapat dalam PC.
·
SDRAM (Sychronous Dynamic RAM)
Adalah jenis RAM yang merupakan kelanjutan dari DRAM
namun telah disnkronisasi oleh clock sistem dan memiliki kecepatan lebih tinggi
daripada DRAM. Cocok untuk sistem dengan bus yang memiliki kecepatan sampai 100
MHz.
·
DIMM (dual in-line memory
module)
Berkapasitas 168 pin, kedua belah modul memori ini
aktif, setiap permukaan adalah 84 pin. Ini berbeda daripada SIMM yang hanya
berfungsi pada sebelah modul saja. Mensuport 64 bit penghantaran data. SDRAM
(synchronous DRAM) menggunakan DIMM. Merupakan penganti dari DRAM, FPM (fast
page memory) dan EDO. SDRAM pengatur (synchronizes) memori supaya sama dengan
CPU clock untuk pemindahan data yang lebih cepat. Terdapat dalam dua kecepatan
yaitu 100MHz (PC100) dan 133MHz (PC133). DIMM 168 PIN. DIMM adalah jenis RAM
yang terdapat di pasaran.
·
Cache Memory
Memori berkapasitas terbatas, memori ini berkecepatan
tinggi dan lebih mahal dibandingkan memory utama. Berada diantara memori utama
dan register pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu kepada memori
utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya yang lebih tinggi, metode
menggunakan cache memory ini akan meningkatkan kinerja sistem. Cache memory
adalah tipe RAM tercepat yang ada, dan digunakan oleh CPU, hard drive, dan
beberapa komponen lainnya.
Daftar
Pustaka
Maryanto. 2012. Perkembangan Perangkat Komputer &
Interconnection Network, Teknik Informatika, UNINDRA, Jakarta.
