Arsitektur Komputer Von Noumann dan Harvard

A.KONSEP KOMPUTER NEUMANN

Sejak Intel mengeluarkan seri 4004 sekitar tahun 1970 dikenal ada dua jenis arsitektur mikroprosesor dilihat dari cara penggunaan memorinya. Jauh sebelum ini, pada tahun 1944 Howard Aiken dari Harvard University bekerja sama dengan engineer IBM maaaembuat mesin electromechanical yang terbuat dari banyak sekali transistor tabung dan relay. Mesin ini dikenal sebagai komputer pertama di dunia yang diberi nama Harvard Mark I. Belakangan baru diketahui bahwa sebelumnya pada tahun 1941 Konrad Zuse dari Jerman sudah membuat mesin yang dapat diprogram dan bekerja dengan sistem biner. Namun karena Jerman kala itu terisolasi saat perang dunia ke-II, Harvard Mark I diyakini sebagai komputer pertama yang memakai prinsip digital.

Mesin Harvard ini tidak lain adalah mesin kalkulator yang dikendalikan oleh pita kertas yang berisi instruksi. Waktu itu belum terpikirkan konsep komputer yang memakai memori. Hanya sebelumnya Alan Turing seorang ahli matematika Inggris pada tahun 1939 mengemukanan konsep mesin universal (universal machine). Hampir satu dekade kemudian pada tahun 1945, Dr. John von Neumann ahli matematika yang lahir di Budapest Hongaria, membuat tulisan mengenai konsep komputer yang menurutnya penting untuk menyimpan instruksi dan data pada memori. Sehingga mesin komputer ini dapat bekerja untuk berbagai keperluan.

Dari dulu hingga saat ini konsep dasar dari komputer yang dikendalikan oleh program sekuensial masih sama, yaitu terdiri dari CPU, Memori dan I/O (input-output). CPU (Central Processing Unit) sendiri terdiri dari blok unit control dan ALU (Aritmathic Logic Unit). Konsep dasarnya semua sama, tetapi kemudian adalah bagaimana implementasi dan realisasinya. Desainer dan pabrik mikroprosesor membuatnya dengan arsitektur yang berbeda-beda.

Sebagai pionir era komputer digital, nama Harvard dan Von Neumann diadopsi untuk menggambarkan dua tipe arsitektur mikroprosesor. Kedua arsitektur itu berbeda pada cara penempatan memorinya dan dikenal dengan sebutan arsitektur Harvard dan arsitektur Von Neumann.

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).

     A.     Arsitektur Komputer Von Noumann

LDAA $4000 ; A <– $4000

Pada dasarnya komputer arsitektur Von Neumann adalah terdiri dari elemen sebagai berikut:

Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan instruksi pada komputer.ü

Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik program maupun data.ü

ü Perangkat input-output, berfungsi sebagai media yang menangkap respon dari luar serta menyajikan informasi keluar sistem komputer.

Model kerja dari arsitektur dasar Von Neumann dapat dilihat pada Gambar 1. Pada gambar tersebut prosesor terdiri atas Unit Kontrol (CU) dan Unit Logika dan Aritmatik (ALU). Memori berfungsi sebagai tempat menyimpan instruksi yang sedang dijalankan oleh prosesor, lalu hasilnya dapat disajikan melalui perangkat input/output.

a. Prosesor atau Central Processing Unit (CPU)

CPU merupakan tempat untuk melakukan pemrosesan instruksi-instruksi dan pengendalian sistem komputer.

Perkembangan perangkat CPU mengikuti generasi dari sistem komputer.

Pada generasi pertama CPU terbuat dari rangkaian tabung vakum sehingga memiliki ukuran yang sangat besar. Pada generasi kedua telah diciptakan transistor sehinga ukuran CPU menjadi lebih kecil dari sebelumnya. Pada generasi ketiga CPU telah terbuat dari rangkaian IC sehingga ukurannya menjadi lebih kecil. Pada generasi keempat telah diciptakan teknologi VLSI dan ULSI sehingga memungkinkan ribuan sampai jutaan transistor tersimpan dalam satu chip.

o Control Unit (CU).

Control Unit atau Unit Kontrol berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Unit kendali akan mengatur kapan alat input menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output.

Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari alat input ke memori utama, dan mengambil data dari memori utama untuk diolah.

Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.

o Arithmatic and Logic Unit (ALU).

Arithmatic and Logic Unit atau Unit Aritmetika dan Logika berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan logika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU menjalankan operasi penambahan, pengurangan, dan operasi-operasi sederhana lainnya pada input-inputnya dan memberikan hasilnya pada register output.

o Register

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di dalam memori utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan kecepatan tinggi karena berada pada CPU.

Beberapa jenis register adalah:

Program Counter (PC), merupakan register yang menunjuk ke instruksi berikutnya yang harus diambil dan dijalankan.ü

Instruction Register (IR), merupakan register yang menyimpan instruksi yang sedang dijalankan. General Purpose Register, merupakan register yang memiliki kegunaaan umum yang berhubungan dengan data yang diproses.ü

ü Memory Data Register (MDR), merupakan register yang digunakan untuk menampung data atau instruksi hasil pengiriman dari memori utama ke CPU atau menampung data yang akan direkam ke memori utama dari hasil pengolahan oleh CPU.

Memory address register (MAR), merupakanü register yang digunakan untuk menampung alamat data atau instruksi pada memori utama yang akan diambil atau yang akan diletakkan.

Sebagianü besar komputer memiliki beberapa register lain, sebagian digunakan untuk tujuan umum, dan sebagian lainnya untuk tujuan khusus.

o Bus

Bus merupakan penghubung antara semua komponen CPU. Bus berupa sekumpulan kabel-kabel paralel untuk mentransmisikan alamat (address), data, dan sinyal-sinyal kontrol.

B. Kelebihan dan Kelemahan

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.

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.

C. Arsitektur Komputer Harvard

Arsitektur Harvard

Pada mikroprosesor yang berarsitektur Harvard, overlaping pada saat menjalankan instruksi bisa terjadi. Satu instruksi biasanya dieksekusi dengan urutan fetch (membaca instruksi ), decode (pengalamatan), read (membaca data), execute (eksekusi) dan write (penulisan data) jika perlu. Secara garis besar ada dua hal yang dilakukan prosesor yaitu fetching atau membaca perintah yang ada di memori program (ROM) dan kemudian diikuti oleh executing berupa read/write dari/ke memori data (RAM). Karena pengalamatan ROM dan RAM yang terpisah, ini memungkinkan CPU untuk melakukan overlaping pada saat menjalankan instruksi. Dengan cara ini dua instruksi yang beurutan dapat dijalankan pada saat yang hampir bersamaan. Yaitu, pada saat CPU melakukan tahap executing instruksi yang pertama, CPU sudah dapat menjalankan fetching instruksi yang ke-dua dan seterusnya. Ini yang disebut dengan sistem pipeline, sehingga program keseluruhan dapat dijalankan relatif lebih cepat.

prinsip pipeline

Pada arsitektur Harvard, lebar bit memori program tidak mesti sama dengan lebar memori data. Misalnya pada keluarga PICXX dari Microchip, ada yang memiliki memori program dengan lebar 12,14 atau 16 bits, sedangkan lebar data-nya tetap 8 bits. Karena bandwith memori program yang besar (16 bits), opcode dan operand dapat dijadikan satu dalam satu word instruksi saja. Tujuannya adalah supaya instruksi dapat dilakukan dengan lebih singkat dan cepat.

Kedua hal di atas inilah yang membuat prosesor ber-arsitektur Harvard bisa memiliki CPI yang kecil. PICXX dari Microchip dikenal sebagai mikroprosesor yang memiliki 1 siklus mesin (machine cycle) untuk tiap instruksinya, kecuali instruksi percabangan.

Arsitektur Havard menggunakan memori terpisah untuk program dan data dengan alamat dan bus data yang berdiri sendiri. Karena dua perbedaan aliran data dan alamat, maka tidak diperlukan multiplexing alamat dan bus data. Arsitektur ini tidak hanya didukung dengan bus paralel untuk alamat dan data, tetapi juga menyediakan organisasi internal yang berbeda sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan ketika berbagai data sedang diambil dan dioperasikan. Lebih lanjut lagi, bus data bisa saja memiliki ukuran yang berbeda dari bus alamat. Hal ini memungkinkan pengoptimalan bus data dan bus alamat dalam pengeksekusian instruksi yang cepat. Sebagai contoh, mikrokontroler Intel keluarga MCS-51 menggunakan arsitektur Havard karena ada perbedaan kapasitas memori untuk program dan data, dan bus terpisah (internal) untuk alamat dan data. Begitu juga dengan keluarga PIC dari Microchip yang menggunakan arsitektur Havard.

D. Kelebihan dan Kekurangan

Dari segi kapasitas memori, tentu arsitektur Harvard memberi keuntungan. Karena memori program dan data yang terpisah, maka kavling total memori program dan data dapat menjadi lebih banyak. Mikrokontroler 8bit Motorola 68HC05 memiliki peta memori 64K yang dipakai bersama oleh RAM dan ROM. Oleh sebab itu pengalamatan ROM dan RAM hanya dapat mencapai 64K dan tidak lebih. Sedangkan pada mikrokontroler Intel keluarga 80C51 misalnya, memori program (ROM) dan memori data (RAM) masing-masing bisa mencapai 64K.

Tetapi ada juga kekurangannya, arsitektur Harvard tidak memungkinkan untuk menempatkan data pada

ROM. Kedengarannya aneh, tetapi arsitektur ini memang tidak memungkinkan untuk mengakses data yang ada di ROM. Namun hal ini bisa diatasi dengan cara membuat instruksi dan mekanisme khusus untuk pengalamatan data di ROM. Mikroprosesor yang memiliki instruksi seperti ini biasanya disebut ber-arsitektur Modified Harvard. Instruksi yang seperti ini dapat ditemukan pada keluarga MCS-51 termasuk Intel 80C51, P87CLXX dari Philips dan Atmel AT89LSXX. Tetapi instruksi itu keseluruhannya menjadi program yang lebih panjang seperti contoh program dengan 80C51 berikut ini.

MOV DPTR,#4000 ;DPTR = $4000

CLR A ;@A = 0

MOVC A,@A+DPTR ;A <-- (DPTR+@A)

Urutan program di atas adalah :

1. load/isi data pointer dengan #4000

2. set accumulator A = 0 sebagai offset

3. load/isi accumulator A dengan data di alamat 4000+offset

Bandingkan dengan instruksi 68HC11 yang cukup dengan satu instruksi LDAA $4000.

E. Perbedaan Von Noumann dan Harvard

Arsitektur Harvard dan Von Neuman keduanya memiliki kelebihan sekaligus juga kekurangan. Dalam memilih prosesor tentu saja tidak hanya dengan mempertimbangkan arsitekturnya. Motorola dengan varian singlechip-nya ada yang dilengkapi dengan konventer A/D dan D/A, PWM control, port I/O, EEPROM dan sebagainya. Tetapi tidak ketinggalan juga keluarga Intel 80C51 dan klonnya, memperkenalkan bus serial I2C yang sangat praktis untuk penambahan devais eksternal. Intel based MCS-51 adalah arsitektur yang paling banyak diadopsi misalnya oleh Philips dan Atmel, sehingga kompatibilitas diantaranya semakin besar.

Arsitektur Havard menggunakan memori terpisah untuk program dan data dengan alamat dan bus data yang berdiri sendiri. Karena dua perbedaan aliran data dan alamat, maka tidak diperlukan multiplexing alamat dan bus data.

Sumber :
http://rsmile3.blogspot.com/

CONTROL UNIT

1. Unit Control adalah salah satu bagian dari cpu yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukandi bagian ALU  di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.Pada awal-awal desain komputer , CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CUdiimplementasikan sebagai sebuah microprogram  yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol . Beberapa 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).
   sedangkan Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
2. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
3. Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.
4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.
5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Cu sendiri di bedakan menjadi 2 macam yaitu

Single-Cycle CU

Proses di CUl 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.

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 d 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; bukan instruksi cycle selanjutnya.

1. Register Register prosesor inilah yang digunakan untuk melakukan macam2 operasi. Misalnya c = a + b, maka register “eax” akan me-load nilai dari “a” (di memory), kemudian pada register “eax” ditambahkan nilai dari “b”, lalu “eax” ditulis ke memory pada posisi variabel “c”Register terbagi dalam berbagai kelas:· Register Data, digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer)
   · Register Alamat, digunakan untuk menyimpan alamat dan mengakses memori
   · Regiser General Purpose, digunakan untuk menyimpan angka dan alamat sekaligus
   · Register Floating-Point, digunakan untuk menyimpan angka bilangan titik mengambang ( floating-point )
   · Register Konstanta, digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca ( bersifat read-only )
   · Register Vektor, digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD ( Single Instruction, Multiple Data )
   · Register Special Purpose, digunakan untuk menyimpan data internal prosesor
   · Register Spesifik, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri.
   Pengaruh ukuran register terhadap kecepatan:
   secara teori, pada saat memori melakukan proses baca-tulis ( load-store ) maka register 64-bit mampu melakukan proses 2x kecepatan register 32-bit, tetapi ini hanya teoritis saja, pada kenyataannya prosesor juga menghabiskan waktu untuk melakukan hal-hal lain selain baca-tulis, proses matematis, proses vector, dll.
   Pengaruh ukuran register terhadap presisi:
   Secara gampangnya, makin panjang register, maka makin banyak angka-angka dibelakang koma yang dapat dihitung secara akurat. Sebagai gambaran: misalkan resolusi bilangan real pada 32-bit adalah 0.0001, maka resolusi bilangan real pada 64-bit bisa mencapai 0.0000001 ( jauh lebih presisi )
   Pengaruh ukuran register terhadap ukuran memori:
   Pada arsitektur 32-bit, register alamat mampu menunjukkan posisi memori dari 0 s/d 4’294’967’295 ( 4 GiB – 1 ). Maka dari itu pada arsitektur 32-bit muncul batasan 4 GiB pada sistem arsitektur. Pada arsitektur 64-bit, register alamat mampu menunjukkan posisi memori dari 0 s/d 18’446’744’073’709’551’615 ( 16 EiB – 1 ). sehingga bisa dikatakan tidak ada lagi batasan 4 GiB pada sistem berbasis arsitektur 64-bit.
   Pengaruh ukuran register terhadap dataset:
   Dataset adalah istilah ukuran seperangkat data yang diload ke dalam memory untuk diproses dan ditulis kembali ke harddisk. System 32-bit terbatas pada dataset sebesar ( 2^32 ) – 1 , atau ( 4GiB – 1 ) . Mengingat sebagian memory harus digunakan untuk OS dan program database ybs, maka biasanya dataset hanya sebesar 1-2 Gib saja. Artinya, sebuah database yang berukuran 20 Gib harus diproses 10-20x, sedangkan pada sistem 64-bit tidak memiliki batasan di atas dan dapat meload dataset sebesar ketersediaan memory, maka database yang berukuran 20 Gib dapat diload keseluruhnya ( tergantung dari kapasitas memory ).
   Perbedaan 32-bit dan 64-bit pada dasarnya mengacu pada teknologi pemrosesan (processor) pada komputer mengenai bagaimana menangani informasi. Processor 64-bit akan mampu mereferensikan pengalamatan data pada memory dibanding processor 32-bit, dan secara teori ini akan dapat memproses data lebih cepat dan performance komputer menjadi lebih baik.
   Jenis -jenis register
   Register terbagi menjadi beberapa kelas:
   • Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).
   • Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
   • Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
   • Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang.
   • Register konstanta (constant register), yang digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifat read-only), semacam phi, null, true, false dan lainnya.
   • Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.
     
   • Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.
   • Register yang spesifik terhadap model mesin (machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain prosesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi prosesor.
2. ALU ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuah ikroprosesor yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya. Seperti pengurangan, pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebut adder. Tugas lalin 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:a. sama dengan (=)b. tidak sama dengan (<>)
   c. kurang dari (<)
   d. kurang atau sama dengan dari (<=)
   e. lebih besar dari (>)
3. CPU interconenction (BUS),
   adalah sistem koneksi yang menghubungkan begian-bagian dalam CPU dan juga koneksi CPU keluar seperti ke RAM, perangkat input-output dan ke Slot ekspansi (PCI)

Sumber :

http://fujhyzhu.wordpress.com/2010/05/22/central-processing-unit-cpu/

KOMPONEN - KOMPONEN PENYUSUN KOMPUTER

CASING CPU

Casing berfungsi sebagai alat untuk meletakkan/memasang perangkat CPU misalnya mainboard,pawer supplay,hardisk,cd-rom dll yang sangat beragam bentuk dan ukurannya yang biasanya disesuaikan dengan kebutuhan

CPU (Central Processor Unit)

CPU adalah                 : sebuah rangkaian yang meliputi mainboard, processor, hardisk, cdroom, memori(RAM), pawer supplay. Komponen-komponen tersebut di rakit jadi satu di dalam casing.
CPU berfungsi sebagai alat yang mengendalikan proses dalam system komputer.

Fungsi Utama CPU    : Menjalankan program-program yang disimpan di memori utama

Cara Kerja CPU        : Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama dan mengeksekusinya satu persatu sesuai dengan alur perintah.

Berikut ini adalah Beberapa komponen yang ada didalam CPU:

I. MOTHERBOARD / MAINBOARD

Motherboard (sering disebut juga dengan Mainboard) adalah:

Sebuah kepingan papan electronic (PCB / Printed Circuit Board) yg berfungsi untuk menyediakan tempat (socket, slot & connector) bagi komponen-komponen tersebut, lalu mengatur dan mengkoordinir mereka agar dapat bekerjasama dengan baik. Komponen itu (atau bisa disebut sebagai periferal / device) seperti processor, memory, video card (VGA), device connector (printer, sacnner, monitor), dan sebagainya. Wadah tempat mereka diletakkan pada processor mempunya istilah tersendiri seperti socket, slot atau connector. Contoh : socket processor, slot PCI Card, slot memory (atau biasa disebut salah satu : SIMM, DIMM, RIMM), atau connector USB.

Fungsi Motherboard :

-  Sebagai alat untuk tempat memasang Processor, Memori(RAM), Kartu Grafis dll.

-  Menghubungkan antara komponen-komponen dalam CPU dengan menggunakan kabel atau                langsung di tancap ke mainboard.

-  Pusat pengendali yang mengatur kerja dari semua komponen yang terpasang di MB.

-  Mengatur pemberian daya listrik pada setiap komponen PC.

-  Mengatur lalulintas semua data, mulai dari peranti peyimpanan (harddisk, CD-ROM), peranti masukan data (keyboard, mouse, scanner), atau printer untuk mencetak.

Cara Kerja Motherboard:

Motherboard mendapat supply tenaga dari sebuah power supply, dimana voltase akan dialirkan melalui sebuah power connector. Seluruh periferal yg terinstal dengan MB akan mendapat pasokan power ini. Setelah MB mendapatkan supply power, jalur sirkuit elektrik yang terdapat pada motherboard yang menghubungkan setiap komponen tersebut akan bekerja. Sirkuit berfungsi  menyediakan tempat untuk mentransfer sinyal & voltase (power). PCB sendiri terdiri dari beberapa lapisan (biasanya disebut layer), dan setiap layer berisi jalur sirkuit tersendiri, hingga setiap jalur yg rumit tidak perlu berhubungan jalur lain yg tidak terkait. Semakin banyak layer pada motherboard (biasanya 4 – 8 layer) maka akan semakin berkualitas, karena mengurangi adanya ganggungan interferensi.

II. PROCESSOR

Processor (pengolah data), atau sering juga orang menyebutnya CPU. CPU, singkatan dari Central Processing Unit), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak.. Adapun mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan CPU.

Fungsi Processor :

-          Melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil darimemori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras.

-          CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi perangkat lunakkomputer. CPU ini Menjalankan Perangkat lunak dengan membacanya dari media penyimpan. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu padamemori fisik (RAM), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori.

-          Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada RAM dengan menentukan alamat data yang dikehendaki.

Cara Kerja Processor : Secara sederhana cara kerja prossesor intinya adalah menerima umpan atau perintah masuk baik dari mouse, keybord ataupun alat penginput data terhubung yang lain kemudian menerjemahkan atau memproses data perintah tersebut untuk kemudian mengeluarkan/meneruskan outputnya ke hardware atau software terkait.

III. HARDISK

Hardisk : Alat penyimpanan untuk semua data di computer dalam jangka lama.

Cara kerja Hardisk:

1. Dilakukan pengaksesan terhadap harddisk untuk melihat dan menentukan di lokasi sebelah mana informasi yang dibutuhkan ada di dalam ruang harddisk.

2. Pada proses ini, aplikasi yang kita jalankan, Sistem operasi, sistem BIOS, dan juga driver-driver khusus (tergantung pada aplikasi yang kita jalankan) bekerja bersama-sama, untuk menentukan bagian mana dari harddisk yang harus dibaca.

3. Harddisk akan bekerja dan memberikan informasi di mana data/informasi yang dibutuhkan tersedia, sampai kemudian menyatakan, “Informasi yang ada di track sekian sektor sekianlah yang kita butuhkan.” Nah pola penyajian informasi yang diberikan oleh harddisk sendiri biasanya mengikuti pola geometris.

4. Yang dimaksud dengan pola geometris di sini adalah sebuah pola penyajian informasi yang menggunakan istilah silinder, track, dan sector. Ketika informasi ditemukan, akan ada permintaan supaya mengirimkan informasi tersebut melalui interface harddisk untuk memberikan alamat yang tepat (sektor berapa, track berapa, silinder mana) dan setelah itu informasi/data pada sector tersebut siap dibaca.

5. Pengendali program yang ada pada harddisk akan mengecek untuk memastikan apakah informasi yang diminta sudah tersedia pada internal buffer yang dimiliki oleh harddisk (biasanya disebut cache atau buffer).

6. Bila sudah oke, pengendali ini akan menyuplai informasi tersebut secara langsung, tanpa harus melihat lagi ke permukaan pelat itu karena seluruh informasi yang dibutuhkan sudah dihidangkan di dalam buffer.

7. Dalam banyak kejadian, harddisk pada umumnya tetap berputar ketika proses di atas berlangsung. Namun ada kalanya juga tidak, lantaran manajemen power pada harddisk memerintahkan kepada disk untuk tidak berputar dalam rangka penghematan energi. Papan pengendali yang ada di dalam harddisk menerjemahkan instruksi tentang alamat data yang diminta dan selama proses itu berlangsung, ia akan senantiasa siaga untuk memastikan pada silinder dan track mana informasi yang dibutuhkan itu tersimpan.

8. Nah, papan pengendali ini pulalah yang kemudian meminta actuator untuk menggerakkan head menuju ke lokasi yang dimaksud. Ketika head sudah berada pada lokasi yang tepat, pengendali akan mengaktifkan head tersebut untuk melakukan proses pembacaan. Mulailah head membaca track demi track untuk mencari sektor yang diminta. Proses inilah yang memakan waktu, sampai kemudian head menemukan sektor yang tepat dan kemudian siap membacakan data/informasi yang terkandung di dalamnya.

9. Papan pengendali akan mengkoordinasikan aliran informasi dari harddisk menuju ke ruang simpan sementara (buffer, cache). Informasi ini kemudian dikirimkan melalui interface harddisk menuju sistem memori utama untuk kemudian dieksekusi sesuai dengan aplikasi atau perintah yang kita jalankan.

IV. CD/DVD-ROM

ROM adalah singkatan dari Read Only Memory yang artinya penyimpan data yang hanya bisa dibaca. Jadi CD-ROM hanya bisa digunakan untuk membaca data, tidak dapat digunakan untuk menyimpan data. Namun saat ini, ada alat serupa yang dapat digunakan untuk menulis / menyimpan data ke sebuah CD. Namanya CD-RW (CD Read and Write atau CD baca dan tulis).

Fungsi dari CDROM dan DVDROM Drive: Untuk membaca data dari sebuah Compact Disc (CD).

Terdiri dari 2 jenis :

CD/DVD R (Hanya mampu membaca data)

CD/DVD RW (Mampu membaca & menulis data)

Cara kerja CD-ROM maupun CD-RW : Cara kerjanya sama dengan cara kerja harddisk atau floppy disk drive. Bedanya, bagian yang diputar adalah kepingan CD. Alat pembacanya juga bukan head magnet tetapi sinar laser yang berkekuatan kecil.

V. MEMORI/RAM

RAM : Memory biasanya disebut sebagai RAM, singkatan dari Random Access Memory.

Fungsi RAM:

- Berfungsi sebagai tempat penyimpanan data sementara bagi program yang sedang diproses, data         pada memori ini akan hilang jika komputer mati. Memory bekerja dengan menyimpan & menyuplai   data-data penting yg dibutuhkan Processor dengan cepat untuk diolah menjadi informasi.

-Fungsi kapasitas merupakan hal terpenting pada memory. Dimana semakin besar kapasitasnya, maka  semakin banyak data yang dapat disimpan dan disuplai, yang akhirnya membuat Processor bekerja  lebih cepat. Suplai data ke RAM berasal dari Hard Disk, suatu peralatan yang dapat menyimpan data  secara permanen.

Ilustrasi Cara Kerja Memory.

Cara kerja Processor dalam sistem Komputer

Cara Kerja:

Sama dengan penjelasan cara kerja processor diatas pada saat kita menyalakan komputer, device yang pertama kali bekerja adalah Processor. Processor berfungsi sebagai pengolah data dan meminta data dari storage, yaitu Hard Disk (HDD). Artinya data tersebut dikirim dari Hard Disk setelah ada permintaan dari Processor.

VI. MONITOR

Monitor: Perangkat output komputer yang berupa layar untuk menampilkan data dan gambar / data atau gambar yang dikerjakan secara visual.

Fungsi Monitor: Untuk mempermudah user dalam pengoprasian komputer dalam bentuk visual

Cara Kerja Monitor: Saat data diambil oleh Control unit, Control unit menampungnya di Output storage setelah itu data akan di tampilkan di Monitor.

VII. POWER SUPPLAY

Power Supplay : alat sebagai pengatur arus listrik yang masuk kedalam CPU.

Fungsi : Menghidari kerusakan pada perangkan-perangkat computer yang dikarenakan karena ketidak teraturan arus listrik yang masuk

Cara Kerja : Power Supplay menyerap daya listrik, lalu mengatur arusnya dengan perangkat-perangkat yang ada didalamnya

VIII. KEYBOARD 
Apa itu Keyboard dan Apa fungsinya?

Keyboard adalah suatu perangkat keras untuk memasukan data berupa karakter, dengan cara mengetik tombol-tombol atau toutch, jumlah dan susunan tombol pada keyboard ada beberapa tipe, keyboard standar mimiliki 101 tombol, namun ada pula tipe keyboard yang dilengkapi dengan tombol windows, tombol menu, tombol Fn, bahkan beberapa tombol multi media.

Cara kerja Keyboard: Setelah kita memberikan umpan dengan menekan tombol pada keyboard maka prossesor akan menerima umpan atau perintah tersebut, kemudian menerjemahkan atau memproses data perintah tersebut untuk kemudian mengeluarkan/meneruskan outputnya ke hardware atau software terkait.

IX. MOUSE

Apa itu Mouse? Dan apa fungsinya?

Mouse adalah suatu perangkat keras yang dibutuhkan komputer untuk memilih atau menentukan sesuatu objeck pada layar, dan selanjutnya menentukan proses eksekusinya dengan cara meng”klik” tombol pada mouse.

Cara kerja Mouse: Cara kerja mouse hampir sama dengan cara kerja keyboard yang memberikan umpan pada processor lalu menerjemahkan atau memproses perintah tersebut untuk mengeluarkan/meneruskan outputnya ke hardware atau software terkait.

X. PRINTER

Printer atau pencetak : Alat yang menampilkan data dalam bentuk cetakan, baik berupa teks maupun gambar/grafik, di atas kertas

Fungsi: untuk mencetak tulisan, gambar dan tampilan lainnya dari komputer ke media kertas atau sejenis. Istilah yang dikenal pada resolusi printer disebut dpi (dot per inch).

Cara Kerja : Printer biasanya terbagi atas beberapa bagian, yaitu picker sebagai alat mengambil kertas dari tray. Tray ialah tempat menaruh kertas. Tinta atau toner adalah alat pencetak sesungguhnya, karena ada sesuatu yang disebut tinta atau toner yang digunakan untuk menulis/ mencetak pada kertas. Perbedaan toner dan tinta ialah perbedaan sistem; toner atau laser butuh pemanasan, sedangkan tinta atau inkjet tak butuh pemanasan, hanya pembersihan atau cleaningpada print-head printer tersebut.

Sumber :
http://jamaludinus.blogspot.com/2012/09/komponen-penyusun-pc_13.html