Organisasi Komputer [6] : Input dan Output

Materi terakhir dari mata kuliah Organisasi Komputer adalah Input dan Output (I/O), sedangkan materi tentang processor akan dibahas pada matakuliah Arsitektur Komputer. Unit I/O dari sebuah komputer era modern memegang peran penting selain unit-unit yang lain (contoh memori eksternal), dengan berbagai macam jenis dan varian sekarang  kita dapat menemukan dan memiliki berbagai jenis peralatan I/O yang dapat kita instal ke komputer kita dengan cepat dan dapat menambah fitur-fitur baru dari PC kita. Berbagai varian ini memiliki kecepatan yang berbeda-beda dalam penggunaannya yang terkait dengan aliran data, misal printer. Printer merupakan peralatan output komputer yang digunakan untuk mencetak dokumen ke dalam media kertas. Printer dengan media pencetak tinta berbeda kecepatannya dengan media pencetak karbon (laser). Ini barus satu contoh varian dan produk I/O belum yang lainnya, dari banyaknya varian ini memang konsumen menjadi lebih teliti sebelum membeli, meski jika dibandingkan dengan unit-unit yang lainnya di dalam sebuah PC, I/O termasuk yang paling lambat dibandingkan RAM dan CPU, serta ketergantungan I/O pada modul yang harus diikutsertakan dalam instalasinya menjadikan beberapa permasalahan yang terdeteksi dari I/O.

Modul I/O merupakan sebuah interface dalam bentuk perangkat keras yang digunakan untuk mengendalikan semua peralatan I/O yang ada dan terinstal pada sebuah PC, selain pengendali modul ini juga memiliki interface yang terhubung dengan RAM dan CPU. Lihat gambar berikut ini.

Fungsi dari modul I/O Control & Timing, CPU Communication, Device Communication, Data Buffering, Error Detection. Hal ini akan berhubungan dengan cara modul ini bekerja yaitu CPU mengecek status modul device I/O untuk mengetahui kesiapan dari peralatan I/O untuk melakukan pengiriman atau penerimaan data, kemudian modul I/O akan memberikan statusnya, jika siap, CPU meminta data ditransferkan, setelah itu modul I/O mengambil data dari device, dan kemudian modul I/O mentransfer data ke CPU. Sehingga dapat dikatakan bahwa modul I/O sangat mendukung multiple device, yang dalam sistem operasi Unix dan Linux device dianggap sebagai sebuah file yang membuat fungsi kendali terhadap device dialihkan dari modul I/O ke CPU. Hal ini akan berakibat cara mengendalikan I/O dirancang dengan tiga cara : Programmed, Interrupt driven dan Direct Memory Access (DMA). Pada kendali I/O yang diprogram, CPU memiliki kontrol langsung terhadap I/O dengan cara mengirimkan Sensing status, memberikan perintah Read/write, atau memindahkan data. Setelah kendali dilakukan CPU menunggu modul I/O menyelesaikan operasi dan ini mengakibatkan waktu yang digunakan untuk menunggu terbuang percuma. Secara detail cara kerja I/O yang diprogram : CPU meminta I/O beroperasi, kemudian module  I/O melakukan operasi dan  men-set bit status, setelah itu CPU menge-check bit status secara periodik dan ketika module  I/O tidak menginformasikan CPU secara langsung maka Module  I/O tidak menginterupsi CPUsehingga CPU boleh menunggu atau kembali mengulang langkah dari awal lagi.

Jika I/O yang dirancang dengan program dan Interupt driven tidak cukup dalam mengendalikan device karena disini dituntut keaktifan CPU dan pemindahan data yang dibatasi, maka solusi yang lainnya dengan DMA. DMA berfungsi Menambah Module (hardware) pada bus dan mengambil alih kendali I/O device dari CPU. Cara kerja DMA kurang lebih seperti ini : CPU memberitahu DMA controller (Read/Write, Device address, Starting address of memory block for data, jumlah dari data yang ditransferkan), kemudian CPU menerima  sambil mengerjakan pekerjaan lain, dam DMA controller bertransaksi dengan memindahkan data, serta mengirim interupsi ketika sudah selesai.

Sumber gambar :

1. http://techpubs.sgi.com
2. Staling Wiliam, Computer Organiztion and Architecture,2002

Memori Eksternal [1] : Hardisk

Hardisk salah satu jenis memori eksternal pada komputer yang banyak digunakan oleh pengguna komputer. Dalam perkembangannya memori jenis ini mengalami perubahan evolusioner, dengan digunakannnya jenis memori ini pada komputer yang diproduksi pada tahun 1980an. Kemudian berkembang di era tahun 1990an dengan sangat pesat. Hal iniu didukung oleh perkembangan perangkat lunak komputer yang membutuhkan tempat penyimpanan yang besar, dan awal penggunaan perangkat lunak berbasis visual telah memicu perkembangan memori ini.

Beberapa pabrikan ternama, dulu, memproduksi hardisk dengan jumlah yang sangat besar antara lain Seagate, Quantum, Conner  dan Hewlet Packard. Ada beberap pabrikan yang telah tutup dan ada pula yang masih bertahan hingga saat ini. Beberapa pabrikan memproduksi memori jenis ini dimulai dengan kapasitas Mega Byte hingga sekarang Tera Byte. Penamaan memori jenis ini dengan kata hardisk dikarenakan bahan yang digunakan untuk menyimpan data terbuat dari piringan atau cakram keras. Cakram keras (bahasa Inggris: harddisk atau harddisk drive disingkat HDD atau hard drive disingkat HD) adalah sebuah komponen perangkat keras yang menyimpan data sekunder dan berisi piringan magnetis. Cakram keras diciptakan pertama kali oleh insinyur IBM, Reynold Johnson di tahun 1956. Cakram keras pertama tersebut terdiri dari 50 piringan berukuran 2 kaki (0,6 meter) dengan kecepatan rotasinya mencapai 1.200 rpm (rotation per minute) dengan kapasitas penyimpanan 4,4 MB. Cakram keras zaman sekarang sudah ada yang hanya selebar 0,6 cm dengan kapasitas 750 GB. Kapasitas terbesar cakram keras saat ini mencapai 3 TB dengan ukuran standar 3,5 inci. Bahan bakunya dibuat dengan teknologi material media magnetik disebut thin film. yang lebih rapat, usia pemakaiannya panjang, kecil, ringan dan terbuat dari bahan oxide 

Cakram ini digerakan oleh motor listrik, dan akan dibagi menjadi track dan sector untuk digunakan sebagai penyimpan data. Tracks adalah bagian dari sepanjanjang keliling lingkaran dari luar sampai ke dalam.Sedangkan sector adalah bagian dari tracks.Sectors memiliki jumlah bytes yang sudah diatur. Sedangkan untuk keperluan membaca dan menulis data pada cakram, digunkan sebuah head yang dipasangkan pada sebuah lengan yang dapat digerakan dengan motor listrik steper untuk berpindah dari track dan sector tepat menyimpan data.

Cara kerja dari memori jenis ini yaitu dengan proses pembacaan dan penulisan yang dilakukan oleh lengan head yang diarahkan pada track dan sector, dengan media fisik magnetik Head, hardisk melakukan konversi bits ke pulse magnetik dan menyimpannya ke dalam platters, dan mengembalikan data jika proses pembacaan dilakukan untuk menyimpan medan magnet. Jika disimpulkan, cara kerjanya  adalah dengan menggunakan teknik perekaman medan magnet. Cara kerja teknik magnet tersebut memanfaatkan zat yang bersifat ferromagnetic , yaitu jika didekatkan ke medan magnet maka akan ditarik secara permanen oleh zat tersebut.

Organisasi Komputer [5] : Memori Eksternal

Artikel ini merupakan kelanjutan dari artikel sebelumnya tentang memori internal. Memori internal dan memori eksternal merupakan satu kesatuan atau unit dalam komputer yang dirancang oleh von nuemman/turing, belum ada pemisahan antar kedua memori ini, namun sejak era komputer personal memori telah terbagi menjadi dua bagian yaitu memori utama (internal) dan memori sekunder (eksternal). Pembagian jenis memori ini dilakukan berdasarkan jarak memori dengan kedudukan prosesor. Dalam perkembangan memori eksternal, sejarah pernah mencatat keberadaan memori eksternal yang berupa punch card (lihat gambar). Kemudian  berkembang pada tahun 1970-1980 dengan memori magnetic yang berbahan plastik dan logam. Memori eksternal mencapai puncak perkembangannya seiring dengan meningkatnya kapasitas dari perangkat lunak yang akan dipasang pada sebuah komputer PC. Dapat dikatakan sejak era tahun 1990 perkembangan jenis memori ini meningkat tajam, dari jenis plastik magentik (floppy disk) menjadi logam magnetik (hard disk). Kebutuhan alat penyimpan berkapasitas besar berbanding lurus dengan perangkat lunak yang membutuhkan ruang penyimpan di komputer yang besar. 

Evolusi RAM [1] : SIMM

Random Access Memory atau yang dikenal sebagai RAM merupakan piranti atau bagian dari peralatan komputer yang digunakan untuk menyimpan data selama komputer kita ada arus listriknya. Seperti materi terdahulu tentang Memory Internal, artikel ini merupakan kelanjutannya.

RAM mengalami perkembangan secara evolusioner, dimulai dari : SIMM(single in-line memory modul)

Merupakan jenis RAM SIMM diciptakan dan dipatenkan oleh Wang Laboratories. Wang menemukan apa yang menjadi modul memori dasar, sekarang dikenal sebagai SIMM pada tahun 1983. Varian pertama dari SIMM memiliki 30 pin dengan 9 bit data. Mereka digunakan di komputer seri 286,386, 486, Macintosh Plus, Macintosh II, Quadra, Atari STE dan Wang VS sistem. Varian kedua dari SIMM memiliki 72 pin dengan 32 bit data (36 bit dalam versi paritas). Ini muncul pertama pada IBM PS / 2, dan kemudian 486, Pentium, Pentium Pro dan Pentium II. Pada pertengahan tahun 90an, varian selanjutnya dengan 72-pin. SIMM diletakkan ke dalam soket pada motherboard dengan pengunci yang dibuat untuk menahan memory tersebut. Soket secara khusus dirancang untuk memastikan bahwa setelah dimasukkan, SIMM akan terkunci dengan kuat. Varian SIMM dengan 72-pin  yang berkapasitas 1 MB, 4 MB dan 16 MB dalam ukuran biasanya satu sisi, sedangkan yang 2 MB, 8 MB ​​dan 32 MB ukuran  dua sisi. 

Organisasi Komputer [4] : Memory Internal

Artikel berikut ini sangat terkait dengan artikel sebelumnya, tentang sistem bus (klik), memory internal adalah sebuah unit yang digunakan untuk membangun sebuah komputer, berdasarkan desain komputer dari von numman/ turing, internal memory terhubung dengan CPU. Sebelum kita membahas tentang memori internal, kita terlebih dahulu akan membahas tentang memori komputer secara umum. Memori memiliki karakteristik lokasi, kapasitas, satuan transfer data, metoda akses, kinerja, jenisnya secara fisik, karakteristik fisik, dan organisasinya.

Lokasi memori didalam sebuah komputer digunakan untuk menyimpan data baik secara permanen atau tidak permanen. Lokasinya terletak didalam CPU, internal dan eksternal. Di dalam CPU memori dikenal dengan nama register dan cache (L1 dan L2), sedangkan memori internal yang berada didalam komputer antara lain, RAM dan ROM, sedangkan yang eksternal banyak sekali produk yang dapat digunakan untuk merakit sebuah komputer.

Sebagai tempat untuk menyimpan sebuah data, memori diukur dengan kapasitas untuk menyimpan datanya, dengan menggunakan satuan kapasitas penyimpanan byte, sebuah memori diperjualbelikan dipasaran dengan harga yang bervariatif. Sedangkan data yang disimpan didalam memori diakses dengan 4 cara :

Sequential

• Mulai dari awal sampai lokasi yang dituju 
• Waktu akses tergantung pada lokasi data dan lokasi sebelumnya
• Contoh tape

Direct

• Setiap blok mempunyai address yang uniq
• Pengaksesan dengan cara lompat ke kisaran umum (vicinity) ditambah pencarian sequential
• Waktu Access tidak tergantung pada lokasi dan lokasi sebelumnya
• Contoh disk

Random

• Setiap lokasi memiliki alamat tertentu
• Waktu akses tidak tergantung pada lokasi dan lokasi sebelumnya
• Contoh  RAM

Associative

• Data yang ditempatkan oleh pembanding dengan isi dari bagian penyimpan
• Waktu Access yang independen dari lokasi atau akses sebelumnya
• Contoh cache

Organisasi Komputer [3] : Sistem BUS

Komputer yang tersusun atas beberapa unit yang terorganisasi dapat berfungsi jika penggunanya tidak menggunakan atau memanfaatkan unit tersebut. Salah satu manfaat dari computer adalah dapat diprogram untuk menyelesaikan berbagai permasalahan yang tidak mampu diselesaikan oleh manusia. Dalam membuat program yang akan dijalankan oleh computer, pemrogram sebaiknya melihat kondisi perangkat keras computer tersebut, sebelum memutuskan jenis bahasa pemrograman yang akan digunakan dalam membuat program atau dikenal juga sebagai aplikasi. Mengapa demikian? Program merupakan deretan atau urutan langkah-langkah, yang setiap langkahnya akan dikerjakan oleh sebuah operasi aritmatika atau logika, dan dalam setiap operasi tersabut dibutuhkan sinyal kendali yang bersumber dari unit kendali computer, contoh ADD dan MOVE.

Sebuah program yang dibuat akan disimpan dalam unit memori dari sebuah computer, unit ini akan menunggu perintah dari prosesor untuk melakukan eksekusi terhadap program yang berwuujud kumpulan instruksi yang tersimpan dalam RAM. Proses eksekusi instruksi ini akan membawa konsekuensi berpindahnya data dari RAM ke prosesor. Disinilah dibutuhkan alat yang dapat digunakan untuk menghubungkan unit-unit yang teroganisir dalam computer, unit penghubung ini dikenal dengan nama BUS.

Sejarah perkembangan computer mencatat bentuk dan fungsi BUS sudah mengalami perubahan dari tahun ke tahun, secara fisik BUS memiliki tiga bentuk utama : Jalur parallel dalam mothernoard, ribbon cable dan strip connector(PCI).    

Organisasi Komputer [2] : Evolusi dan Kinerja Komputer

Materi ini merupakan kelanjutan dari materi sebelumnya tentang struktur dan fungsi komputer. Evolusi dalam terminology bahasa Indonesia berarti perubahan secara perlahan-lahan atau berangsur-angsur, sedangkan Kinerja berasal dari kata kerja yang diberi sisipan in. Dalam terminologi kerja berari melakukan sesuatu terhadap sebuah obyek, sehingga evolusi dan kinerja komputer dapat diterjemahkan sebagai perubahan secara perlahan-lahan tentang komputer dan cara kerjanya. Berikut evolusi komputer yang tercatat dalam sejarah perkembangan teknologi dan informasi di dunia ini.

1. ENIAC

Komputer sebagai peralatan elektronik yang dapat membantu manusia dalam menyelesaikan beberapa pekerjaannya telah mengalami evolusi dari sejak pertama kali dibuat. Komputer pertama dibuat bernama ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) yang dirancang oleh J. Presper Eckert dan John William Mauchly dari Universitas Pennsylvania. Komputer tersebut mulai dibangun pada 17 Mei 1943 dan dioperasikan secara resmi sejak Februari 1946 setelah menelan biaya sebesar $500.000. ENIAC kemudian dimatikan pada 9 November 1946 untuk diperbaharui dan ditingkatkan memorinya. ENIAC diperlihatkan kepada umum pada 14 Februari 1946 di Universitas Pennsylvania dan dipindahkan ke Aberdeen Proving Grounds, Maryland pada 1947. Pada 29 Juli tahun yang sama, ENIAC dinyalakan dan akan terus beroperasi hingga pukul 23:45 pada 2 Oktober 1955.Spesifikasi komputer ENIAC yaitu menggunakan sistem Decimal (bukan binary), memiliki 20 accumulators untuk 10 digits, diprogram secara manual melalui saklar ( switches ), berisi 18,000 vacuum tubes, berat 30 tons luas cassing-nya 15.000 square feet, menyeddot listrik 140 kW power, proses yang dilakukan oleh prosesornya 5.000 per second.

2. Von Neumann/Turing

Komputer yang kedua dalam evolusinya adalah komputer von Neumann/Turing, nama ini diberikan berdasarkan nama penemunya John von Neumann (1903-1957). Beliau sebagai pengajar di Princeton Institute for Advanced Studies (IAS) dan diselesaikan rancangannya tahun 1952. Komputer ini memiliki Arsitektur yang digunakan oleh hampir semua komputer saat ini. Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat 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”. Selain itu pada komputer ini telah memiliki konsep Stored Program concept atau alat penyimpan data dalam bentuk Main memory untuk menyimpan program dan data.

Sumber gambar

1. http://www.treehugger.com/files/2009/12/survey-angels-evolution-agw.php
2. http://id.wikipedia.org

Organisasi Komputer [1] : Struktur dan Fungsi

Komputer yang digunakan oleh manusia untuk membantu menyelesaikan pekerjaan yang tidak dapat dilakukan oleh manusia memiliki sejarah yang sangat panjang. Sejarah yang sangat panjang hingga membentuk sebuah komputer seperti saat ini telah mengalami perbaikan teknologi dari sisi perangkat keras dan perangkat lunaknya. Perkembangan perangkat keras yang sejak awal menggunakan teknologi tabung hampa (CRT) kemudian bergerak dan berkembang seiring perkembangan teknologi nano telah mengubah bentuk fisik komputer dari ukuran yang sangat besar menjadi ukuran yang sangat kecil sehingga mudah untuk dibawa (mobile). Sedangkan perkembangan perangkat lunak telah membuat daya tarik kepemilikan komputer personal menjadi sangat besar, jika dulu komputer hanya kita temui di perkantoran pada perusahaan nasional atau multinasional, sekarang di rumah rumah sudah banyak kita jumpai.

Bentuk fisik sebuah komputer merupakan interpretasi dari tingginya serapan teknologi dalam pembuatannya. Komputer secara organisasi tersusun atas beberapa komponen yang memiliki fungsi khusus dan hubungan antar komponen tersebut menggunakan mekanisme yang telah disepakati secara internasional. Mekanisme meliputi kendali sinyal, antar muka, teknologi memori dan yang lainnya.

Sehingga dalam perkembangannya, sebuah komputer telah mengalami perubahan dalam organisasinya tetapi arsitektur kinerjanya tidak banyak mengalami perubahan. Contoh, dalam organisasi komputer dikenal istilah BUS yang digunakan untuk menghubungkan antar komponen penyusun komputer, telah mengalami banyak perubahan, kalau dulu kita mengenal BUS EISA, sekarang berubah menjadi PCI. Inilah yang dikatakan sebagai sebuah struktur komputer yang merupakan sebuah cara menghubungkan antara satu komponen kepada komponen yang lainnya, sehingga semua komponen tadi dapat berfungsi dalam melakukan operasi-operasi tertentu yang dikehendaki oleh perangkat lunak komputer. 

Fungsi yang dilakukan komputer ada 4 :

1. Pemindahan Data, dalam memindahkan data sebuah komputer yang memiliki organisasi, akan menggunakan perangkat lunak untuk memerintahkan komponen kendali untuk menampung dan meneruskan data dari satu komponen ke komponen yang lainnya. Contoh memindahakan data yang diinputkan dari keyboard ke layar atau monitor komputer.
2. Penyimpan Data, ketika data yang diolah komputer pada komponen atau unit I/O tersebut diatas akan disimpan, maka unit kendali akan memerintahkan unit Input untuk meneruskan data ke dalam unit memori sehingga proses penyimpanan data terjadi. Contoh menyimpan data di MMC.
3. Pengolahan Data, data yang disimpan dalam unit memori dapat dikeluarkan lagi untuk kepentingan pengolahan data sehingga menjadi sebuah informasi yang tentu sangat berguna bagi manusia. Contoh penerimaan siswa baru berbasis komputer
4. Kendali, merupakan 'nyawa' dari sebuah komputer, unit ini sangat berpengaruh terhadap kinerja dari sebuah komputer dalam melakukan eksekusi instruksi. 

   

Referensi Pustaka : 

1. William Stalling, COMPUTER ORGANIZATION AND ARCHITECTURE, Eigth Edition, 2011
2. Andrew S. Tanenbaum, James R. Goodman, ORGANISASI KOMPUTER TERSTRUKTUR 1 

Referensi Gambar :
http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_Personal_Computer