A. Model Van Neumann
Arsitektur Von Neumann menjelaskan bahwa komputer memiliko 4 bagian utama: Unit Aritmatika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian ini dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”.
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).
1. Diagram blok
2. Cara kerja
Arsitektur Von Neumann menjelaskan bahwa komputer memiliko 4 bagian utama: Unit Aritmatika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian ini dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”.
a. 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. Sebagai contoh: Huruf F disimpan sebagai angka desimal 70 (atau angka biner ) menggunakan salah satu metode pemecahan. Instruksi yang lebih kompleks bisa digunakan untuk menyimpan gambar, suara, video, dan berbagai macam informasi. Informasi yang bisa disimpan dalam satu sell dinamakan sebuah byte.
b. Pemprosesan
Unit Pemproses Pusat atau CPU ( central processing unit) berperanan 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. Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yang melakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan, pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), dan pelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untuk kesetaraan). Pada unit inilah dilakukan “kerja” yang nyata.
Unit kontrol menyimpan perintah sekarang yang dilakukan oleh komputer, memerintahkan ALU untuk melaksanaan dan mendapat kembali informasi (dari memori) yang diperlukan untuk melaksanakan perintah itu, dan memindahkan kembali hasil ke lokasi memori yang sesuai. Sekali yang terjadi, unit kontrol pergi ke perintah berikutnya (biasanya ditempatkan di slot berikutnya, kecuali kalau perintah itu adalah perintah lompatan yang memberitahukan kepada komputer bahwa perintah berikutnya ditempatkan di lokasi lain).
c. Input dan Hasil
Yang dimiliki oleh semua alat masukan biasa ialah bahwa mereka meng-encode (mengubah) informasi dari suatu macam ke dalam data yang bisa diolah lebih lanjut oleh sistem komputer digital. Alat output, men-decode data ke dalam informasi yang bisa dimengerti oleh pemakai komputer. Dalam pengertian ini, sistem komputer digital adalah contoh sistem pengolah data.
d. Instruksi
Instruksi diwakili dalam komputer sebagai nomor – kode untuk “menyalin” mungkin menjadi 001, misalnya. Suatu himpunan perintah khusus yang didukung oleh komputer tertentu diketahui sebagai bahasa mesin komputer. Dalam prakteknya, orang biasanya tidak menulis perintah untuk komputer secara langsung di bahasa mesin tetapi memakai bahasa pemrograman “tingkat tinggi” yang kemudian diterjemahkan ke dalam bahasa mesin secara otomatis oleh program komputer khusus (interpreter dan kompiler). Beberapa bahasa pemrograman berhubungan erat dengan bahasa mesin, seperti assembler (bahasa tingkat rendah); di sisi lain, bahasa seperti Prolog didasarkan pada prinsip abstrak yang jauh dari detail pelaksanaan sebenarnya oleh mesin (bahasa tingkat tinggi).
e. Arsitektur
kontemporer menaruh ALU dan unit kontrol ke dalam satu sirkuit terpadu yang dikenal sebagai Central Processing Unit atau CPU. Biasanya, memori komputer ditempatkan di atas beberapa sirkuit terpadu yang kecil dekat CPU. Alat yang menempati sebagian besar ruangan dalam komputer adalah ancilliary sistem (misalnya, untuk menyediakan tenaga listrik) atau alat I/O.
f. Program
Banyak program komputer berisi jutaan perintah, dan banyak dari perintah itu dilakukan berulang kali. Suatu [[Personal computer[PC]] modern yang umum (pada tahun 2003) bisa melakukan sekitar 2-3 milyar perintah dalam sedetik. Komputer tidak mendapat kemampuan luar biasa mereka lewat kemampuan untuk melakukan perintah kompleks. Tetapi, mereka melakukan jutaan perintah sederhana yang diatur oleh orang pandai, “programmer.” “Programmer Baik memperkembangkan set-set perintah untuk melakukan tugas biasa (misalnya, menggambar titik di layar) dan lalu membuat set-set perintah itu tersedia kepada programmer lain. Ini biasanya diserahkan ke sebagai multitasking. Pada kenyataannya, CPU melakukan perintah dari satu program, kemudian setelah beberapa saat, CPU beralih ke program kedua dan melakukan beberapa perintahnya. Jarak waktu yang kecil ini sering diserahkan ke sebagai irisan waktu (time-slice). Ini menimbulkan khayal program lipat ganda yang dilakukan secara bersamaan dengan memberikan waktu CPU di antara program. Ini mirip bagaimana film adalah rangkaian kilat saja masih membingkaikan. Sistem operasi adalah program yang biasanya menguasai kali ini membagikan.
g. Sistem Operasi
Sistem operasi ialah semacam gabungan dari potongan kode yang berguna. Ketika semacam kode komputer dapat dipakai secara bersama oleh beraneka-macam program komputer, setelah bertahun-tahun, programer akhirnya memindahkannya ke dalam sistem operasi.
Sistem operasi, menentukan program yang mana dijalankan, kapan, dan alat yang mana (seperti memori atau I/O) yang mereka gunakan. Sistem operasi juga memberikan servis kepada program lain, seperti kode (driver) yang membolehkan programer untuk menulis program untuk suatu mesin tanpa perlu mengetahui detail dari semua alat elektronik yang terhubung.
3. Keunggulan
Keuntungan lain dengan arrrsitektur Von Neumann adalah pada fleksibilitas pengalamatan program dan data. Biasanya program selalu ada di ROM dan data selalu ada di RAM. Arsitektur Von Neumann memungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang ada didalam memori data (RAM). Misalnya pada saat power on, dibuat program inisialisasi yang mengisi byte di dalam RAM. Data di dalam RAM ini pada gilirannya nanti akan dijalankan sebagai program. Sebaliknya data juga dapat disimpan di dalam memori program (ROM). Contohnya adalah data look-up-table yang ditaruh di ROM. Data ini ditempatkan di ROM agar tidak hilang pada saat catu daya mati. Pada mikroprosesor Von Neumann, instruksi yang membaca data look-up-table atau program pengambilan data di ROM, adalah instruksi pengalamatan biasa. Sebagai contoh, pada mikrokontroler 8bit Motorola 68HC11 program itu ditulis dengan :
LDAA $4000 ; A <-- $4000
Program ini adalah instruksi untuk mengisi accumulator A dengan data yang ada di alamat 4000 (ROM).
Instruksi tersebut singkat hanya perlu satu baris saja. Pada prinsipnya, kode biner yang ada di ROM atau di RAM bisa berupa program dan bisa juga berupa data.
4. Kekurangan
Arsitektur Von Neumann bukan tidak punya kelemahan, diantaranya adalah 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. Selain itu bandwidth program harus sama dengan banwitdh data. Jika memori data adalah 8 bits maka program juga harus 8 bits. Satu instruksi biasanya terdiri dari opcode (instruksinya sendiri) dan diikuti dengan operand (alamat atau data). Karena memori program terbatas hanya 8 bits, maka instruksi yang panjang harus dilakukan dengan 2 atau 3 bytes. Misalnya byte pertama adalah opcode dan byte berikutnya adalah operand. Secara umum prosesor Von Neumann membutuhkan jumlah clock CPI (Clock per Instruction) yang relatif lebih banyak dan walhasil eksekusi instruksi dapat menjadi relatif lebih lama.
5. Contoh Implementasi
Dalam arsitektur von Neumann yang asli, ia menjelaskan sebuah Unit Aritmatika dan Logika, dan sebuah Unit Kontrol. Dalam komputer-komputer modern, kedua unit ini terletak dalam satu sirkuit terpadu (IC – Integrated Circuit), yang biasanya disebut CPU (Central Processing Unit).
Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yang melakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan, pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), dan pelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untuk kesetaraan). Pada unit inilah dilakukan “kerja” yang nyata.
B. Model Non Van Neumann
1. Cara kerja
Dalam arsitektur von Neumann yang asli, ia menjelaskan sebuah Unit Aritmatikadan Logika, dan sebuah Unit Kontrol. Dalam komputer-komputer modern, keduaunit ini terletak dalam satu sirkuit terpadu (IC - Integrated Circuit), yang biasanyadisebut CPU (Central Processing Unit).Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yangmelakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan,pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), danpelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untukkesetaraan). Pada unit inilah dilakukan "kerja" yang nyata.
2. Keunggulan & Kekurangan
Keuntungan lain dengan arsitektur Von Neumann adalah padafleksibilitas pengalamatan program dan data. Biasanya program selaluada di ROM dan data selalu ada di RAM. Arsitektur Von Neumannmemungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang adadidalam memori data (RAM). Misalnya pada saat
power on
Arsitektur Von Neumann bukan tidak punya kelemahan,diantaranya adalah bus
tunggalnya itu sendiri. Sehingga instruksiuntuk mengakses program dan data harus dijalankan secarasekuensial dan tidak bisa dilakukan overlapping untuk menjalankan duaisntruksi yang berurutan.
3. Contoh Implementasi
Mikrokontroler 8-bit dari Motorola M68HC05 dan M68HC11 memiliki organisasi khusus yan disebut dengan arsitektur Von Neumann. Dalam arsitektur ini, CPU dan rangkaian memori di-interkoneksi-kan dengan bus alamat dan bus data. Bus alamat digunakan untuk menentukan lokasi memori yang mana yang akan diakses, dan bus data digunakan untuk mengirim informasi baik dari CPU ke lokasi memori dan sebaliknya.
Dalam arsitektur implementasi Motorola ini terdapat beberapa memori spesial yang disebut dengan register CPU yang terletak di dalam CPU itu sendiri. Register ini mirip dengan memori yang dapat menyimpan informasi. Tetapi register ini terjalur langsung di dalam CPU dan bukan bagian dari memori konvensional mikrokontroler.
Dalam arsitektur implementasi Motorola ini terdapat beberapa memori spesial yang disebut dengan register CPU yang terletak di dalam CPU itu sendiri. Register ini mirip dengan memori yang dapat menyimpan informasi. Tetapi register ini terjalur langsung di dalam CPU dan bukan bagian dari memori konvensional mikrokontroler.
Daftar pustaka :
Electriniclub.com
Arsitektur-microprosesor-von-neumann-dan.html
Cara kerja system computer_blog ikhsan.html
http://www.scribd.com/doc/49684003/28/Memilih-Karakteristik-Mikroprosesor
0 komentar:
Posting Komentar