MATERI: 3.7 Menganalisis blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer) siskom kls X

3.7 Menganalisis blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer) siskom kls X

A. Kompetensi Dasar

3.7 Menganalisis blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer)

B. Indikator Percapaian Materi

i. Menjelaskan komponen-komponen pendukung sistem minimal komputer (RAM, ROM, perangkat I/O, decoder

ii. Menerapkan mikroprosesor kedalam sistem minimal komputer

iii. Mendiagnosis kinerja sistem minimal komputer

C. Materi Pokok

· Arsitektur mikroprosesor

Pemahaman yang baik terhadap arsitektur mikroprosesor sangat membantu kemampuan pengembangan program sistem mikroprosesor. Arsitektur mikroprosesor berkaitan dengan rancangan software dan hardware internal sebuah mikroprosesor.

Jenis Arsitektur Mikroprosesor

Arsitektur mikroprosesor biasanya berkaitan dengan bangunan, rancangan atau desain sebuah mikroprosesor. Desain sebuah mikroprosesor dengan ciri-ciri pokok yang sering disebut dengan features sebuah mikroprosesor dapat dipelajari dengan baik melalui Internal Software-Hardware Design. Pemahaman dan pengkajian mendalam terhadap rancangan software dan hardware yang disebut juga dengan istilah arsitektur akan sangat membantu dalam pemrograman mikroprosesor.

Arsitektur sebuah mikroprosesor menunjukkan rancangan tentang perangkat lunak dan perangkat keras yang terpadu menjadi satu. Rancangan perangkat lunak dan perangkat keras sebuah mikroprosesor dikembangkan secara simultan sebelum sebuah mikroprosesor diproduksi. Arsitektur perangkat lunak mikroprosesor disebut juga dengan set instruksi. Setiap mikroprosesor memiliki set instruksi tersendiri yang terdiri dari sejumlah instruksi yang dapat bekerja di dalam perangkat keras mikroprosesor.

Internal software design berkaitan dengan bentuk atau rancangan set instruksi (instruction set) yang digunakan. Set instruksi sebuah mrikroprosesor dibangun dan dikembangkan bersamaan dengan pengembangan rancangan perangkat keras mikroprosesornya. Setiap perintah dalam set instruksi harus bekerja pada saat proses decoding yang dilakukan oleh perangkat keras mikroprosesor. Disebut internal software karena set instruksi berkaitan langsung dengan perangkat keras yang ada di dalam mikroprosesor. Setiap perintah dalam set instruksi dikodekan dalam heksa desimal.

Jenis Arsitektur Mikroprosesor

Hardware Design. Pemahaman dan pengkajian mendalam terhadap rancangan software dan hardware yang disebut juga dengan istilah arsitektur akan sangat membantu dalam pemrograman

mikroprosesor.

A. Internal Software Design

Ada tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design yaitu:

(1) Complex Instruction Set Computer (CISC)

(2) Reduce Instruction Set Computer (RISC)

(3) Mikroprosesor Superskalar

Complex Instruction Set Computer (CISC)

Pada mulanya dalam industri komputer, pemrograman dilakukan menggunakan bahasa assembly atau kode-kode bahasa mesin. Pemrograman semacam ini sangat powerful dan mudah menggunakan instruksi. Perancang CPU mencoba membuat instruksi yang dapat melakukan berbagai perintah kerja. CISC adalah jenis arsitektur mikroprosesor yang menggunakan banyak jenis dan ragam instruksi. CISC menyediakan kemampuan setiap instruksi dapat mengeksekusi operasi low-level, seperti men-load data dari memori, operasi aritmetika, dan melakukan prosedur penyimpanan ke memori. Mikroprosesor jenis ini memiliki kemampuan eksekusi cepat. Contoh mikroprosesor dengan arsitektur CISC adalah Intel 8088, 8085, 8086, Zilog Z-80 CPU, NS 32016, MC6800. Karena jumlah instruksi lebih banyak jenis dan ragamnya maka kelemahan CISC terletak pada sulitnya mengembangkan interpreter dan kompiler.

Reduce Instruction Set Computer (RISC)

RISC merupakan arsitektur instruction set yang menekankan kepada kesederhanaan instruksi “bekerja sedikit” tetapi tetap memberikan hasil performansi yang tinggi. Hal ini bisa terjadi karena proses eksekusi instruksinya sangat cepat. Arsitektur ini lebih baru dibandingkan dengan arsitektur CISC. Arsitektur RISC memiliki sedikit instruksi banyak register. Contoh mikroprosesor dengan artsitektur RISC adalah AMD 2900, MIPS R2000, SUN SPARC, MC 8800, ATMET 90S1200, 90S2313, 90S2323, 90S2343, 90S4434, 90S8515.

Ciri-ciri RISC :

Instruksi bersifat tunggal

Ukuran instruksi umumnya 4 byte

Jumlah mode pengalamatan (Addresing mode) lebih sedikit dibawah lima,

Tidak ada mode pengalamatan tidak langsung (inderect addresing mode),

Tidak ada operasi yang menggabungkan operasi Load/Store dengan operasi aritmetika,

Setiap instruksi dalam satu lokasi memori memiliki lebih dari satu operand.

Tidak mendukung sembarang peralatan

Satu instruksi satu alamat data,

Minimal 32 register interger dapat dirujuk secara eksplisit,

Minimal 16 register floating point direferensikan secara eksplisit.

3. Mikroprosesor Superskalar

Mikroprosesor dengan arsitektur superskalar adalah mikroprosesor yang menggunakan instruksi-instruksi biasa (aritmetika, floating point, store, branch) tetapi bisa diinisialisasi secara simultan dan dapat dieksekusi secara independen. Contoh mikroprosesor dengan arsitektur superskalar antara lain: IBM RS 6000, Pentium (CISC dengan konsep superskalar).

B. Internal Hardware Design

Internal hardware design berkaitan dengan masalah-masalah jenis, jumlah, dan ukuran register serta komponen lainnya. Untuk dapat menginstalasikan sebuah mikroprosesor dengan komponen lainnya seperti RWM, ROM, dan I/O sebagai komponen utama dan rangkaian Clock, Reset, Buffer, dan lain-lain sebagai komponen pendukung, diperlukan pemahaman sistem bus yang dimiliki oleh setiap mikroprosesor.

Ada tiga jenis arsitektur mikroprosesor berdasarkan internal hardware design yaitu:

(1) Arsitektur I/O terisolasi

(2) Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori

(3) Arsitektur Harvard

1. Arsitektur I/O Terisolasi

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi menggunakan disain pengalamatan atau pemetaan I/O terpisah atau terisolasi dengan pengalamatan atau pemetaan memori. Pengalamatan I/O menggunakan sebagian dari jumlah saluran alamat (address bus) sedangkan pengalamatan memori menggunakan semua saluran alamat (address bus). Ini merupakan ciri pokok dari mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi. Ada pengendalian yang terpisah dan bergantian.

Pada saat mikroprosesor mengakses memori maka I/O harus off. Sebaliknya pada saat mikroprosesor mengakses I/O memori harus off.

Untuk memudahkan memahami kita gunakan kasus sebuah mikroprosesor dengan arsitektur I/O terisolasi memiliki saluran alamat 16 bit. Jumlah lokasi memori maksimum yang dapat dialamati oleh mikroprosesor ini adalah 216 atau 64 Kilo byte dan jumlah lokasi I/O yang dapat dialamati adalah 28 yaitu sama dengan 256 byte. Jadi pengalamatan memori menggunakan seluruh saluran alamat dalam hal ini 16 bit sedangkan pengalaman I/O menggunakan sebagian saluran alamat dalam hal ini 8 bit.

Jenis arsitektur I/O terisolasi menyediakan akses memori dan I/O secara terpisah. Artinya pada saat mengakses memori, perangkat I/O harus off. Sebaliknya pada saat mengakses I/O bagian memori harus off. Model arsitektur I/O terisolasi terlihat jelas peta selsel memori terpisah atau terisolasi dengan peta sel-sel I/O. Untuk mikroprosesor dengan bus alamat 16 bit yakni dari A0 sampai dengan A15 sel memori berada pada alamat 0000H sampai dengan FFFFH. Sedangkan sel I/O berada pada alamat terpisah diantara 00H sampai dengan FFH.

Metoda I/O terisolasi menggunakan akumulator pada CPU untuk menerima data dari I/O atau mengeluarkan data ke bus I/O selama operasi input output. Tidak ada register lain selain akumulator yang terpakai untuk akses I/O. Dengan demikian arsitektur I/O terisolasi disebut juga dengan I/O akumulator.

Keuntungan metoda I/O terisolasi :

Komputer dapat mengalihkan informasi/data ke atau dari CPU tanpa menggunakan memori. Alamat atau lokasi memori sepenuhnya digunakan untuk operasi memori bukan untuk operasi I/O.

Lokasi memori tidak terkurangi oleh selsel I/O

Instruksi I/O lebih pendek sehingga dapat dengan mudah dibedakan dari instruksi memori.

Pengalamatan I/O menjadi lebih pendek dan perangkat keras untuk pengkodean alamat lebih sederhana.

Sedangkan kerugian arsitektur I/O terisolasi lebih banyak menggunakan saluran pin pengendalian pada bus kendali dari mikroprosesornya.

Mikroprosesor buatan perusahaan Intel dan mikroprosesor buatan Zilog menggunakan arsitektur I/O terisolasi.

2. Arsitektur I/O Terpetakan dalam Memori

Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori menyatukan sel-sel I/O dalam pengalamatan bersama dengan sel-sel memori. Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori dapat diilustrasi nampak bahwa sel-sel I/O menjadi satu dengan sel-sel memori. Arsitektur I/O terpetakan dalam memori menunjukkan penggunaan instruksi tipe memori untuk mengakses alat-alat I/O. I/O yang dipetakan dalam memori memungkinkan CPU menggunakan instruksi yang sama untuk alih data ke memori seperti yang digunakan untuk alih data ke I/O.

Sebuah pintu I/O diperlakukan seperti sebuah lokasi memori. Keuntungan system ini adalah instruksi yang dipakai untuk pembacaan dan penulisan memori dapat digunakan untuk memasukkan dan mengeluarkan data pada I/O.

Kerugiannya pertama tiap satu pintu I/O mengurangi satu lokasi memori yang tersedia. Kedua alamat lokasi I/O memerlukan 16 bit saluran. Ketiga instruksi I/O yang dipetakan dalam memori lebih lama dari instruksi I/O terisolasi. Gambar 2.2 menunjukkan bentuk pengendalian I/O terpetakan dalam Memori.

3. Arsitektur Harvard

Arsitektur Harvard menggunakan disain yang hampir sama dengan arsitektur I/O terisolasi. Perbedaannya pada arsitektur Harvard antara memori program dan memori data dipisahkan atau diisolasi. Pemisahan antara memori program dan memori data menggunakan perintah akses memori yang berbeda.

Arsitektur Harvard ditinjau dari kemampuan jumlah memori lebih menguntungkan. Terpisahnya memori program dengan memori data menyebabkan arsitektur Harvard berkemampuan memori dua kali lipat kemampuan memori arsitektur I/O terisolasi.

· Diagram blok dan detil pinout mikroprosesor

BLOK DIAGRAM SISTEM MIKROPROSESOR

· RAM, ROM, I/O, address decoderSistem bus (addres bus, data bus, control bus)

Struktur Interkoneksi adalah Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU,Memori,I/O) dan struktur interkoneksi bergantung pada:

1. Jenis data

2. Karakteristik pertukaran data (Syahruddin, 2014).

JENIS DATA

1. Memori

jenis datanya :

Pada umumnya, memori 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

2. CPU

Jenis Datanya :

3. Modul I/O

Jenis Datanya:

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 enulisan. 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.

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan oleh modul-modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data tersebut, di antaranya :

• Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun perintah yang berasal 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 system DMA. (Suryana, 2014)

Prinsip Operasi Bus

Bus Memiliki 2 Prinsip Dalam Kinerja - Nya, Yaitu :

èPrinsip Pengiriman Data Ke Modul Lain

1. Meminta Penggunaan Bus

2. Apabila Telah Disetujui, Maka Modul Akan Memindahkan Data Yang Diinginkan ke Modul Yang Dituju.

Prinsip Pengambilan Data Dari Modul Lain

1. Meminta Penggunaan Bus

2. Mengirim Request Data Yang Diinginkan

3. Menunggu Modul Lain Mengirimkan Data Yang Diinginkan. (Jakarta, 2013)

Karakteristik Pertukaran Data

hubungan antara CPU dengan main memory ataupun dengan alat-alat input/output dilakukan dengan suatu jalur yang disebut dengan bus. Hubungan antara CPU dengan main memory melalui jalur bus yang dilekatkan pada memory data register, memory address register dan control unit di CPU. Sedangkan bus yang menghubungkan CPU dengan alat-alat input/output tidak dilekatkan langsung ke alat-alat input/output tersebut, tapi dapat melalui suatu alat I/O port atau DMA controller atau I/O channel.

a. I/O port

Alat-alat input/output tidak dilekatkan langsung dengan bus, tetapi melalui suatu I/O port atau I/O inerfaces. Alat-alat input/output dapat berkomunikasi dengan CPU dengan cara mengirimkan informasi yang akan dikomunikasikan lewat bus. Informasi yang dikirim dari alat input/output (peripheral device) ke main memory atau ke register di CPU diletakkan di I/O port dan dikirimkan lewat data bus.

Demikian juga bila informasi dari main memory akan dikirimkan ke peripheral device juga melalui data bus, dan diterima di I/O port. Cara pengiriman informasi ke alat-alat I/O seperti ini disebut dengan program-controlled I/O.

Dengan cara program-controlled I/O seperti tersebut, hanya satu word data saja yang dapat dikirimkan setiap saat. Cara ini banyak diterapkan pada alat-alatI/O yang hanya dapat menangani satu karakter atau 1 byte atau 1 word (1 word = 2 byte atau lebih) saja tiap saat. Contoh I/O port atau I/O interface ini adalah keyboard yang dihubungkan dengan keyboard interface.

Jika satu blok data yang besar (beberapa word sekaligus) dibutuhkan untuk dikirimkan dari atau ke peripheral device, cara yang lain harus digunakan yaitu Direct Memory Access (DMA).

b. DMA controller

Untuk peripheral device yang mempunyai kecepatan tinggi, tidaklah ekonomis untuk pengiriman informasi byte per byte atau word per word, dan akan lebih ekonomis bila pengiriman informasi dilakukan sekaligus per blok informasi. Bila informasi dikirimkan sekaligus per blok, dan CPU dapat beroperasi lebih cepat dibandingkan dengan proses peripheral device, bila CPU harus selalu mengawasi pengiriman informasi, maka akan terjadi suatu waktu yang terbuang (idle time) di CPU.

Karena CPU banyak menghabiskan proporsi waktu yang cukup besar di dalam proses membaca dan menuliskan informasi dari atau ke peripheral device, maka perlu dibuat cara agar proses ini tidak terlalu banyak menyita waktu dari CPU. DMA (Direct Memory Access) merupakan suatu konsep yang akan membuat komunikasi informasi antara peripheral device dengan main memory akan lebih efisien. Cara DMA ini dilakukan dengan melekatkan bus pada DMA controller yang dihubungkan dengan peripheral device.

DMA controller mempunyai sebuah processor sendiri di dalamnya (berupa IC khusus, misalnya Intel 8237 di komputer IBM PC) yang akan menangani operasi baca dan tulis antara main memory dan peripheraal device. Menurut Supriyanto (Supriyanto, 2005, hal. 42) untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang dikehendaki melalui bus alamat kemudian mengirim sinyal memori read pada bus kendali, sinyal tersebut memerintahkan ke perangkat memori untuk mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agar dibaca CPU. Bila dengan cara program-controlled I/O setiap kali terjadi pengiriman informasi harus selalu diawasi oleh CPU, maka dengan cara DMA ini CPU cukup sekali saja memberi sinyal ke DMA controller untuk melakukan pengiriman sejumlah blok data antara mein memory dengan peripheral device, yang selanjutnya urusan pengiriman data tersebut CPU akan dilakukan oleh processor di DNA tanpa turut campur dari CPU sehingga dapat melakukan pekerjaan yang lain.

Cara DMA ini biasanya diguanakan untuk peripheral device yang mempunyai kecepatan tinggi yang membutuhkan pengiriman blok data yang besar, seperti misalnya hard disk drive.

c. I/O Channel

Telah dibahas dua cara untuk menerapkan pengiriman informasi ke peripheral device, yaitu program-controlled I/O dan DMA. Program-controlled I/O

biasanya digunakan untuk peripheral device yang mempunyai kecepatan rendah, sedangkan yang mempunyai kecepatan tinggi dilakukan dengan cara DMA.

Bila beberapa peripheral device yang mempunyai kecepatan tinggi akan dihubungkan dengan CPU, maka tidaklah ekonomis menyediakan beberapa DMA controller yang terpisah untuk masing-masing peripheral device, yang lebih ekonomis adalah menyediakan suatu DMA controller yang digunakan untuk sejumlah peripheral device. Pemikiran inilah yang menimbulkan konsep I/O channel. Suatu I/O channel adalah suatu DMA controller yang dipergunakan bersama-sama untuk sejumlah alat-alat I/O.

Masing-masing alat-alat I/O dihubungkan dengan suatu channel lewat suatu control unit (jangan dibingunkan dengan control unit di CPU) atau controller. Sebuah controller dapat digunakan untuk sejumlah alat-alat I/O yang sejenis, misalnya dua atau lebih disk drive akan digunakan, dapat dipergunakan sebuah controller. Controller ini fungisnya sama dengan I/O port atau I/O interface untuk caraprogram-controlled I/O.(Muhammad Ghufron, 2013)

· Diagram blok sistem minimal komputer

Diagram Blok komputer adalah diagram yang dibuat untuk mempetakan proses kerja pada suatu komputer, hal ini bertujuan untuk memudahkan seseorang dalam mengenal komponen-komponen dalam CPU dan memahami alur kerja di dalamnya.

Komponen-komponen yang terdapat dalam komputer sangatlah beragam, serta mempunyai fungsi yang berbeda-beda, namun tetap dalam koridor yang sama.

D. Kegiatan Pembelajaran

1. Mengamati untuk mengidentifikasi dan merumuskan masalah tentang blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer)

2. Mengumpulkan data tentang blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer)

3. Mengolah data tentang blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer)

4. Mengomunikasikan tentang blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer)

E. Soal Essay

1. Sebutkan tiga model arsitektur mikroprosesor dilihat dari perangkat lunak dalam bentuk set instruksi sebagai software design

2. Apa yang kamu ketahui tentang CISC?

3. Sebutkan tiga jenis arsitektur mikroprosesor berdasarkan internal hardware design!

4. Apa fungsi dai CPU?

5. MPU tersusun dari tiga bagian pokok yaitu

· Soal Obyektif

1. Menurut jenis softwarenya, arsitektur mikroprosesor dibagi menjadi

a. 2 d. 5

b. 3 e. 6

c. 4

2. Berikut ini yang termasuk ciri-ciri RISC adalah (kecuali)

a. Instruksi bersifat tunggal

b. Ukuran instruksi umumnya 4 byte

c. Jumlah mode pengalamatan (Addresing mode) lebih sedikit dibawah lima.

d. Tidak ada mode pengalamatan tidak langsung (inderect addresing mode),

e. mengurangi satu lokasi memori yang tersedia

3. MPU tersusun dari tiga bagian pokok yaitu

a. Arsitektur I/O terisolasi

b. Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori

c. Arsitektur Harvard

d. Mikroprosesor Superskalar.

e. ALU

4. Bus Kendali adalah seperangkat bit pengendali yang berfungsi mengatur.. (kecuali)

a. Pembentuk clock

b. Reset

c. Penjadwalan MPU

d. Interupsi

e. RU

5. Mikroprosesor dengan arsitektur I/O terpetakan dalam memori menyatukan sel-sel I/O dalam pengalamatan bersama dengan sel-sel memori. Merupakan pengertian dari

a. Arsitektur Harvard

b. Arsitektur I/O terpetakan dalam memori

c. Arsitektur I/O terisolasi

d. ALU

e. Mikro Superskalar

6. Atribut-atribut sebuah system komputer yang tampak bagi seorang pemrogram, adalah definisi dari ……..

a. Organisasi Komputer

b. Arsitektur Komputer

c. Program Komputer

d. Struktur Komputer

e. Interface Komputer

7. Struktur arsitektur komputer…

a. CPU,Memory Utama,CU,ALU

b. CPU,CU,ALU,I/O

c. CPU,Memory Utama,I/O,System Interconection

d. CPU,ALU,I/O,System Interconection

e. Memory Utama,ROM,RAM,I/O

8. Komponen-komponen CPU antara lain : ?

a. CU,ALU,Register,CPU Interconections

b. ALU, Motherboard, Hardisk, RAM

c. Harddisk, CU, ALU, RAM

d. ALU, Harddisk, RAM,ROM

e. Powersuply,ALU,ROM

9. Mekanisme komunikasi antara CPU,memori utama,dan I/O merupakan pengertian dari ..

a. Memori Utama

b. CPU

c. ALU

d. I/O

e. System Interconection

10. Fungsi umum Komputer ..

a. Penggolahan Data, penyimpanan Data, Pemindahan Data dan Seleksi

b. Penggolahan Data, penyimpanan Data, Pemindahan Data dan Kontrol

c. Penggolahan Data, penyimpanan Data, dan Seleksi

d. Penggolahan Data, Pemindahan Data dan Seleksi

e. Penggolahan Data, Penyimpanan Data,Kontrol dan Seleki

· Kunci Jawaban

Ø Essay

1. (1) Complex Instruction Set Computer (CISC)

(2) Reduce Instruction Set Computer (RISC)

(3) Mikroprosesor Superskalar

2. . CISC adalah jenis arsitektur mikroprosesor yang menggunakan banyak jenis dan ragam instruksi

3. Arsitektur I/O terisolasi, Arsitektur I/O terpetakan dalam Memori, Arsitektur Harvard

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

5. Control Unit (CU)

Aritmethmetic Logic Unit (ALU)

Ø Objektif

1. B.

2. C

3. E.

4. E.

5. B.

6. B.

7. C.

8. A.

9. E.

10. B.

MATERI

a

Minggu, 04 Agustus 2019

3.7 Menganalisis blok diagram dari sistem mikro komputer (arsitektur komputer) siskom kls X

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Tentang Saya