Rangkuman Materi Arsitektur dan Organisasi Komputer Teknik Informatika

Bab 1 (Struktur Fungsi Komputer)

Arsitektur komputer berkaitan dengan atribut yang dapat terlihat bagi programmer seperti Set Intruksi, jumlah bit yang pada umumnya di gunakan untuk penyajian data, mekanisme I/O, teknik pengamatan atau addressin techniques). Organisasi komputer juga berkaitan dengan unit-unit operasional dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural seperti Control signals, Interfaces, Memory technolgy. Arsitektur sama namun organisasi yang dapat berbeda dan Arsitektur bertahan lama sedangkan Organisasi menyesuaikan perkembangan teknologi contohnya semua Intel famili x86 memiliki arsitektur dasar yang sama, Famili IBM System/370 memiliki arsitektur dasar yang sama, namun Organisasi antar versi memiliki perbedaan.

Struktur adalah proses bagaimana masing-masing komponen saling berhubungan satu sama lain kemudian Fungsi merupakan operasi dari masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. Masing masing komponen struktur memiliki fungsi yan berbeda beda yaitu :

• Input Device

Perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk memasukan data atau perintah kedalam komputer.

• Output Device

Perangkat keras komputer yang memiliki fungsi sebagai menampilkan keluaran dari hasil pengolahan data, keluaran yang ditampilkan berupa hard-copy, soft copy, ataupun berupa suara.

• CPU (Central Processing Unit)

Merupakan pusat sistem komputer, dan memiliki dua bagian fungsi operasional, yaitu ALU atau disebut Arithmetical Logical Unit sebagai pusat pengolah data, dan CU (Control Unit) sebagai pengontrol kerja komputer.

• Memori

Memori terbagi menjadi dua bagian yaitu memori internal dan memori eksternal. Memori internal berupa RAM (Random Access Memory) yang berfungsi untuk menyimpan program yang diolah untuk sementara waktu, dan ROM (Read Only Memory) yaitu memori yang hanya bisa dibaca dan berguna sebagai penyedia informasi pada saat komputer pertama kali dinyalakan.

• Data Bus

Jalur-jalur perpindahan data antar modul dalam sistem komputer. Karena pada saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit data, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. Lebar data bus ini menentukan kinerja sistem secara keseluruhan dan memiliki sifat bidirectional artinya CPU dapat membaca dan menerima data menerima data melalui data Bus pada umumnya Data bus biasanya terdiri atas 8, 16, 32 atau 64 jalur paralel.

• Address Bus

Pada umumnya digunakan untuk menandakan lokasi sumber ataupun tujuan pada proses transfer data. Pada jalur ini CPU akan mengirimkan alamat memori yang akan ditulis atau dibaca, Address bus biasanya terdiri atas 16, 20, 24 atau 32 jalur paralel.

• Control Bus

Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. biasanya terdiri dari 4 sampai 10 jalur paralel.

Bab 2 (BUS & Interupsi)

Bus system merupakan sebuah sirkuit elektronik yang ada didalam komputer dan terdapat jalur-jalur yang digunakan untuk komunikasi antara dua elemen atau lebih. Lintas atau jalur di mana data dipindahkan inilah yang disebut BUS. Data atau program yang dimasukin melalui perangkat I/O dan tersimpan dalam memori akan dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU jika terdapat sistem Bus. Hasil eksekusi yang muncul di layar monitor juga melalui sistem Bus.

Bus memiliki prinsip operasi sebagai berikut:

• Operasi pengiriman data ke modul lainnya

Meminta penggunaan bus, apabila telah disetujui maka modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

• Operasi meminta data dari modul lainnya

Meminta penggunaan bus, lalu mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai dan menunggu modul yang dituju untuk mengirimkan data yang diinginkan.

Jenis-Jenis Bus

Bus dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu dedicated bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja. Lalu ada multiplexed bus yang dilalui informasi berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data.

• Dedicated Bus

Bus yang khusus menyalurkan data jenis tertentu.Saluran bus dedicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau fisik komponen- komponen komputer. Sebagai contoh dedikasi fungsi adalah penggunaan alamat dedicated terpisah dan saluran data yang merupakan suatu hal yang umum bagi bus. Namun, hal ini bukanlah hal yang penting.

Ciri-ciri dedicated bus adalah :

1. Memerlukan banyak saluran
2. Rancangan lebih mahal
3. Memiliki kecepatan transfer yang lebih tinggi

• Multiplexed Bus

Bus yang dilewati oleh informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal control dengan metode multipleks data.

Ciri-ciri multiplexed bus adalah :

1. Memerlukan saluran yang sedikit
2. Membutuhkan merkanisme yang lebih komplek untuk mengurai data
3. Kecerpatan transfer yang rendah

• Metode Arbitrasi

Metode ini adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas dua yaitu:

1. Tersentralisasi yaitu menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral
2. Terdistribusi yaitu setiap Bus memiliki accesscontrollogic

Jenis-Jenis Transfer Data

Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah :

1. Operasi Read
2. Operasi Write
3. Operasi Read Modify Write
4. Operasi Read After Write
5. Operasi Block

Struktur Sistem Bus

• Control Bus (Saluran Control)

Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaanya.

Control bus digunakan untuk memeriksa kesediaan dari Mikroprocessor yang akan mengirim data ke memori atau port. Memeriksa kesiapan memori atau port dalam menerima data dari microprocessor, mengontrol data bus, address bus dan seluruh modul yang ada.

Secara umum kinerja control bus meliputi:

1. Memory Write, memerintahkan data pada bus yang akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.
2. Memory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data
3. I/O Read, memerintakan data bus dikirim ke lokasi port I/O.
4. Bus Request menunjukan bahwa modul yang memerlukan kontrol Bus.
5. Clock kontrol untuk sinkronasi operasi antar modul.
6. Reset digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

• Address Bus (Saluran Alamat)

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Address bus digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data, digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU, Dengan address bus semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer dapat diakses tentunya harus memiliki alamat. Misalnya :

Untuk mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware.
Bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat.

Contoh Bus Komputer

Beberapa contoh bus yang banyak digunakan pada komputer modern saat ini adalah sebagai berikut

• Bus Processor

Bus Processor merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke cache atau memori utama ke chipset kontrolir memori (Northbridge, MCH, atau SPP). Bus ini juga terbagi atas beberapa macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport bus, dan beberapa bus lainnya. Sistem komputer selain Intel x86 mungkin memiliki bus-nya sendiri-sendiri. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz. Umumnya, bus ini memiliki lebar lajur 64-bit, sehingga setiap detaknya ia mampu mentransfer 8 byte.

• Bus AGP (Accelerated Graphic Port)

Bus AGP (Accelerated Graphic Port)merupakan bus yang didesain secara spesifik untuk kartu grafis. Bus ini berjalan pada kecepatan 66 MHz (mode AGP 1x), 133 MHz (mode AGP 2x), atau 533 MHz (mode AGP 8x) pada lebar jalur 32-bit, sehingga bandwidth maksimum yang dapat diraih adalah 2133 MByte/s. Umumnya, bus ini terkoneksi ke chipset pengatur memori (Northbridge, Intel Memory Controller Hub, atau NVIDIA nForce SPP). Sebuah sistem hanya dapat menampung satu buah bus AGP. Mulai tahun 2005, saat PCI Express mulai marak digunakan, bus AGP ditinggalkan.

• Bus PCl (Peripherals Component Interconnect)

Bus PCl (Peripherals Component Interconnect) tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus peripheral. Bus ini memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan tinggi. Bus ini berjalan pada kecepatan 33 MHz dengan lebar lajur 32-bit. Bus ini ditemukan pada hampir semua komputer PC yang beredar, dari mulai prosesor Intel 486 karena memang banyak kartu yang menggunakan bus ini, bahkan hingga saat ini. Bus ini dikontrol oleh chipset pengatur memori (northbridge, Intel MCH) atau Southbridge (Intel ICH, atau NVIDIA nForce MCP).

• Bus PCI Express (Peripherals Component Interconnect Express)

Bus PCI (Peripherals Component Interconnect). Bus ini dibuat untuk menggantikan bus PCI yang lama. PCI express memiliki kemampuan transfer data yang lebih cepat terutama untuk keperluan grafis 3D. Sehingga banyak motherboard yang “mengadopsi” PCI express. PCI express menggunakan sistem serial dan mampu berkomunikasi 2 kali yaitu tulis & baca dalamm satu rute clock. Slot PCI express sendiri memiliki kecepatan 1x (250 mb/s), 2x (500 mb/s), 4x (1000mb/s), 8x (2000 mb/s), 16x (4000 mb/s), 32x (8000 mb/s).

• Bus MCA (Micro Channel Architecture)

Bus MCA (Micro Channel Architecture) adalah bus I/O dengan bandwidth 32 bit diciptakan untuk menggakntikan bus ISA 8/16 bit yang lambat. Kala itu terdapat sebuah processor 32 bit yakni Intel 80386DX, namun bus ISA hanya dapat mengirimkan 16 bit dalam satu waktu, sehingga IBM memutuskan untuk membuat MCA bus. Bus ini benar-benar baru, sehingga slotnya tidak bisa dipasang dengan ISA 8bit/16 bit. Namun komputer yang menggunakan bus ini sedikit, karena IBM mewajibkan para vendor membayar royaliti untuk mendapat licensi bus MCA. Karena itu banyak vendor yang tidak setuju dan akhirnya membuat sebuah bus yang diberi nama EISA.

• Siklus Interupsi

Pada umumnya dapat diartikan suatu mekanisme yang disediakan bagi modul-modul lain misalnya I/O untuk dapat menginterupsi operasi normal CPU. pada program biasanya terdapat pada overflow, division by zero. Interupsi memiliki beberapa siklus yaitu :

1. Ditambahkan ke intsruction cycle.
2. Processor memeriksa adanya interrupt.
3. Diberitahukan melalui interrupt sinyal.
4. Jika tidak ada interrupt, fetch next instruction.
5. Jika ada interrupt maka akan menunda eksekusi dari suatu program kemudian disimpan ke context dan di set PC awal address dari routine interrupt handler kemudian di proses interrupt dan dikembalikan context dan lanjutkan program yang terhenti.

Multiple Interrups

• Disable interrupts 

Processor akan mengabaikan interrupt berikutnya dan interrupts tertap akan diperiksa setelah interrupt yang pertama selesai terlayani kemudian interrupts akan ditangani dalam urutan sesuai urutannya

• Define Priorities 

Low priority interrupts dapat melalui proses interupt oleh higher priority interupts setelah melalui proses tersebut interrupt selesai dilayani akan kembali ke interrupt sebelumnya.

Multiple Interrupts-sequential

Multiple Interrupts-Nested

Bab 3 (CACHE)

Cache memiliki metode yang digunakan untuk menemukan/menempatkan sebuah alamat memori dalam sebuah cache yaitu Mapping Function. Terdapat tiga macam Mapping Fuction yaitu :

• Direct
• Associative
• Set Associative

Dirrect Mapping

Setiap block dari memori utama hanya memetakan kedalam satu baris cache. Jika suatu block ditemukan dicache maka block tersebut selalu ditemukan pada tempat yang sama.

Struktur Alamat Dirrect Mapping

Setiap alamat memori utama dibagi menjadi beberapa bagian :

1. Least Significant Bits (LSB) digunakan untuk mengidentifikasikan word unik dalam sebuah block.
2. Remainning Bits (RB) digunakan menetapkan block yang terdapat dalam memori. RB dibagi menjadi dua bagian yaitu LSB dari total mengidentifikasikan baris yang ditempati dalam cache dan Most Significant Bits(MSB) secara tunggal mengindentifikasi block dalam baris dari cache.

Manfaat Caching

Caching membantu membuat aplikasi lebih cepat dan lebih efisien karena data disimpan secara lokal. Pada browser data cache adalah informasi yang akanmembuat situs web lebih cepat karena mereka bisa mengakses data lebih cepat dari folder lokal. Contohnya gambar di beranda atau situs blog, bisa berukuran relatif besar, sehingga dapat di unduh satu kali, User pasti akan lebih sering meninggalkan situs web jika terlalu lama memuat. karena itu menggunakan caching adalah cara penting bagi pemilik situs untuk meningkatkan pengalaman user.

Bab 4 (Internal Memori)

Memori yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, Dalam hal ini memori utama dapat berupan data atau program. Fungsi dari memori utama sendiri adalah :

Menyimpan data yang berasal dari peranti masukan data dikirim ke ALU untuk di proses. Menyimpan daya hasil pemrosesan ALU sebelum dikirimkan ke pranti keluaran Mneampung program/intruksi yang berasal dari peranti masukan atau dari peranti pengingat sekunder bagaimana memori internal bekerja dalam sistem komputer.

1. Register, merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau intruksi yang sedang di proses. Memori ini bersifat sementara biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. jika di analogikan, register ini dapat diibaratkan sebagai CPU yang berisi ingatan-ingatan satuan kendali tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
2. ROM, mempunyai tugas untuk menyimpan program yang sifatnya tetap atau permanen, tidak tergantung pada keberadaan arus listrik dan program yang tersimpan dalamn ROM mempunyai sifat hanya bisa dibaca oleh para pengguna komputer. Menyimpan data pada ROM tidak dapat tidak dapat dilakukan dengan mudah, namun membaca data dari ROM dapat dilakukan dengan mudah. ROM modern didapati dalam bentuk IC persis seperti medium penyimpanan memori lainnya seperti RAM. untuk membedakannya perlu membaca teks yang tertera pada IC-nya biasanya dimulai dengan nomer 27xxx, angka 27 menunjukan jenis ROM.
3. RAM, merupakan singkatan dari Random Accsess Memory sebuah perangkat keras komputer yang berfungsi menyimpan berbagai data dan intruksi program isi dari RAM dapat diakses secara random atau tidak mengacu pada pengaturan letak data. RAM merupakan salah satu jenis memori internal yang mendukung kecepatan prosessor dalam mengolah data dan intruksi. Dengan menggunakan tambahan RAM kedalam komputer dapat menghasilkan pengaruh postif pada kinerja dan kecepatan komputer.

Bab 5 (Memori Eksternal)

Merupakan memori tambahan yang berfungsi untuk menyimpan data atau program contoh memori eksternal adalah Hardisk, Floopy disk

Jenis memori eksternal:

1. Magnetik Disk Raid & Removeable
2. Optical (CD-ROM, CD-Writable, CD-R/W, dan DVD)
3. Magnetik Tape

Format dan Organisasi Data

Lingkaran konsentris atau track ada Gap antar track, Grap sempit kapasitas bertambah, Jumlah bit per track sama (kerapatan bervariasi), kecepatan putar tetap. Track dibagi menjadi beberapa sector ukuran minimum block adalah satu sector satu block bisa berisi lebih dari satu sector.

Fixed/Moveable Head Disk

Fixed head, ada satu head r/w per track head diletakkan pada tangkai yang tetap dan Movable head hanya ada satu per side diletakan pada tangkai yang dapat bergerak.

Removable/Nonremovable

Removable disk dapat dilepas dari drive dan diganti dengan disk lain untuk memberikan kapasitas simpanan yang tak terbatas selain itu mudah melakukan transfer data antar sistem dan untuk Nonremovable terpasang permanen dalam drive.

Winchester Hard Disk

Dikembangkan oleh IBM di Winchester (USA) di kemas dalam satu Unit yang berisi satu cakram atau lebih mempunyai Head yang sangat kecil, umum digunakan biayanya murah dan sebagai eksternal storage yang sangat cepat kapasitas juga semakin besar dalam bentuk GB.

Jenis Removable Hard Disk

1. Zip, Murah banyak digunakan
2. Jaz, Harganya mahal

Bab 6 (Sistem Operasi 7 Segmen)

Adalah segmen-segmen yang digunakan menampilkan angka, Seven segmen ini tersusun atas 7 batang LED yang disusun membentuk angka 8 dengan menggunakan huruf a-f yang disebut DOT MATRIKS. Setiap segmen ini terdiri dari 1 atau 2 Light Emitting Dioda (LED).

Program yang dibuat adalah perogram untuk menampilkan sebuah karakter angka pada display seven segmen (1 digit). Dalam hal ini kaki-kaki bebas seven segment jenis anode dihubungkan dengan PORTC mikrokontroler AVR ATmega.

Contoh Program:

$regfile = “8535def.dat”

$crystal = 8000000

Config PORTC = Output

Segment Alias PORTC

Do

Segment = &HC0

Loop

$regfile = “m8535def.dat”

Pernyataan ini menunjukan bahwa program yang kita buat ikut melibatkan file pre-prosesor m8535.dat, File ini telah disediakan dalam software BASCOM-AVR sehingga kita dapat memanggil dengan menggunakan perintah $regfile.

$crystal = 8000000

Pernyataan ini menunjukan bahwa dalam membuat aplikasi mikrokontroler ini kita menggunakan kristal eksternal dengan frekuensi 8MHz (8.000.000n Hz)

Config Portc =- Output

Pernyataan ini adalah melakukan konfigurasi PORTC (Salah satu register I/O dalam mikrokontroler AVR) supaya dapat berfungsi sebagai jalur keluaran (output).

7segment Alias Portc

Pernyataan ini berguna untuk mengganti nama register I/O PORTC dengan nama lain atau alias dalam pernyataan tersebut PORTC namanya diganti dengan nama “7segment” hal ini dilakukan agar lebih memudahkan mengingat nama register yang digunakan dalam suatu program karena register akan di panggil tidak dengan nama register asli namun dengan nama yang sudah kita pilih.

Do

7segment = &HC0 ‘&B11000000 = angka 0

Loop

Blok program di atas merupakan program utama. Blok program ini menggunakan struktur perulangan Do-Loop. Sedang pernyataan/ekspresi yang diulang adalah proses menyalakan display 7segment yang dihubungkan dengan register “7segment” atau PORTC dengan memberikan nilai data 8-bit (&HC0) pada display seven segment. Untuk mengganti display angka yang lain, maka data yang dimasukan kedalam register “7segment” harus diganti dengan nilai yang menampilkan angka 1,2,3,4,5,6,7,8, atau 9.

Bab 7 ALU (Arithmetic and Logic Unit)

ALU adalah satu komponen CPU yang berfungsi menjalankan tugasnya sesuai dengan perintah dari otak atau pusat komputer yakni CPU itu sendiri. Sesuai dengan namanya perangkat ini lebih berkonsentrasi kepada fungsi aritmatika dan fungsi logika.

Fungsi aritmatika adalah suatu fungsi yang mengarah ke operasi matematika sedangkan maksud dari fungsi logika sendiri adalah seringkali digunakan untuk mengoperasikan logika AND, OR, XOR, dll. Karena dibuat khusus untuk proses perhitungan arimatika maka sirkuit Adder ini seringkali disebut rangkaian kombinasional
Pada ALU terdapat beberapa macam Half Adder yang difungsikan untuk menjumlahkan dua bit, lalu Full Adder yang dapat menjumlahkan tiga bit dan kemudian Paralel Adder yang dapat menjumlahkan banyak bit.

Rangkaian pada ALU

Bagian dari komponen CPU, bahwa ALU tidak bekerja sendiri. Suatu komponen bernama Control Unit (CU) yang ada pada prosessor akan memberi perintah terlebih dahulu selain control unit terdapat pula register dan setiap komando atau perintah yang diberikan control unit harus sesuai dengan komando yang ada pada register. Register adalah bagian memori dari mikroprosessor yang dapat diakses dengan kecepatan tinggi, Apabila register memberikan perintah untuk menghitung penjumlahan maka secara otomatis komputer juga melakukan hal yang sama. Pada dasarnya rangkaian pada ALU memang terdiri atas gerbang AND dan OR serta rangkaian full adder. Di awal-awal ALU sudah mampu mengoprasikan 4 metode komputasi dasar yakni penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Namun komponen dasar lainya termasuk juga ALU.

Bab 8 (SET Intruksi)

Set intruksi dapat didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram, Set intruksi adalah sekumpulan lengkap intruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU, set intruksi sering juga disebagai bahasa mesin (machine code) karena sebenarnya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly untuk konsumsi pemrogramer.

Elemen-elemen pada intruksi adalah Operation code, Source Operand reference, Result Operand reference, dan Next Intruction reference. Penyajian intruksi dapat didalam kode mesin setiap intruksi memiliki pola bit tertentu untuk konsumsi programmer di sediakan dalam penyajian simbolikn (ADD, SUB, LOAD)

Jenis-Jenis Intruksi antara laim Data Processing, Data storage (main memory), Data movement (I/O) dan Program flow control.

Jenis Operasi:

• Data Transfer
• Arithmatic
• Logical
• Conversation
• I/O
• System Control
• Transfer control

Data transfer memiliki fungsi menentukan source, destinasi, dan jumlah data karena beda intruksi untuk setiap data movement pada IBM 370 atau satu instruction address yang berbeda pada VAX. Sedangkan fungsi arithmatic untuk Add, Subtract, Multiply dan Divide. Logical berfungsi pada Bitwise operations AND, OR, NOT.

Pada set intruksi memiliki penamaan Byte Order, pada problem ordering dinamakan Endian kemudian pada LSB pada posisi paling kiri (Pada addres terkecil) dinamakan big-endian dan jika pada LSB pada posisi paling kanan dinamakan (Pada addres terbesar) dinamakan little endian

Bab 9 (Struktur CPU)

CPU merupakan komponen terpenting dari sitem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan intruksi-intruksi yang diberikan CPU terdiri dari dua bagian utama yaitu unit kendali dan unit aritmatika dan logika (ALU) disamping itu CPU mempunyai beberapa alat penyimpan yang berukuran kecil yang disebut register.

Struktur Internal CPU

CPU berfungsi seperti kalkulator hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya, Fungsi utama CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukan melalui beberapa perangkat keras seperti papan ketik, pemindai, tuas kontrol. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan intruksi perangkat lunak komputer. perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan membacanya dari media penyimpan seperti cakram keras, disket, cakram padat, maupun pita perekam.

Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program, Pengolahan intruksi yang terdiri dari dua langkah yaitu operasi pembacaan intruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan intruksi (execute).

Siklus Fetch-Eksekusi

Pada setiap siklus instruksi CPU awalnya akan membaca intruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung intruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca intruksi. Intruksi-intruksi yang akan dibaca akan dibuat dalam register intruksi. Intruksi-intruksi ini dalam bentuk kode-kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi-aksi ini dikelompokan menjadi empat kategori yaitu :

1. CPU- Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya
2. CPU- I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya
3. Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data
4. Kontrol, merupakan intruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja, Contohnya intruksi pengubahan urusan eksekusi

Siklus Eksekusi

Siklus eksekusi untuk suatu intruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori, Disamping itu juga, suatu intruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

Bab 10 (Instruct Set Computer)

Set intruksi (Instruction set) adalah sekumpulan lengkap intruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU dengan sebuah kamus berisi daftar perintah apa saja yang dapat dilakukan oleh sebuah prosesor dan biasanya terikat dengan sebuah keluarga arsitektur prosesor tertentu misalnya x86 dan x64. Intruksinya berbentuk machine code (bahasa mesin) sebenarnya seluruhnya adalah bilangan biner

Elemen-Elemen intruksi mesin

1. Operation Code yaitu kode operasi berbentuk biner
2. Source Operand Reference yaitu operand adalah input operasi
3. Result Operand Reference yaitu merupakan hasil atau keluaran operasi
4. Next Instruction Reference elemen ini menginformasikan CPU posisi intruksi berikutnya yang harusn diambil dan dieksekusi

Format Intruksi:

1. OP code Alamat direpresentasikan dengan singkatan-singkatan yang disebut mnemonic
2. ADD = Penambahan
3. SUBB = Pengurangan
4. LOAD = Muatan data ke memori

Jenis-jenis Intruksi:

1. Data Processing : Arithmetic dan Logic Instruction, adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan. Pemrosesan data ini sering menggunakan komputer sehingga bisa berjalan secara otomatis setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informatif jika dinyatakan dan di kemas secara terorganisir dan rapi maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi.
2. Data Storage : Memory Instructions, Sering disebut sebagai memori komputer yang merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Penyimpanan data komputer menyediakan salah satu tiga fungsi inti dari komputer modern, yakni mempertahan informasi. Dalam penggunaan kontemporer memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM) dan kadang-kadang dalam bentuk lainnya yang lebih cepat tapi hanya dapat menyimpan data secara sementara.
3. Data Movement : I/O Instruction, Proses data movement ini adalah memindahkan data-data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dll. ke tempat yang baru. Tempat baru ini bisa kedalam database baru atau memang untuk backup saja. Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu Load & Upload yang difokuskan untuk memindahkan data yang berupa indeks atau data itu sendiri alias isi dari database dan yang kedua adalah Export & Import yang digunakan memindahkan data secara lengkap mulai dari grand, schema, dan seluruhnya.
4. Control : Test and branch Instruction, Unit kendali (Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arah/kendali terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU. Pada awal-awal desain komputer CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan didalam tempat penyimpanan kontrol (Controln Store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang batang dari word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut termasuk diantaranya adalah register.

Bab 11 (Instruction Level Parallel)

Paralelisme tingkat intruksi adalah ukuran dari beberapa banyak file intruksi disebuah program komputer dapat dijalankan secara bersamaan. Ada dua pendekatan untuk paralelisme tingkat intruksi yaitu Perangkat Keras dan Lunak .

Level perangkat keras bekerja pada paralelisme dinamis sedangkan Level perangkat lunak bekerja pada paralelisme statis. Paralelisme dinamis berarti prosessor memutuskan pada waktu berjalan intruksi mana yang akan dieksekusi secara paralel sedangkan parelisme statis berarti memutuskan intruksi mana yang akan dijalankan secara paralel.

Teknik mikro-arsitektur yang digunakan untuk mengeksploitasi Instruction Level Parallel (ILP) adalah :

1. Pipelining intruksi dimana eksekusi beberapa intruksi dapat tumpang tindih sebagian.
2. Superscalar eksekusi VLIW dan yang terkait erat komputasi intruksi paralel secara eksplisit konsep dimana banyak unit eksekusi digunakan untuk menjalankan beberapa intruksi secara paralel.
3. Eksekusi tidak sesuai pesanan dimana intruksi dijalankan dalam urutan apa pun yang tidak melanggar dependensi data.
4. Daftar penggantian nama yang mengacu pada teknik yangdiguankan untuk menghindari serialisasi yang tidak perlu dari operasi program yang dipaksakan oleh penggunaan kembali register oleh operasi tersebut.
5. Eksekusi spekulatif yang memungkinkan eksekusi intruksi lengkap atau bagian dari intruksi sebelum memastikan apakah eksekusi ini harus dilakukan.
6. Prediksi Cabang yang digunakan untuk menghindari terhentinya dependensi kontrol yang akan diselesaikan. Prediksi cabang digunakan dengan eksekusi spekulatif.

Dalam beberapa tahun terakhir teknik ILP telah digunakan untuk memberikan peningkatan kinerja meskipun terdapat perbedaan yang semakin besar antara frekuensi pengoperasian prosessor dan waktuakses memori (desain ILP awal seperti IBM system / 360 Model 91 menggunakan teknik ILP untuk mengatasi batasan yang diberlakukan oleh file register yang relatif kecil). saat ini penalti kehilangan cache ke memori utama menghabiskan beberapa ratus siklus CPU. Meskipun pada prinsipnya memungkinkan untuk menggunakan ILP untuk mentolerir bahkan latensi memori seperti itu, biaya sumber daya dan disipasi daya terkait tidak proporsional. Selain itu kompleksitas dan seringkali latensi dari struktur perangkat keras yang mendasari menghasilkan pengurangan frekuensi operasi yang selanjutnya mengurangi manfaat apapun. Oleh karena itu teknik yang di sebutkan diatas terbukti tidak memadai untuk menjaga CPU agar tidak berhenti untuk data off-chip.