Organisasi Arsitektur Komputer

 KONSEP ARSITEKTUR ORGANISASI KOMPUTER

1. PENGERTIAN

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). 

  Contoh sebuah sistem komputer :

• Jumlah bit

Jumlah bit berkaitan dengan unit dasar yang digunakan dalam sistem numerik biner untuk representasi data. Satu bit dapat mewakili nilai 0 atau 1. Jumlah total bit yang diperlukan untuk representasi data bergantung pada sifat data tersebut dan kebutuhan aplikasi yang sesuai. Misalnya, untuk menggambarkan bilangan bulat positif dalam kisaran 0 dan 255, diperlukan delapan bit atau satu byte. Sebaliknya, ketika merepresentasikan bilangan bulat atau angka desimal yang lebih besar membutuhkan peningkatan jumlah bit. Kuantitas bervariasi diperlukan tergantung pada skala yang diwakili menggunakan digit biner sebagai unit pengukuran. Dalam hal kapasitas penyimpanan dan kecepatan pemrosesan komputer, jumlah bit memainkan peran penting. Semakin banyak bit yang digunakan, semakin tinggi kapasitas penyimpanan potensial sementara pada saat yang sama meningkatkan kecepatan pemrosesan data lebih jauh.

Mekanisme I/O

Mekanisme I/O (Input/Output) dalam komputer merujuk pada proses pengiriman data antara perangkat input/output seperti keyboard, mouse, printer, dan monitor dengan sistem komputer. Mekanisme I/O berfungsi untuk mengatur aliran data yang masuk dan keluar dari perangkat input/output, serta mengelola proses transfer data antara perangkat tersebut dengan CPU (Central Processing Unit).

Mekanisme I/O biasanya melibatkan berbagai lapisan perangkat lunak (software) dan perangkat keras (hardware) yang bekerja bersama-sama. Beberapa komponen yang terlibat dalam mekanisme I/O antara lain driver perangkat keras, sistem operasi, dan program aplikasi. 

 Teknik teknik addressing dari memory

 

Addressing dalam komputasi merujuk pada cara sistem komputer mengakses lokasi memori untuk membaca atau menulis data. Berikut adalah beberapa teknik addressing yang umum digunakan dalam sistem komputer:

1.Teknik Pengalamatan Segera

(Immediate Addressing Mode), Teknik pengalamatan segera adalah teknik pengalamatan yang digunakan pada saat suatu konstanta diketahui pada sebuah program yang dibuat dan konstanta tersebut tidak akan diubah saat program tersebut dijalankan. Operasi pada teknik ini hanya memerlukan dua Byte instruksi, satu untuk opcode dan satu untuk data Byte. Pada teknik ini, tidak ada referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand. Selain itu, teknik ini dapat menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan berlangsung cepat.

2.Teknik Pengalamatan Langsung 

(Direct Addressing Mode), Teknik pengalamatan langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data antara memori dan register. Pengalamatan ini hanya mereferensi atau mengalamati memori secara tunggal dan tidak diperlukan perhitungan khusus. Serta operand sudah ada dalam instruksi tersebut.

3.Teknik Pengalamatan Tak Langsung 

(Indirect Addressig Mode), Teknik pengalamatan tak langsung adalah teknik pengalamatan yang memberikan fleksibilatas dalam mengalamati memori. Pada teknik ini pengalamatan dapat dilakukan di memori yang memiliki ukuran besar. Namun, teknik ini mengakibatkan pengalamatan memori menjadi lambat yang diakibatkan oleh besarnya memori.

4.Indexed Addressing: 

Teknik ini memungkinkan data diakses dengan menggunakan alamat yang dihitung dengan menambahkan offset pada alamat dasar. Pada teknik ini, instruksi program berisi alamat dasar dan offset yang ditambahkan untuk menghasilkan alamat memori yang diinginkan.

5.Teknik Pengalamatan Register Langsung

 

(Register Direct Addressing Mode), Teknik pengalamatan register langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data di register. Teknik pengalamatan ini tidak memerlukan pengalamatan ke memori utama, namun hanya mengalamati register secara tungggal. Serta tidak diperlukan perhitungan khusus. Transfer data pada teknik ini jauh lebih cepat daripada teknik pengalamatan sebelumnya, karena pengalamatan dilakukan hanya di register saja. Namun, pada teknik ini ruang penyimpanan alamat menjadi terbatas.

5.Teknik Pengalamatan Register Tak Langsung 

(Register Inderect Addressing), Teknik pengalamatan register tak langsung adalah teknik pengalamatan yang digunakan untuk mentransfer data di register dengan memberikan fleksibilatas untuk mengalamati register. Namun, teknik ini mengakibatkan pengalamatan menjadi lebih kompleks.

6.Stack Addressing:

 

Teknik ini digunakan untuk mengakses data pada struktur tumpukan. Pada teknik ini, instruksi program menggunakan register yang disebut pointer tumpukan (stack pointer) untuk menunjukkan lokasi data pada tumpukan. 
Teknik-teknik addressing ini memungkinkan sistem komputer untuk mengakses data pada memori dengan cara yang berbeda-beda tergantung pada kebutuhan aplikasi dan arsitektur sistem yang digunakan.
 

2. ORGANISASI

Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal-sinyal kontrol.

 Contoh dari organisasi :

Hardware pendukung 

Hardware komputer merujuk pada semua komponen fisik atau perangkat keras yang membentuk sistem komputer. Beberapa komponen hardware komputer utama meliputi:

1.Central Processing Unit (CPU): 

Komponen utama dalam sistem komputer yang bertanggung jawab untuk menjalankan instruksi program dan melakukan operasi matematika dan logika.

2.Random Access Memory (RAM): 

Memori utama yang digunakan oleh sistem komputer untuk menyimpan data dan instruksi program sementara ketika sistem sedang beroperasi.

3.Hard Disk Drive (HDD) atau Solid State Drive (SSD): 

Media penyimpanan data permanen dalam komputer yang digunakan untuk menyimpan data dan program secara permanen.

4.Motherboard: 

Papan sirkuit utama di dalam sistem komputer yang menghubungkan semua komponen hardware komputer.

5.Power Supply Unit (PSU): 

Komponen yang menyediakan daya listrik yang diperlukan untuk menjalankan semua komponen hardware komputer.

6.Graphic Processing Unit (GPU): 

Komponen hardware yang didedikasikan untuk menangani tugas grafis dan memungkinkan sistem untuk menjalankan aplikasi yang membutuhkan grafis yang rumit, seperti game dan rendering 3D.

7.Optical Disc Drive (ODD): 

Perangkat yang digunakan untuk membaca dan menulis data pada CD, DVD atau Blu-Ray.

8.Input Devices: 

Perangkat keras yang digunakan untuk memasukkan data atau perintah ke dalam sistem komputer, seperti keyboard, mouse, dan scanner.

9.Output Devices: 

Perangkat keras yang digunakan untuk menampilkan atau mengekspor data dari sistem komputer, seperti monitor, printer, dan speaker.

Itulah beberapa komponen hardware komputer utama yang digunakan dalam sistem komputer modern. Kombinasi dari semua komponen tersebut memungkinkan sistem komputer untuk beroperasi dan menjalankan aplikasi secara efisien.

Signal signal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya

Sinyal kontrol dari I/O (Input/Output) atau peralatan pendukung lainnya adalah sinyal yang digunakan untuk mengontrol atau mengatur fungsi-fungsi dari peralatan atau sistem lainnya. Beberapa contoh sinyal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya antara lain: 

1.Sinyal On/Off: 

Sinyal ini digunakan untuk menghidupkan atau mematikan peralatan atau sistem lainnya. Contoh penggunaannya adalah pada tombol power di perangkat elektronik seperti komputer, televisi, atau lampu.

2.Sinyal Pemicu: 

Sinyal ini digunakan untuk memicu atau mengaktifkan suatu peralatan atau sistem lainnya. Contohnya adalah tombol shutter pada kamera, atau sensor gerak pada sistem keamanan.

3.Sinyal Analog: 

Sinyal ini mengirimkan data dalam bentuk analog, seperti tegangan atau arus. Sinyal ini digunakan untuk mengukur suatu besaran fisik seperti suhu, tekanan, atau kecepatan.

4.Sinyal Digital: 

Sinyal ini mengirimkan data dalam bentuk digital, seperti 0 atau 1. Sinyal ini digunakan untuk mengirimkan informasi biner, seperti data sensor atau kode kontrol.

5.Sinyal PWM (Pulse Width Modulation): 

Sinyal ini digunakan untuk mengontrol kecepatan motor atau arus listrik dengan mengatur durasi pulsa sinyal.

6.Sinyal Serial: 

Sinyal ini digunakan untuk mengirimkan data secara serial dari satu peralatan ke peralatan lainnya, seperti pada koneksi RS232 atau USB.

Sinyal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya sangat penting dalam mengatur dan mengontrol fungsi-fungsi dari peralatan atau sistem lainnya.

• Interfacing 

 

Interfacing dalam organisasi komputer adalah proses menghubungkan dua atau lebih komponen sistem arsitektur komputer sehingga dapat saling berkomunikasi dan berinteraksi. Interface umumnya melibatkan perangkat keras, perangkat lunak, atau keduanya. Beberapa jenis interfacing dalam organisasi komputer antara lain:

Memory-mapped I/O: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk berkomunikasi dengan CPU melalui bus alamat dan data yang sama seperti memori.

Direct memory access (DMA): jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk mengakses memori langsung tanpa melalui CPU, sehingga dapat mempercepat transfer data.

Input/output ports: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk berkomunikasi dengan CPU melalui port I/O yang telah ditetapkan.

Interrupts: jenis interfacing ini memungkinkan perangkat I/O untuk meminta perhatian dari CPU ketika suatu operasi telah selesai dilakukan.
Interfacing sangat penting dalam organisasi komputer karena memungkinkan perangkat I/O dan CPU untuk bekerja bersama dan memfasilitasi proses pemrosesan data yang efektif dan efisien.

Susunan atau kumpulan dari komponen-komponen komputer yang saling terintegrasi dan memiliki tujuan melakukan sebuah operasi tertentu terbentuklah sebuah sistem komputer.

Jadi komputer adalah merupakan suatu peralatan pemrosesan data yang cukup kompleks, bukan saja sekedar peralatan yang terdiri dari hardware dan software saja tetapi merupakan suatu bagian yang terintegrasi yang melibatkan segi arsitektural maupun organisasinya.

Bagaimana sistem dari arsitektur dan organisasinya dapat dimengerti dengan baik maka seorang perancang komputer harus mengerti dengan jelas sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem komputer.

Sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem dapat dilihat dengan jelas berdasarkan tingkat tingkat yang ada didalam sistem dimana pada setiap tingkatannya yang harus dimengerti dengan benar adalah struktur dan fungsi dari tingkatan tersebut.. 

•  FUNGSI  

Merupakan operasi dari masing masing komponen sebagai bagian dari sistem keseluruhan.

 

 

 

Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer adalah

 

 

 Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer

diatas:

• Data Processing

Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan pemrosesan data

menjadi informasi sesuai dengan program yang ada. Bentuk data disini adalah

data digital.

• Data Storage

Berkaitan dengan hal hal yang berhungan dengan penyimpanan data /

informasi yang ada. Bentuk data disini adalah dapat berupa data digital atau

data analog dengan fornat digital.

• Data Transfer

Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan perpindahan data dari dalam

sistem komputer keluar atau sebaliknya. Bentuk data disini adalah data analog

yang sesuai dengan medianya dan harus terdapat suatu mekanisme perubah

dari data analog ke digital atau sebaliknya.

• Control
Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan sinkronisasi kerja dari
ketiga hal tersebut diatas, baik sinkronisasi secara hardware maupun software.

 STRUKTUR

Adalah merupakan cara dari komponen komponen tersebut dapat saling terkait satu dengan yang lainnya sehingga membentuk suatu fungsi tertentu.

Suatu sistem komputer secara struktur terdiri dari 4 komponen utama :
• Central Processing Unit (CPU)
• Memori utama
• Input - Output
• System Interconection

Komponen utama dari CPU terdiri dari:
• Control Unit
• Arithmetic and Logic Unit
• Register
• CPU Interconnection

Control Unit sistem komputer yang berfungsi sebagai pengatur kerja utama didalam sistem CPU terdiri dari :

• Seguencing Logic
        Sequencing logic adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU (Central Processing Unit) yang bertanggung jawab untuk mengatur urutan operasi yang dilakukan oleh CPU. Sequencing logic berfungsi untuk mengambil instruksi dari memori, memecah instruksi menjadi langkah-langkah yang lebih kecil, dan menentukan urutan operasi yang harus dilakukan oleh unit eksekusi dalam CPU. Dalam pengolahan data, urutan operasi ini harus dilakukan dengan benar agar program dapat dijalankan dengan sukses.

• Control Unit Register dan Decoder
          Control Unit Register dan Decoder adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU yang digunakan untuk mengendalikan operasi CPU. Control Unit Register dan Decoder mengatur pengambilan instruksi dari memori dan memecah instruksi menjadi kode operasi dan operand. Register dan decoder juga digunakan untuk mengatur pengiriman sinyal kontrol ke unit eksekusi untuk memproses instruksi.

• Control Memory
        Control Memory adalah bagian dari unit kontrol dalam CPU yang bertanggung jawab untuk menyimpan sinyal kontrol yang digunakan untuk mengatur operasi CPU. Control Memory berisi daftar operasi yang harus dilakukan oleh CPU, termasuk urutan operasi dan sinyal kontrol yang harus dikirim ke unit eksekusi. Control Memory berfungsi sebagai penyimpanan sementara untuk sinyal kontrol dan memberikan arahan kepada unit kontrol untuk mengendalikan operasi CPU.

BEBERAPA PENJELASAN DARI MATERI ARSITEKTUR & ORGANISASI KOMPUTER:
ASCII

(American Standard Code for Information Interchange) adalah standar kode karakter yang digunakan dalam sistem arsitektur komputer untuk merepresentasikan karakter, simbol, dan angka dalam bentuk bilangan biner. ASCII menggunakan 7 bit untuk merepresentasikan 128 karakter yang berbeda, termasuk huruf besar dan kecil, angka, simbol khusus, dan karakter kontrol.

Jumlah Bit, 8 bit adalah 1 byte, dapat ditulis dalam bentuk 2^3 (dua pangkat tiga), dengan 2 sebagai baris dan 3 sebagai kolom.

Mekanisme I/O (Input/Output) dalam sistem arsitektur komputer adalah cara komunikasi antara CPU dan perangkat I/O seperti keyboard, mouse, printer, dan perangkat penyimpanan lainnya.

Operand adalah nilai atau data yang diproses oleh operator. Operand dapat berupa nilai numerik, alamat memori, atau nilai logika. Contohnya, operasi: 5+2. Angka 5 dan 2 adalah Operand, sedangkan tanda tambah (karakter +) adalah Operator. 

Konstanta adalah nilai tetap yang digunakan dalam operasi matematika atau logika. Konstanta dapat berupa angka, karakter, atau simbol lainnya yang tidak berubah selama eksekusi program. 

Operator adalah simbol atau fungsi yang digunakan untuk memanipulasi operand. Operator dapat digunakan untuk melakukan operasi matematika (seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian) atau operasi logika (seperti AND, OR, NOT, dan XOR).

Register merupakan tempat penyimpanan sementara dikarenakan prosesor hanya bekerja 2 2 saja. Yang berkerja 2 2 atau True/False itu ALU.

Decoder berfungsi untuk menerjemahkan Bahasa yang dimengerti oleh ALU.

Bentuk Data merujuk pada jenis data yang disimpan dalam memori komputer. Bentuk data dapat berupa angka (bilangan bulat atau pecahan), karakter, atau data lainnya seperti gambar, suara, dan video.

Format merujuk pada cara data disimpan dalam memori komputer. Ada dua jenis format utama: format biner dan format teks. Format biner menyimpan data dalam bentuk bilangan biner (0 dan 1), sedangkan format teks menyimpan data dalam bentuk karakter atau simbol yang dapat dibaca oleh manusia.
System Interconnection (interkoneksi sistem) merujuk pada cara komponen-komponen sistem komputer saling terhubung dan berkomunikasi untuk memfasilitasi pengiriman data dan instruksi. Interkoneksi sistem meliputi koneksi antara CPU, memori, perangkat I/O, bus data, dan bus kontrol.
Interfacing dalam organisasi komputer adalah proses menghubungkan dua atau lebih komponen sistem arsitektur komputer sehingga dapat saling berkomunikasi dan berinteraksi.

Bus 

adalah jalur data tunggal yang digunakan untuk mengirimkan informasi antara berbagai komponen sistem. Bus terdiri dari jalur data, jalur alamat, dan jalur kontrol.

RAM

(Random Access Memory) adalah memori utama komputer.

Sequencing Logic (logika urutan) dalam arsitektur dan organisasi komputer merujuk pada cara bagaimana instruksi diproses oleh CPU. Logika urutan mencakup rangkaian tahapan yang harus dilalui oleh CPU dalam memproses instruksi, mulai dari fetch (pengambilan instruksi), decode (dekoding instruksi), execute (eksekusi instruksi), dan writeback (penulisan hasil eksekusi).

CPU 

(Central Processing Unit) atau processor adalah otak dari sebuah sistem komputer. CPU bertanggung jawab untuk memproses data dan instruksi dalam sebuah program. Sistem kerja CPU terdiri dari tiga tahapan utama yaitu Fetch, Decode, dan Execute.

Control Memory 

adalah sebuah memori kecil yang berada di dalam CPU dan digunakan untuk menyimpan program pengontrol yang mengendalikan operasi CPU. Program pengontrol ini mengatur urutan operasi CPU, seperti fetch, decode, dan execute, serta mengatur aliran data di antara berbagai bagian dari CPU.

Fetch: 

Pada tahap ini, CPU mengambil instruksi dari memori. Prosesor membaca alamat memori pada bus alamat, kemudian memori merespons dengan mengirimkan instruksi pada bus data. Instruksi kemudian disimpan sementara di dalam register instruksi di dalam CPU.

Decode: 

Pada tahap ini, CPU menerjemahkan instruksi yang telah diambil dari memori pada tahap Fetch. CPU mengidentifikasi jenis instruksi dan menentukan operasi apa yang harus dilakukan berdasarkan instruksi tersebut. Prosesor juga menentukan operand apa yang harus digunakan.

Execute: 

Pada tahap ini, CPU melaksanakan instruksi yang telah diterjemahkan pada tahap sebelumnya. CPU menggunakan unit aritmatika dan logika (ALU) dan unit kendali (control unit) untuk menjalankan instruksi tersebut. Setelah instruksi dijalankan, CPU kemudian menulis hasilnya ke lokasi memori atau register yang tepat.

REFERENSI

1. https://id.wikipedia.org/wiki/Bit_(satuan)
2. https://www.mediainformasionline.com/2017/12/pengertian-organisasi-komputer.html
3. William Stalling Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 8 Th ed, 2000
4. Ron White & Timothy Downs, How computer works, 6th edition
5.  Abdurohman, M., Organisasi dan Arsitektur Komputer., penerbit Informatika 2007
6.  Hamacher Carl., Computer Organization 5E., McGraw-Hill Companies, Inc., 2002
7. Arsitektur dan Organisasi Komputer Pusat Bahan Ajar dan eLearning Tim Dosen (http://www.mercubuana.ac.id)
8. Patterson, D. A., & Hennessy, J. L. (2013). Computer organization and design: the hardware/software interface. Morgan Kaufmann.
9. Stallings, W. (2015). Computer organization and architecture: designing for performance. Pearson.
10. Tanenbaum, A. S., & Bos, H. (2014). Modern operating systems. Pearson. 
11. https://blooder-sky.medium.com/fungsi-komputer-dan-interconnection-3f3f07072412