Arsitektur Komputer Model Harvard

educed Instruction Set Computing (RISC) atau "Komputasi set instruksi yang disederhanakan" pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20% instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David Patterson, pengajar pada University of California di Berkely.
 

DEFINISI
RISC, yang jika diterjemahkan berarti "Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan", merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, Power PC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan Strong ARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan Ultra SPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

Pemakaian Teknis RISC
Didominasi oleh IBM dengan Intel Inside-nya. Prosesor PowerPC adalah prosesor buatan motorola yang menjadi otak utama komputer Apple Macintocs memakai teknik RISC dalam desainnya. Macintosh, DEC, dan SUN adalah komputer handal dengan sistem pipelining, superscalar, operasi floating point

Karakteristik RISC

1.Format instruksi
Umumnya hanya digunakan sebuah format atau beberapa format saja untuk menyederhanakan implementasi perangkat kerasnya. Panjang instruksi tetap dan disamakan dengan panjang word yang digunakan. Panjang field dibuat sama dan tetap. Kelebihannya adalah dengan menggunakan field yang tetap maka pengkodean opcode dan pengaksesan operand register dapat dilakukan secara bersamaan. Format yang sederhana juga akan memudahkan kerja unit kontrol.

2.Siklus instruksi
Satu instruksi per siklus mesin. Siklus mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya ke dalam register. RISC adalah rancangan prosesor yang sederhana, tetapi dalam kesederhanaan tersebut didapakan kecepatan operasi tiap-tiap siklus instruksinya. Instruksi dibatasi hanya menyediakan instruksi dasar saja. Fungsi-fungsi yang kompleks akan diterjemahkan dalam operasi instruksi-instruksi dasar.

3.Mode pengalamatan
Fitur rancangan ini juga dapat menyederhanakan sel instruksi dan unit kontrol. Dengan mode pengalamatan yang sederhana akan didapatkan operasi pengambilan data dan penyimpanan data semakin cepat.

4.Operasi pertukaran data
Berbentuk pertukaran data dari register ke register. Dengan mengoptimalkan penggunaan memori register diharapkan siklus operasi semakin cepat. Register adalah memori yang paling cepat dibandingkan cache maupun memori utama. Dengan penyederhanaan instruksi maka operasi unit kontrol juga akan sederhana dan cepat. Penekanan penggunaan operasi dari register ke register adalah hal yang unik pada rancangan RISC. Rancangan kontemporer lainnya memiliki instruksi register ke register juga, namun juga melibatkan operasi langsung ke memori utama dalam fetch.

Aspek komputasi yang ditinjau dalam merancang mesin RISC adalah sbb.:
>>Operasi-operasi yang dilakukan:
Hal ini menentukan fungsi-fungsi yang akan dilakukan oleh CPU dan interaksinya dengan memori.
>> Operand-operand yang digunakan:
Jenis-jenis operand dan frekuensi pemakaiannya akan menentukan organisasi memori untuk
menyimpannya dan mode pengalamatan untuk mengaksesnya.
>> Pengurutan eksekusi:
Hal ini akan menentukan kontrol dan organisasi pipeline. 

DIAGRAM BLOK ARSITEKTUR HARDVARD

 

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

Read More

von Neumann

Arsitektur von Neumann merupakan  arsitektur komputer yang masih digunakan sampai sekarang dan diciptakan oleh John von Neumann (1903-1957).
Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

SEJARAH CISC
 

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC; "Kumpulan instruksi komputasi kompleks") merupakan sebuah arsitektur dari set instruksi komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmatika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi.

Contoh-contoh prosesor CISC adalah System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola 68000 , dan CPU AMD dan Intel x86.

            Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik", yaitu bagaimana cara untuk membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi "level tinggi" seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik CISC yg "sarat informasi" ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.
Memang setelah itu banyak desain yang memberikan hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya tidaklah selalu demikian. Contohnya, arsitektur kompleks yang didesain dengan kurang baik (yang menggunakan kode-kode mikro untuk mengakses fungsi-fungsi hardware), akan berada pada situasi di mana akan lebih mudah untuk meningkatkan performansi dengan tidak menggunakan instruksi yang kompleks (seperti instruksi pemanggilan procedure), tetapi dengan menggunakan urutan instruksi yang sederhana.
Satu alasan mengenai hal ini adalah karena set-set instruksi level-tinggi, yang sering disandikan (untuk kode-kode yang kompleks), akan menjadi cukup sulit untuk diterjemahkan kembali dan dijalankan secara efektif dengan jumlah transistor yang terbatas. Oleh karena itu arsitektur-arsitektur ini memerlukan penanganan yang lebih terfokus pada desain prosesor. Pada saat itu di mana jumlah transistor cukup terbatas, mengakibatkan semakin sempitnya peluang ditemukannya cara-cara alternatif untuk optimisasi perkembangan prosesor. Oleh karena itulah, pemikiran untuk menggunakan desain RISC muncul pada pertengahan tahun 1970 (Pusat Penelitian Watson IBM 801 - IBMs)
Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor-prosesor sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan penyimpanan/pengambilan data dari RISC). Prosesor-prosesor modern x86 juga telah menyandikan dan membagi lebih banyak lagi instruksi-instruksi kompleks menjadi beberapa "operasi-mikro" internal yang lebih kecil sehingga dapat instruksi-instruksi tersebut dapat dilakukan secara paralel, sehingga mencapai performansi tinggi pada subset instruksi yang lebih besar.

          Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama yaitu :
1. Memori
Memori menyimpan berbagai bentuk informasi sebagai angka biner. Informasi yang belum berbentuk biner akan dipecahkan (encoded) dengan sejumlah instruksi yang mengubahnya menjadi sebuah angka atau urutan angka-angka.
 

2.  PROCESSOR (CPU)
Central Processing Unit atau Unit Pemproses Pusat atau CPU perannya untuk memproses arahan, melaksanakan pengiraan dan menguruskan laluan informasi menerusi system komputer. Unit atau peranti pemprosesan juga akan berkomunikasi dengan peranti input , output dan storan bagi melaksanakan arahan-arahan berkaitan. 


 

  ------------------------CPU terdiri dari ----------:

          a. ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)
ALU berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. Tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu:

1. sama dengan (=)
2. tidak sama dengan (<>)
3. kurang dari (<)
4. kurang atau sama dengan dari (<=)
5. lebih besar dari (>)
6. lebih besar atau sama dengan dari (>=)

         b.Unit Kontrol/Control Unit (CU) Unit kontrol
CU  mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya.tugas dari unit kendali ini adalah:

• Mengatur dan mengendalikan alat-alat masukan (input) dan keluaran (output).
• Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
• Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.
• Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.
• Menyimpan hasil proses ke memori utama.

3.  Input device

Fungsi sebagai  media untuk memasukkan data dari luar ke dalam suatu memori dan prosesor untuk diolah guna menghailkan informasi yang diperlukan. Data yang dimasukkan ke dalam sistem komputer dapat berbentuk signal input dan maintenance input.

4. Output Device

Fungsi untuk menghasilkan keluaran. Contohnya: printer, speaker, plotter, monitor, dll. Proses kerjanya ialah diawali memasukkan data dari perangkat input, lalu data tersebut diolah sedemikian rupa oleh CPU sesuai yang kita inginkan dan data yang telah diolah tadi disimpan dalam memori komputer atau disk.

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.

 

 

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.

Read More

CONTROL UNIT

CONTROL UNIT dan Cara Kerjanya

Control Unit merupakan bagian yang berfungsi sebagai pengatur dan mengatur dan pengendali semua peralatan computer, Control Unit juga mengatur kapan alat input menerima data, mengolah, dan menampilkan proses serta hasil pengolahan data. Dengan demikian semua perintah dapat dilakukan secara berurutan tanpa adanya tumpang tindih antara satu perintah dengan perintah lainnya.

Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

·         Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

·         Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

·         Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

·         Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.

·         Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:

·         Menentukan elemen dasar prosesor

·         Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor

·         Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:

1.      Clock / pewaktu

pewaktu adalah cara unit control dalam menjaga waktunya. Unit control menyebabkan sebuah operasi mikro (atau sejumlah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu. Pulsa ini dikenal sebagai waktu siklus prosesor.

2.      Register instruksi

opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.

3.      Flag

flag ini diperlukan oleh unit control untuk menentukan status prosesor dan hasil operasi ALU sebelumnya.

4.      Sinyal control untuk mengontrol bus

Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyal-sinyal interupsi dan acknowledgement.

 Keluaran-keluaran unit control:

·         Sinyal control didalam prosesor: terdiri dari dua macam: sinyal-sinyal yang menyebabkan data dipindahkan dari register yang satu keregister yang lainnya, dan sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu.

·         Sinyal control bagi bus control; sinyal ini juga terdiri dari dua macam: sinyal control bagi memori dan sinyal control bagi modu-modul I/O

Macam-macam CU

1.      Single-Cycle CU

Proses di Single-Cycle CU ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol 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). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2.      Multi-Cycle CU

Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. 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.

Implementasi Unit Kontrol

1.         Implementasi hardwired

Unit kontrol merupakan rangkaian kombinatorial. Sinyal-sinyal logika inputnya akan didekodekan menjadi sinyal-sinyal logika output, yang merupakan sinyal-sinyal kontrol ke sistem komputer. Sinyal-sinyal input tersebut, seperti clock, flag, register instruction, dan sinyal kontrol merupakan input bagi unit kontrol untuk mengetahui status komputer. Sinyal keluaran yang dihasilkan akan mengendalikan sistem kerja komputer.

N buah input biner akan menghasilkan 2N output biner. Setiap instruksi memiliki opcode yang yang berbeda-beda. Opcode yang berbeda dalam instruksi akan menghasilkan sinyal kontrol yang berbeda pula. Pewaktu unit kontrol mengeluarkan rangkaian pulsa yang periodik.

Pulsa waktu ini digunakan untuk mengukur durasi setiap operasi mikro yang dijalankan CPU, intinya digunakan untuk sinkronisasi kerja masing-masing bagian. Masalah dalam Merancang Implementasi Hardwired:

·         Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan operasi mikronya

·         Sulit didesain dan dilakukan pengetesan

·         Tidak fleksibel

·         Sulit untuk menambahkan instruksi baru

Jadi secara garis besar:

·         Intinya unit control merupakan rangkaian kombinatorial

·         Sinyal-sinyal logika inputnya akan dikodekan menjadi sekumpulan sinyal-sinyal logika output yang merupakan sinyal-sinyal kontrol ke system computer

·         Input unit control meliputi sinyal-sinyal register instruksi, pewaktu, flag dan sinyal bus control

·         Sinyal-sinyal tersebut sebagai masukkan bagi unit control dalam mengetahui status computer

·         Selanjutnya dikodekan manghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan system kerja computer

·         n buah input biner akan menghasilkan 2n output biner

·         setiap instruksi memiliki opcode yang berbeda – beda

·         opcode yang berbeda dalam setiap instruksi akan menghasilkan sinyal control yang berbeda pula

·         pewaktu unit control mengeluarkan rangkaian pulsa yang periodic

·         pulsa waktu ini digunakan untuk mengukur durasi setiap operasi mikro yang dijalankan CPU, intinya digunakan untuk sinkronisasi kerja masing – masing bagian

2.         Implementasi microprogrammed

Implementasi yang paling reliabel saat ini adalah implementasi microprogrammed. Unit kontrol memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program kontrolnya. Fungsi–fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program kontrol yang tersimpan pada unit kontrol. Selain itu, fungsi–fungsi pengontrolan tidak berdasarkan dekode dari input unit kontrol lagi. Teknik ini dapat menjawab kesulitan–kesulitan yang ditemui dalam implementasi hardwired.

Jadi secara garis besar:

·         Unit control memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program controlnya

·         Fungsi-fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program control yang tersimpan pada unit control

·         Fungsi-fungsi pengontrolan tidak berdasarkan decode dari input unit control lagi

·         Teknik ini dapat menjawab kesulitan-kesulitan yang ditemui dalam implementasi hardwired

CARA KERJA CONTROL UNIT

Ketika sebuah komputer pertama kali diaktifkan power-nya, maka komputer tersebut menjalankan operasi bootstrap. Operasi ini akan membaca sebuah instruksi dari suatu lokasi memory yang telah diketahui sebelumnya dan mentransfer instruksi tersebut ke control unit untuk dieksekusi. Instruksi-intruksi dibaca dari memory dan dieksekusi sesuai dengan urutan penyimpanannya. Program counter dari suatu computer menyediakan suatu cara untuk menyimpan lokasi instruksi berikutnya. Urutan eksekusi berubah dengan memindah lokasi intruksi baru ke program counter sebelum pembacaan (fetch) instruksi dikerjakan. Sebuah intruksi merupakan kalimat imperatif pendek yang sudah dapat menjelaskan makna dari perintah tersebut. Suatu intruksi terdiri dari :

1.      subjek (komputernya)

2.      verb (suatu kode operasi yang mengindikasikan pekerjaan apa yang akan dilaksanakan)

3.      objek (operands) yang mengidentifikasikan nilai data atau lokasi memory.

Ketika intruksi-intruksi diterima oleh Control Unit, operation code akan mengaktifkan urutan logic untuk mengeksekusi intruksi-intruksi tersebut.

Satu eksekusi program terdiri dari beberapa instruction cycle yang menjadi komponen penyusun dari program tersebut. Sedangkan untuk setiap instruction cycle terdiri dari beberapa sub cycle lagi seperti ftech cycle, indirect cycle, execute cucle, dan interrupt cycle. Setiap sub cycle ini disusun dari beberapa perintah dasar yang disebut micro operation. Untuk lebih jelasnya, seperti di bawah ini :

Setiap control signal yang ada sebenarnya berfungsi sebagai switch untuk menghubungkan beberapa regsiter (MAR, MBR, PC, IR) serta komponen lainnya seperti ALU dan setiap micro operation diwakilkan oleh satu control signal. Micro operation bekerja antar register untuk membentuk suatu sub cycle, sebagai contoh fetch cycle :

a.       T1 : MAR ç (PC)

b.      T2 : MBR ç (memory)

PC ç (PC) + 1

c.   T3 : IR ç (MBR)

Sebagai contoh sederhana dari control signal seperti bagan di bawah ini :

Untuk ftech cycle, micro operation pertama adalah MAR ç (PC) yang diwakilkan oleh control signal C2. Selanjutnya MBR ç (memory) diwakilkan C5 dan seterusnya.

Pada hardwire implementation control unit sebagai combinatorial 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 (progammable logic array) untuk merepresentasikan control signal, seperti gambar di bawah ini :

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 pada IR. Setiap operation code menandakan setiap proses yang berbeda. Proses ini dapat disederhanakan dengan digunakannya decoder. Decoder memiliki n input dan 2n output yang akan merepresentasikan opcode. Jadi input dari IR akan diterjemakan oleh decoder sebelum menjadi input ke control unit.

Clock digunakan untuk mengukur durasi dari 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 signal yang berbeda, namun pada akhir instruction cycle, contol unit harus mengembalikan ke counter untuk menginisialisasikan periode awal.

Setiap control signal direptresentasikan dengan fungsi Boolean lalu dibuatlah combinatorial circuit. Contohnya untuk C5 [MBR ç (memory)] digunakan di fetch cycle dan indirect cycle. Masing-masing sub cycle direpresentasikan dengan 2 bit, P dan Q. maka untuk C5 : C5 = ~P.~Q. T2 + ~P.Q.T2 >> T2 adalah clock yang digunakan.

Setelah itu juga harus diperhatikan karena setiap operasi untuk execute cycle tidak sama. Tetapi untuk memudahkan dalam contoh ini execute cycle membaca LDA dari memory, sehingga secara lengkap : C5 = ~P.~Q.T2 + ~P.Q.T2 + P.~Q.(LDA).T2

Berbeda dengan sebelumnya, μ programmed implementation tidak menggunakan combinatorial circuir namun menggunakan μ instruction yang disimpan pada control memory. Proses untuk menghasilkan control signal dimulai dengan seqencing logic yang memberi perintah READ kepada contol memory. Kemudian dilanjutkan dengan pemindahan cari CAR (control address register) ke CBR (contol buffer register) isi alamat yang ditujukan oleh control memry. Setelah itu CBR mengeluarkan control signal yang dituju dan alamat selanjutnya ke sequencing logic. Terakhir, sequencing logic akan memberikan alamat baru ke CAR beradasarkan informasi dari CBR dan ALU.

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

Sumber : (www.gusrukhin.com), Wikimedia, dan sumber lain.

Read More

Interkoneksi antar Komponen

Interkoneksi antar Komponen

Sistem Bus

Penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalm menjalankan tugasnya

Komponen computer terdiri dari :

• CPU
• Memori
• Perangkat I/O

Transfer data antar komponen computer

• Data atau program yang tersimpan dalam memosri dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus
• Melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus
• Kecepatan komponen penyusun computer harus diimbangi kecepatan dan manajemen bus yang baik

Mikroprosesor

• Melakukan pekerjaan secara parallel
• Program dijalankan secara multitasking
• System bus tidak hanya lebar tapi juga cepat

Interkoneksi komponen system computer dalam menjalankan fungsinya

• Interkoneksi bus
• Pertimbangan-pertimbangan perancangan bus

Struktur Interkoneksi

Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU, Memori,I/O) .Struktur interkoneksi juga bergantung pada

• Jenis data
• Karakteristik pertukaran data

Jenis data

Memori :

Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing–masing word diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat dibaca maupun ditulis pada memori dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.

Modul I/O :

Operasi modul I/O adalah pertukaran data dari dan ke dalam komputer. Berdasakan pandangan internal, modul I/O dipandang sebagai sebuah memori dengan operasi pembacaan dan penulisan. Seperti telah dijelaskan pada bab 6 bahwa modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat peripheral. Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt.

CPU :

CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine– routine program yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruh system komputer sehingga sebagai konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem komputer.

MODUL-MODUL KOMPUTER

Struktur Interkoneksi

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul–modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data.

• Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.
• CPU ke Memori : CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.
• I/O ke CPU : CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.
• CPU ke I/O : CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.
• I/O ke Memori atau dari Memori : digunakan pada sistem DMA

Perkembangan struktur interkoneksi

• Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalah sistem bus.
• Sistem bus

1. Digunakan secara tunggal
2. Digunakan secara jamak,

Hal ini Tergantung karakteristik sistemnya

Interkoneksi bus

Bus

• merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer

Sifat penting dan merupakan syarat utama ?

• bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya

Digunakan bersama ?

• Diperlukan aturan main agar tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan data yang ditransmisikan.
• Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus

Interkoneksi Bus – Struktur Bus

Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran.

• Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit.

Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian

• Saluran data
• Saluran alamat
• Saluran control

Pola interkoneksi bus

Saluran data (data bus)

• 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
• Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.
• Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit

Saluran alamat (addres bus)

• Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.
• Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
• Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
• Semua peralatan yang terhubung dengan system komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya

Saluran control (control bus)

• Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.
• Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
• Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
• Semua peralatan yang terhubung dengan system komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya

• Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat
• Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi

Saluran control

• Memory Write, memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.
• Momory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.
• I/O Write, memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O.
• I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.
• Transfer ACK, menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.
• Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.
• Bus Grant, menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus
• Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.
• Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.
• Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.
• Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul

Sinyal control secara fisik

• Konduktor listrik paralel yang menghubungkan modul – modul.
• Konduktor adalah saluran utama pada PCB motherboard dengan layout tertentu sehingga didapat fleksibilitas penggunaan.
• Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang mudah dipasang dan dilepas

Slot PCI

Slot ISA.

• Untuk chips akan terhubung melalui pinnya

Prinsip Operasi bus (Operasi Pengiriman Data ke Modul)

• Meminta penggunaan bus
• Apabila telah disetuji, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju

Prinsip Operasi Bus (Operasi meminta data dari modul lainnya)

• Meminta penggunaan bus
• Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran control dan alamat yang sesuai
• Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan

Hierarki Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja

Faktor – faktor :

• Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
• Antrian penggunaan bus semakin panjang.
• Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Arsitektur Bus Jamak

Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.

• Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/O diklasifikasikan menjadi dua,
• Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi
• Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.
• Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula,
• Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi

Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi

• Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.
• Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus

Read More