Arsitektur Von-Neumann vs Harvard

Arsitektur Von Neumann

Arsitektur Von Neumann adalah arsitektur komputer yang menempatkan program (ROM=Read Only Memory) dan data (RAM=Random Access Memory) dalam peta memori yang sama. Arsitektur ini memiliki address dan data bus tunggal untuk mengalamati program (instruksi) dan data. Arsitektur von Neumann atau Mesin Von Neumann merupakan arsitektur yang diciptakan oleh John von Neumann pada tahun 1903-1957. Yang mana  hampir semua komputer saat ini menggunakan Arsitektur buatan John Von Neumann. Arsitektur Von Neumann ini   menggambarkan komputer dengan empat bagian utama yaitu:

·         Unit Aritmatika dan Logis (ALU),

·         unit kontrol (CU)

·         memori, dan

·         alat masukan I/O

Diagram blok hubungan antara komponen CPU:

Diagram Arsitektur Von Neumann

Cara kerja

                   1.   Komunikasi Antara Memori dan Unit Pengolahan

 Komunikasi antara memori dan unit pengolahan terdiri dari dua register:

a.        Alamat memori Register (MAR).

b.       Memori data Register (MDR).

 Untuk membaca,

a.        The address of the location is put in MAR. Alamat lokasi diletakkan Maret

b.       Memori diaktifkan untuk membaca.

c.        Nilai ini dimasukkan ke dalam MDR oleh memori.

  Untuk menulis,

a.        Alamat lokasi diletakkan Maret

b.       Data dimasukkan ke dalam MDR.

c.        Tulis Aktifkan sinyal menegaskan.

d.       Nilai dalam MDR ditulis ke lokasi yang ditentukan. 

2.      CPU

a.        Hardware unit seperti ALU , register, memori, dll, yang dihubungkan bersama ke dalam jalur data-.

b.       Aliran bit sekitar jalur data-dikendalikan oleh "gerbang" yang memungkinkan bit mengalir atau tidak mengalir (off) melalui jalur data-.

c.        Instruksi biner (1 = on, 0 = off) yang mengontrol aliran yang disebut micro-instruksi.

 

Jalur data

3.     Memori Operasi

Ada dua operasi kunci pada memori:

a.       fetch( address ) returns value without changing the value stored at that address. fetch (alamat) nilai kembali tanpa mengubah nilai yang disimpan di alamat itu.

b.      store( address, value ) writes new value into the cell at the given address. toko (alamat, nilai) menulis nilai baru ke dalam sel pada alamat yang diberikan.

·         Memori jenis ini adalah acak-akses, yang berarti bahwa CPU dapat mengakses nilai dari array setiap saat (vs akses sekuensial, seperti pada tape).

·         Memori seperti ini disebut RAM (random-access memory.)

·         Beberapa memori non-volatile, atau read-only (ROM ) 

Keuntungan Model Arsitektur Von Neuman

a.       fleksibilitas pengalamatan program dan data.

b.       program selalu ada di ROM dan data selalu ada di RAM.

c.       Arsitektur Von Neumann memungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang ada didalam memori data (RAM).

Kelemahan Model Arsitektur Von Neumann

a.       bus tunggalnya itu sendiri. Sehingga instruksi untuk mengakses program dan data harus dijalankan secara sekuensial dan tidak bisa dilakukan overlaping untuk menjalankan dua isntruksi yang berurutan.

b.      bandwidth program harus sama dengan banwitdh data. Jika memori data adalah 8 bits maka program juga harus 8 bits.

c.       prosesor Von Neumann membutuhkan jumlah clock CPI (Clock per Instruction) yang relatif lebih banyak sehingga eksekusi instruksi dapat menjadi relatif lebih lama.

Arsitektur Komputer Model Harvard

Arsitektur Harvard memiliki dua memori yang terpisah satu untuk program (ROM) dan satu untuk data (RAM), yang mana arsitektur ini merupkan kebalikkan dari arsitektur komputer model von nuemann, jika von neuman mengabungkan ROM dan RAM menjadi satu maka arsitektur harvard maka kedua memori tersebut dipisahkan.

Diagram Arsitektur Komputer Model Harvard

Kelebihan Arsitektur Komputer Model Harvard

a.       bandwidth program tidak mesti sama dengan bandwidth  data

b.      opcode dan operand dapat dijadikan dalam satu word instruksi saja

c.       instruksi dapat dilakukan dengan lebih singkat dan cepat

d.      memori program dan data yang terpisah,  maka kavling total memori program dan data dapat menjadi lebih banyak.

Kekurangan Arsitektur Komputer Model Harvard

a.       arsitektur Harvard tidak memungkinkan untuk menempatkan data pada ROM.

b.       arsitektur in tidak memungkinkan untuk mengakses data yang ada di ROM

Perbedan Arsitektur Von Neumann dengan Arsitektur Harvard:

Arsitektur Von Neumann adalah arsitektur komputer yang menempatkan program (ROM=Read Only Memory) dan data (RAM=Random Access Memory) dalam peta memori yang sama. Arsitektur ini memiliki address dan data bus tunggal untuk mengalamati program (instruksi) dan data. Contoh dari mikrokontroler yang memakai arsitektur Von Neumann adalah keluarga 68HC05 dan 68HC11 dari Motorola.

Sebaliknya, arsitektur Harvard memiliki dua memori yang terpisah satu untuk program (ROM) dan satu untuk data (RAM). Intel 80C51, keluarga Microchip PIC16XX, Philips P87CLXX dan Atmel AT89LSXX adalah contoh dari mikroprosesor yang mengadopsi arsitektur Harvard. Kedua jenis arsitektur ini masing-masing memiliki keungulan tetapi juga ada kelemahannya.Dengan arsitektur Von Neuman prosesor tidak perlu membedakan program dan data. Prosesor tipe ini tidak memerlukan control bus tambahan berupa pin I/O khusus untuk membedakan program dan data. Karena kemudahan ini, tidak terlalu sulit bagi prosesor yang berarsitektur Von Neumann untuk menambahan peripheral eksternal seperti A/D converter, LCD, EEPROM dan devais I/O lainnya. Biasanya devais eksternal ini sudah ada di dalam satu chips, sehingga prosesor seperti ini sering disebut dengan nama mikrokontroler (microcontroller).

CU (Control Unit)

CU (Control Unit)

CU (control unit) adalah alat yang berfungsi sebagai unit control langsung dan menyelaraskan operasi-operasi dalam komputer (semua perangkat yang terpasang di komputer, mulai dari input device sampai output device). Control Unit terbagi atas 3 bagian, yaitu Sequencing Logic, Control Unit Register and Decorders dan Control Memory. Sequence logic merupakan rangkaian digital yang digerakkan untuk mengatur urutan operasi internal CPU, sedangkan penggeraknya adalah program atau mikro program yang ditanam pada Control Unit Memory. Control Unit Register and Decoder berperan sebagai register tempat meletakkan dan menterjemahkan instruksi. Intruksi tersebut adalah salah satu instruksi yang dapat dipahami oleh prosesor atau CPU.

Implementasi Unit Kontrol

Pada hardwire implementation control unit sebagai combinational circuit yang dibuat berdasarkan control signal yang akan dikeluarkan. Jadi untuk setiap control signal memiliki rangkaian logika tertentu pada control unit yang dapat menghasilkan control signal yang dimaksud. Secara umum untuk metode ini digunakan PLA (programmable logic array) untuk merepresentasikan control signal. 

μ programmed implementation tidak menggunakan combinational circuit namun menggunakan μ instruction yang disimpan pada control memory. Proses untuk menghasilkan control signal dimulai dengan sequencing logic yang memberi perintah READ kepada control memory. Kemudian dilanjutkan dengan pemindahan dari CAR (control address register) ke CBR (control buffer register) isi dari alamat yang ditunjukan oleh control memory. Setelah itu CBR mengeluarkan control signal yang dituju dan alamat selanjutnya ke sequencing logic. Terakhir, sequencing logic akan memberikan alamat baru ke CAR berdasarkan informasi dari CBR dan ALU.

Kelebihan dari μprogrammed adalah lebih mudah untuk mengimplementasikan dan mendesain control unit. Selain itu dibandingkan dengan hardwired jauh lebih murah. Implementasi dari decoder dan sequencing logic dari μprogrammed merupakan logika yang sederhana, kemudahan untuk melakukan testing dan menambahkan instruksi baru serta dengan desain yang fleksibel. Sedangkan kelebihan dari hardwire adalah kecepatannya yang tinggi karena logika control unit langsung dibentuk menjadi rangkaian.

Input untuk control unit yaitu IR, flags, clock, dan control bus signal. Flags dan control bus signal memiliki representasi secara langsung dan signifikan terhadap operasi bila dibandingkan dengan IR dan clock. Untuk IR sendiri, control unit akan menggunakan operation code yang terdapat di dalam IR. Setiap operation code menandakan setiap proses yang berbeda. Proses ini dapat disederhanakan dengan digunakannnya decoder, decoder memiliki n input dan 2n output yang akan merepresentasikan opcode. Jadi input dari IR akan diterjemahkan oleh decoder sebelum menjadi input ke control unit. Clock digunakan untuk mengukur urasi dai micro operation, untuk mengantisipasi propagasi sinyal yang dikirimkan melalui data paths dan rangkaian prosesor maka periode dari setiap clock seharusnya cukup besar. Untuk mengatasinya digunakan counter yang dapat memberikan clock input bagi control singnal yang berbeda, namun pada akhir instruction cycle, control unit harus mengembalikan ke counter untuk menginisialisasikan periode awal.

http://tofikaika.blogspot.com/2011/04/control-unit-dan-arithmatic-logical.html

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEj5bFNMHb7EoI4Mdnl-2vU2YyRcWFpvEj2hyphenhyphensvkEpi3MF0ZAXMvtb0QZ1Xzrlr6gYb735CF9lQiL1uwjXTtW9RA4upMKRT5dYKc9Hvb8tZmJbzuY53ZeOpiO6OiKaGAPz-rHbQswL_eVIv5/s1600/7.jpg

INTERKONEKSI ANTAR KOMPONEN KOMPUTER

Pada Sistem Komputer, terdiri dari 4 bagian komponen, yaitu sebagai berikut :

1. Pemroses

• Berfungsi untuk mengendalikan operasi komputer dan melakukan fungsi pemrosesan data.
• Pemroses melakukan operasi logika dan mengelola aliran data dengan membaca instruksi dari memori dan mengeksekusinya.
• Langkah kerja pemroses :
• Mengambil instruksi biner dari memori
• Mendekode instruksi menjadi aksi sederhana
• Melakukan aksi
• 3 Tipe operasi komputer :
• Operasi aritmatika (ADD, SUBSTRACT, MULTIPLY, DIVIDE)
• Operasi logika (OR, AND, XOR, INVERTION)
• Operasi pengendalian (LOOP, JUMP)
• Pemroses terdiri dari :
• ALU (Aritmatic Logic Unit), berfungsi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika
• CU (Control Unit), berfungsi untuk mengendalikan operasi yang dilaksanakan sistem komputer.
• Register-register, berfungsi untuk :
• Membantu pelaksanaan operasi yang dilakukan pemroses
• Sebagai memori yang bekerja secara cepat, biasanya untuk tempat operand-operand dari operasi yang akan dilakukan.
• Terbagi menjadi register data dan register alamat.
• Register data terdiri dari general dan special purpose register.
• Register alamat berisi :
• Alamat data di memori utama
• Alamat instruksi
• Alamat untuk perhitungan alamat lengkap
• Contoh : register indeks, register penunjuk segmen, register penunjuk stack, register penanda (flag)

• Pemroses melakukan tugasnya dengan mengeksekusi instruksi-instruksi di program dengan mekanisme instruksi sebagai berikut :.
• Pemroses membaca instruksi dari memori (fetch)
• Pemroses mengeksekusi instruksi (execute)
• Eksekusi program berisi pengulangan fetch dan execute. Pemrosesan satu instruksi disebut satu siklus instruksi (instruction cycle).

Gambar 1-1 : Siklus Eksekusi Instruksi

2. Memori

• Berfungsi untuk menyimpan data dan program
• Biasanya volatile, tidak dapat mempertahankan data dan program yang disimpan bila sumber daya energi (listrik) dihentikan.
• Konsep program tersimpan (stored program concept), yaitu program (kumpulan instruksi) yang disimpan di suatu tempat (memori) dimana kemudian instruksi tersebut dieksekusi.
• Setiap kali pemroses melakukan eksekusi, pemroses harus membaca instruksi dari memori utama. Agar eksekusi dilakukan secara cepat maka harus diusahakan instruksi tersedia di memori pada lapisan berkecepatan akses lebih tinggi. Kecepatan eksekusi ini akan meningkatkan kinerja sistem.
• Hirarki memori berdasarkan kecepatan akses :
• Register (tercepat)
• Cache memory ; Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding memori utama. Cache memory adalah diantara memori utama dan register, sehingga pemroses tidak langsung mengacu memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya lebih tinggi.
• Main memory
• Disk cache (buffering) ; Bagian memori utama untuk menampung data yang akan ditransfer dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder. Buffering dapat mengurangi frekuensi pengaksesan dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder sehingga meningkatkan kinerja sistem.
• Magnetic disk
• Magnetic tape, optical disk (paling lambat)

3. Perangkat Masukan dan Keluaran (I/O)

• Adalah perangkat nyata yang dikendalikan chip controller di board sistem atau card.
• Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen lainnya melalui bus.
• Controller mempunyai register-register untuk pengendaliannya yang berisi status kendali.
• Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses sehingga perangkat lunak device driver dapat menulis ke register-registernya sehingga dapat mengendalikannya.
• Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan perangkat fisik mekanis
• Perangkat I/O juga memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternal.
• Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) dengan beragam perangkat, seperti :
• Perangkat penyimpan sekunder
• Perangkat komunikasi
• Terminal

4. Interkoneksi antar Komponen

• Adalah struktur dan mekanisme untuk menghubungkan antar komponen dalam sistem komputer yang disebut bus.
• Bus terdiri dari tiga macam, yaitu :
• Bus alamat (address bus) ; Berisi 16, 20, 24 jalur sinyal paralel atau lebih. CPU mengirim alamat lokasi memori atau port yang ingin ditulis atau dibaca di bus ini. Jumlah lokasi memori yang dapat dialamati ditentukan jumlah jalur alamat. Jika CPU mempunyai N jalur alamat maka dapat mengalamati 2 pangkat N (2^N) lokasi memori dan/atau port secara langsung.
• Bus data (data bus) ; Berisi 8, 16, 32 jalur sinyal paralel atau lebih. Jalur-jalur data adalah dua arah (bidirectional). CPU dapat membaca dan mengirim data dari/ke memori atau port. Banyak perangkat pada sistem yang dihubungkan ke bus data tetapi hanya satu perangkat pada satu saat yang dapat memakainya.
• Bus kendali (control bus); Berisi 4-10 jalur sinyal paralel. CPU mengirim sinyal-sinyal pada bus kendali untuk memerintahkan memori atau port. Sinyal bus kendali antara lain :
• Memory read ; Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari memori.
• Memory write ; Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke memori.
• I/O read ; Untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari port I/O.
• I/O write ; Untuk memerintahkan melakukan penulisan ke port I/O.
•  Mekanisme pembacaan ; Untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang dikehendaki melalui bus alamat kemudian mengirim sinyal memory read pada bus kendali. Sinyal tersebut memerintahkan ke perangkat memori untuk mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agat dibaca CPU.
• Interkoneksi antar komponen ini membentuk satu sistem sendiri, seperti ISA (Industry Standard Architecture), EISA (Extended ISA) dan PCI (Peripheral Component Interconnect).
• Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa “perkawatan”.
• Interkoneksi memerlukan tata cara atau aturan komunikasi agar tidak kacau (chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan.

Sumber: http://www.itechgraph.com/blog/computerizing/4-komponen-dalam-sistem-komputer/#more-941

KOMPONEN-KOMPONEN PENYUSUN KOMPUTER

Sistem computer terdapat dari 3 elemen yaitu Hardware, Shoftware, dan Brainware. Ketiga eleman diatas harus saling berhubungan satu sama lain dan membentuk satu kesatuan untuk menjalankan instruksi yang diberikan. Apabila salah satu komponen tidak berfungsi maka akan mengakibatkan tidak berfungsinya proses computer dengan baik. Komponen computer ini termasuk elemen perangkat keras (Hardware) yang sifat alatnya bias dilihat secara langsung dan berbentuk nyata. Sedangkan berdasarkan fungsinya, perangkat keras computer menjadi :

1.     Input Device (unit masukan)

Pada bagian ini terdiri dari :

a.    Keyboard

Merupakan unit input yang [enting dalam suatu pengolahan data dalam computer. Keyboard sendiri berfungsi memasukkan huruf, angka, kerakter khusus serta untuk melakukan perintah lainnya. Keyboard sekarang memiliki beberapa jenis port yaitu port serial, ps2, usb, dan wireless. Untuk keyboard yang sering kita gunakan adalah keyboard Qwerty yang bentuknya mirip pada mesin tik. Keyboard tersebut memiliki beberapa bagian yaitu, Typewriter key, Numeric  key, Function key, special function key.

b.    Mouse

Fungsi dari alat ini adalah untuk perpindahan kursor secara cepat. Mouse terdiri dari tiga tombol, umumnya hanya dua tombol yang digunakan yaitu tombol kiri dan kanan, serta dilengkapi pula dengan tombol penggulung ( Scroll ) letak tombol ini berada di tengah. Cara kerja mouse juga banyak antaranya yaitu istilah klik ( Click ) merupakan penekanan tombol kiri yang berfungsi bila mouse bareda pada objek yang ditunjuk. Sedangkan menekan tombol kiri mouse tanpa melepaskannya dengan digeser disebut dengan Drag. Ada pula penekanan tombol kiri mouse dua kali secara cepat dan teratur disebutDouble Click, serta klik kanan ( Right Click ) adalah menekan tombol kanan mouse satu kali.

c.    Scanner

Fungsi dari alat Scanner sendiri sebagai alat pengambil atau menyalin gambar atau teks yang kemudian disimpan ke dalam memori computer selanjutnya akan disimpan dalam harddisk ataupun floppy disk.

d.    Mikropon atau Headphone

Dengan alat ini kita bisa merekam atau memasukkan suara yang disimpan dalam memori computer atau untuk mendengarkan suara. Penggunaan alat ini juga memerlukan perangkat keras sperti sound card atau speaker untuk mendengarkan suara.

2.    Process device ( unit pemrosesan )

a.    Power Supplay

Alat ini sering digunakan pada peralatan CPU, power supplay mengkonversi listrik dan menyediakan aliran listrik tetap untuk digunakan pada computer. 

b.    Prosesor

unit ini sering disebut dengan CPU yang sebagai otak dari computer. Prosesor sendiri sebagai perhitungan yang kompleks memungkinkan bisa digunakan untuk menjelajahi internet bahkan menjalankan system operasi anda.

c.    RAM

alat ini sering disebut dengan memori dan merupakan perangkat keras computer yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan data sementara.

d.    Motherboard

Alat sebagai papan sirkuit yang mengorganisir pada semua bagian CPU. Pada motherboard semua perangkat keras terhubung dengan alat ini.

3.    Output device ( unit keluaran )

a.    Monitor

Monitor memiliki berbagai urkuran layar seperti televise. Pengertian dari monitor sendiri merupakan suatu alat yang mengeluarkan signal elektronika berupa gambar yang akan tampak pada layar monitor. Ketajaman resolusi yang dimiliki monitor berbeda-beda tergantung dari merk dan ukuran monitornya. Sedangkan bentuk monitor sendiri sangat bervariasi dari yang besar dengan layar cembung samapi ada yang tipis dengan layar datar ( flat )

b.    Printer

Alat printer digunakan untuk menghasilkan cetakan data dari computer pada media kertas dan sejenisnya.

c.    Speaker

Ini difungsikan untuk menyampaikan informasi atau data hasil pengolahan dalam bentuk suara. 

Sumber :http://dharanikassapa.blogspot.com/2012/03/struktur-komponen-penyusun-komputer.html

ARSITEKTUR SISTEM KOMPUTER

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue Gene, dll.

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.

Di antara demikian banyak pemahaman tentang arsitektur, arsitektur dikenal juga sebagai suatu tradisi yang berkembang. Dari waktu ke waktu wajah arsitektur selalu mengalami perubahan. Hal-hal yang mempengaruhi perkembangan dan pengembangan arsitektur tidak hanya berupa keadaan eksternal, tetapi juga keadaan internal. Disini kita membahas mengenai evolusi arsitektur pada komputer. Arsitektur dari komputer sendiri merupakan suatu susunan atau rancangan dari komputer tersebut sehingga membentuk suatu kesatuan yang dinamakan komputer. Komputer sendiri berevolusi dengan cepat mulai dari generasi pertama hingga sekarang. Evolusi sendiri didasarkan pada fungsi atau kegunaanya dalam kehidupan. Evolusi pada komputer sendiri ada karena keinginan atau hal yang dibutuhkan manusia itu sendiri. Sekarang ini komputer sudah dapat melakaukan perintah yang sulit sekalipun tidak seperti dulu yang hanya bisa melakukan yang sederhana saja. Itulah yang dinamakan evolusi arsitektur yaitu perubahan bentuk juga fungsi dan kemampuannya.