Struktur Komputer

Struktur komputer dapat dibagi menjadi 5 sistem:

- Sistem Operasi Komputer.

- Struktur I/O.

- Struktur Penyimpanan.

- Storage Hierarchy.

- Proteksi Perangkat Keras.

Komponen-Komponen CPU
ALU (Arithmetic and Logic Unit) adalah salah satu bagian dari CPU yang berfungsi membentuk operasi-operasi aritmatika dan logika terhadap data. Semua komponen CPU yang lainnya dan komponen penyusun komputer secara keseluruhan berfungsi membawa data ke ALU untuk diproses dan mengambil data hasil proses dari ALU. Register adalah tempat penyimpanan data sementara dalam CPU selama proses eksekusi. Apabila terjadi proses eksekusi, data dalam register dikirim ke ALU untuk diproses dan hasil eksekusi akan diletakkan ke register kembali. Unit Control akan menghasilkan sinyal yang akan mengontrol operasi ALU dan pemindahan data ke dan dari ALU. Hubungan interkoneksi ALU dengan register, flag dan unit kontrol melalui bus internal CPU.

Struktur I/O

Bagian ini akan menentukan perangkat I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan interupsi.

Interupsi I/O

Untuk memulai operasi I/O, CPU me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya device controller memeriksa isi register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan. Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan asynchronous I/O. Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna setelah proses I/O selesai dikerjakan. Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses I/O selesai. Sehingga proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.

Struktur Penyimpanan

Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun demikian hal ini tidak mungkin karena:

- Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.

- Memori utama bersifat volatile, tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.

Memori Utama

Hanya memori utama dan register merupakan tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Oleh karena itu instruksi dan data yang akan dieksekusi harus disimpan di memori utama atau register.
Untuk mempermudah akses perangkat I/O ke memori, pada arsitektur komputer menyediakan fasilitas pemetaan memori ke I/O. Dalam hal ini sejumlah alamat di memori dipetakan dengan device register. Membaca dan menulis pada alamat memori ini menyebabkan data ditransfer dari dan ke device register. Metode ini cocok untuk perangkat dengan waktu respon yang cepat seperti video controller.
Register yang terdapat dalam prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register merupakan media penyimpanan dengan akses paling cepat bandingkan dengan memori utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan, dibuatlah suatu penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.

Proteksi Memori

Salah satu proteksi perangkat keras ialah dengan proteksi memori yaitu dengan pembatasan penggunaan memori. Disini diperlukan beberapa istilah yaitu:

·         Base Register yaitu alamat memori fisik awal yang dialokasikan/ boleh digunakan oleh pengguna.

·         Limit Register yaitu nilai batas dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.

·         Proteksi Perangkat Keras.

Sebagai contoh sebuah pengguna dibatasi mempunyai base register 300040 dan mempunyai limit register 120900 maka pengguna hanya diperbolehkan menggunakan alamat memori fisik antara 300040 hingga 420940 saja.


Eksekusi program
1. Eksekusi program akan terhenti apabila komputer dimatikan, terjadi
    kesalahan, atau terdapat instruksi yang menghentikan komputer.


2. Mengambil instruksi berikutnya Eksekusi instruksi Siklus Pengambilan (Fetch Cycle)                                                                  
    & Siklus Eksekusi (Execute Cycle)
3. Pada awal setiap siklus instruksi, CPU membaca instruksi dari memori.


4. Sebuah register yang disebut Program Counter (PC) digunakan untuk
    menunjukkan alamat instruksi yang akan diambil dari memori.


5. Setiap kali sebuah instruksi dibaca, isi PC akan ditambah sehingga CPU
    akan membaca instruksi selanjutnya secara berurutan.


6. Instruksi yang dibaca akan dimuatkan ke sebuah register di dalam CPU
    yang disebut Instruction register (IR).


7. Selanjutnya CPU menginterpretasikan instruksi dan melakukan aksi yang
    diperlukan.


Register internal CPU :


- Program Counter (PC) = menyimpan alamat instruksi
- Instruction Register (IR) = menampung instruksi yang sedang
dieksekusi
- Accumulator (AC) = register penyimpanan temporer
Kode atau instruksi :
-  0001   = Isi memori, yang alamatnya dinyatakan pada bit 4 sampai bit
                  15 pada format instruksi, disalinkan ke Accumulator.
-  0010   = Simpan isi accumulator  ke memori, yang alamatnya
                  dinyatakan pada bit 4 sampai bit 15.
 -  0101  =Tambahkan isi AC dengan  isi memori, yang alamatnya
                 dinyatakan pada bit 4 sampai bit 15.
Kumpulan register :
9  Memory Buffer Register (MBR)
9  Memory Address Register (MAR)
9  Instruction Register (IR)
9  Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk menyimpan
sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori.
9  Program Counter (PC)
9  Accumulator dan Multiplier -Ouotient (MQ) : digunakan untuk
menyimpan sementara operand dan hasil operasi ALU.


Pada IAS, setiap siklus instruksi terdiri dari dua subsiklus. Selama siklus
pengambilan, op code instruksi berikutnya dimuatkan ke IR dan alamat
dimuatkan ke MAR. Instruksi ini   dapat diambil dari IBR atau dapat
diperoleh dari memori dengan cara memuatkan sebuah word ke dalam
MBR, dan kemudian diturunkan ke IBR, IR dan MAR.
Setiap kali op code berada di dalam IR, siklus eksekusi akan terbentuk.