Arsitektur Von Neuman

 Arsitektur Von Neuman

     Mesin Von Neumann dalam hal ini mewakili mesin komputer generasi pertama yang bersifat stored program. John Von Neumann adalah seorang ahli matematika dan anggota Institute of Advance Study di Princention New Jersey yang bekerja sama dengan H.H. Goldstine dan A.W. Binks mengajukan suatu makalah yang menyarankan bahwa dalam pembuatan komputer sebaiknya menggunakan angka binary. Konsep tersebut pada akhirnya menjadi tonggak sejarah dalam terciptanya komputer digital yang akhirnya membawa Neumann pada julukan “promoter of the stored program (software) concept”.

      Rancangan  dasar  mesin  yang  diberi  nama  IAS  ini  adalah  konsep  Neumann  yang  menyatakan bahwa  pemrograman  komputer  secara  langsung  dengan  menggunakan  banyak  tombol  dan kabel adalah sesuatu yang melelahkan, lambat dan tidak fleksibel. 

Untuk itu dia berpikiran bahwa sebuah program dapat diwakili dalam bentuk digital dan 

tersimpan  secara  tetap  dalam  memori  komputer  secara  bersama-sama.  Sketsa  arsitektur  dari 

rancangan tersebut adalah seperti pada gambar 3.4 di bawah ini.

            Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa mesin Neumann memiliki lima bagian utama 

sebagai berikut :

  Unit Input untuk membaca data dan instruksi yang diberikan.

  Main Memory  terdiri dari 4096 Word satu word memuat 40 bit biner.

  Arithmetic Logic sebagai bagian yang berfungsi sebagai unit pemrosesan.

  Control Unit sebagai pengendali kerja antar komponen arsitektur.

  Unit Output untuk  menampilkan hasil pengolahan data yang dilakukan ALU dan CU. 

           Dari arsitektur mesin tersebut terlihat bahwa mesin ini sudah memiliki bagian-bagian yang 

menjadi prototipe komputer modern yaitu Arithmetic Logic dan Control Unit yang merupakan 

bagian dari Central Processing Unit. 

Arsitektur Mesin Komputer Modern (1980 …)

Arsitektur CPU komputer modern, secara umum dapat dilihat seperti pada gambar berikut :

      Pada gambar 3.5 di atas, dapat dilihat bagian-bagian CPU yang lebih lengkap seperti Register, 

Control Unit, Kendali I/O (Interconection) dan Arithmetic Logic Unit.

     Arithmetic  and  Logic  Unit  (ALU),  bertugas  membentuk  fungsi  -  fungsi 

pengolahan data komputer :

• Control  Unit,  bertugas  mengontrol  operasi  CPU  dan  secara  keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi - fungsi operasinya 

• Registers,  adalah  media  penyimpan  internal  CPU  yang  digunakan  saat  proses pengolahan data 

•  CPU  Interconnections,  adalah  sistem  koneksi  dan  bus  yang  menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol  dan register  -  register dan juga dengan bus - bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya 

FUNGSI CPU

• Fungsi CPU adalah penjalankan program - program yang disimpan dalam memori utama  dengan  cara  mengambil  instruksi  -  instruksi,  menguji  instruksi  tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah 

•  Proses  Eksekusi  Program  adalah  dengan  mengambil  pengolahan  instruksi  yang terdiri  dari  dua  langkah,  yaitu  operasi  pembacaan  instruksi  (fetch)  dan  operasi pelaksanaan instruksi (execute).

• Siklus Fetch Eksekusi Program :

1.  CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. 

2. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC).

3.  PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. 

4.  Instruksi - instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). 

AKSI AKSI DI DALAM CPU

• CPU - Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya 
• CPU - I/0, perpindahan data dari CPU ke modul I/0 dan sebaliknya 
• Pengolahan  Data,  CPU  membentuk  sejumlah  operasi  aritmatika  dan  logika terhadap data 
• Kontrol,  merupakan  instruksi  untuk  pengontrolan  fungsi  atau  kerja.  Misalnya instruksi pengubahan urutan eksekusi 

SIKLUS INSTRUKSI DALAM CPU

• Instruction  Addess  Calculation  (IAC),  yaitu  mengkalkulasi  atau  menentukan alamat  instruksi  berikutnya  yang  akan  dieksekusi.  Biasanya  melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya 

• 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 

TENTANG INTERUPT

• Fungsi  interupsi  adalah  mekanisme  penghentian  atau  pengalihan  pengolahan instruksi  dalam  CPU  kepada  routine  interupsi.  Hampir  semua  modul  (memori dan I/0) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

• Tujuan  interupsi  secara  umum  untuk  manajemen  pengeksekusian  routine instruksi  agar  efektif  dan  efisien  antar  CPU  dan  modul  -  modul  I/0  maupun memori. 

• Setiap  komponen  komputer  dapat  menjalankan  tugasnya  secara  bersamaan, tetapi  kendali  terletak  pada  CPU  disamping  itu  kecepatan  eksekusi  masing  -masing  modul  berbeda  sehingga  dengan  adanya  fungsi  interupsi  ini  dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul.

SINYAL INTERUPSI DALAM CPU

• Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada  hasil  eksekusi  program.  Contohnya:  arimatika  overflow,  pembagian  nol, oparasi ilegal 
• Timer,  adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler IT233 – ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER   Pertemuan 2
• I/0,  sinyal  interupsi  yang  dibangkitkan  oleh  modul  I/0  sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi 
• Hardware failure,  adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori 

INTERUPSI GANDA

• Menolak  atau  tidak  mengizinkan  interupsi  lain  saat  suatu  interupsi  ditangani prosesor.  Kemudian  setelah  prosesor  selesai  menangani  suatu  interupsi  maka interupsi  lain  baru  di  tangani.  Pendekatan  ini  disebut  pengolahan  interupsi berurutan / sekuensial 
• Prioritas bagi interupsi dan  interrupt handler  mengizinkan interupsi berprioritas lebih  tinggi  ditangani  terlebih  dahulu.  Pedekatan  ini  disebut  pengolahan interupsi bersarang

INTERUPSI BERSARANG

• Sistem memiliki tiga perangkat I/0: printer, disk, dan saluran komunikasi
• Pada  awal  sistem  melakukan  pencetakan  dengan  printer,  saat  itu  terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi 
• Proses  selanjutnya  adalah  pengalihan  eksekusi  interupsi  modul  komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan 
• Saat  pengeksekusian  modul  komunikasi  terjadi  interupsi  disk,  namun  karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan 
• Setelah  interupsi  modul  komunikasi  selesai  akan  dilanjutkan  interupsi  yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk
• Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer 
• Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama