Arsitekstur dan Organisasi Komputer

Hai… hai.. gimana kabar sobat bloger hari ini mesti baik-baik saja kan…

Sekarang saya akan membuat postingan lagi, kali ini saya membuat postingan ini karena mendapat tugas dari dosen saya untuk membuat postingan materi yang nantinya akan di uplod diblog masing – masing mahasiswa tugasnya tentang Arsitekstur dan Organisasi Komputer.

Oke.. oke sekarang langsung saja.

Pengertian Komputer

Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang secara cepat menerima informasi

masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan

dalam komputer tersebut dan menghasilkan keluaran informasi yang dihasilkan setelah diolah.

Dalam bentuk yang paling sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama yang

mempunyai fungsi sendiri-sendiri. Unit-unit tersebut adalah: masukan, memori, aritmetika dan

logika, keluaran dan control.

Unit masukan menerima informasi yang yang dikodekan dari operator manusia lewat

alat-alat elektromekanik seperti papan ketik pada suatu terminal video, atau dari komputerkomputer

lain lewat jalur komunikasi digital. Informasi yang diterima dan disimpan dalam

memori untuk dipergunakan kelak, atau langsung diolah oleh rangkaian aritmetika dan logika

untuk melaksanakan operasi yang diinginkan. Langkah-langkah pengolahan ditentukan oleh

program yang disimpan dalam memori. Akhirnya hasil-hasil yang diperoleh dikirimkan kembali

keluar melalui unit keluaran. Seluruh kegiatan ini dikoordinasi oleh unit control.

Organisasi Komputer

Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional dan

interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek

arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka,

teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal control.

Arsitektur Komputer lebih cenderung pada kajian atribut–atribut sistem komputer yang

terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik

pengalamatan, mekanisme I/O.

Perbedaan Utama

Organisasi Komputer

a)    Bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional

b)    Contoh: teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem

memori, dan sinyal–sinyal control

Arsitektur Komputer

a)    Atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer

b)    Contoh: set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme

I/O

Struktur dan Fungsi Utama Komputer

Komputer adalah sebuah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar.

Interaksi dengan dunia luar dilakukan melalui perangkat peripheral dan saluran komunikasi.Dalam buku ini akan banyak dikaji seputar struktur internal computer.

Keterangan :

a)    Central Processing Unit (CPU), berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan

pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer. Kesepakatan, CPU cukup disebut sebagai

processor (prosesor) saja.

b)    Memori Utama, berfungsi sebagai penyimpan data.

c)    I/O, berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

d)    System Interconnection, merupakan sistem yang menghubungkan CPU, memori utama

dan I/O.

Keterangan dari CPU:

a)    Control Unit, berfungsi untuk mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara

keseluruhan.

b)    Arithmetic And Logic Unit (ALU), berfungsi untuk membentuk fungsi – fungsi

pengolahan data komputer.

c)    Register, berfungsi sebagai penyimpan internal bagi CPU.

d)      CPU Interconnection, berfungsi menghubungkan seluruh bagian dari CPU.

Fungsi Komputer

a)    Fungsi dasar sistem komputer adalah sederhana seperti terlihat pada gambar 1.3. Pada

prinsipnya terdapat empat buah fungsi operasi, yaitu :

b)    Fungsi Operasi Pengolahan Data

c)    Fungsi Operasi Penyimpanan Data

d)    Fungsi Operasi Pemindahan Data

e)      Fungsi Operasi Kontrol

Sejarah Singkat Komputer

Generasi Pertama : Tabung Vakum (1945 – 1955)

ENIAC

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat

oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan komputer

digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. ENIAC dibuat di bawah lembaga

Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam

pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Sebelumnya tugas ini dilakukan

oleh kurang lebih 200 personil dengan menggunakan kalkulator untuk menyelesaikan persamaanmatematis peluru kendali yang memakan waktu lama.

ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari

18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi

mencapai 5.000 operasi penambahan per detik. ENIAC masih merupakan mesin desimal,

representasi data bilangan dalam bentuk desimal dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal.

Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing – masing akumulatornya mampu

menampung 10 digit desimal. Setiap digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 bua tabung vakum. Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu

dengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC

selesai pada tahun 1946 sejak proposal diajukan tahun 1943, sehingga tahun 1946 merupakan

gerbang bagi zaman baru komputer elektronik.

John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer barunya, bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program tersimpan (storedprogram concept)

Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang

kemudian di kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

Komputer ini terdiri :

a)    Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

b)    Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.

c)       Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori.

Keterangan dari gambar diatas ;

a)    Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori ataudigunakan untuk menerima word dari memori.

b)    Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskandari MBR atau dibaca oleh MBR.

c)    Instruction Register (IR), berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.

d)    Instruction Buffer Register (IBR), digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi sebelahkanan word di dalam memori.

e)    Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori.

f)     Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan sementara operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ.IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :

g)    Data tranfer, memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register ALU sendiri.

h)    Unconditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu.

i)      Conditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut.

j)      Arithmetic, kumpulan operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU.

k)    Address Modify, instruksi – instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi

Komputer Komersial

Tahun 1950 dianggap sebagai tahun kelahiran industri komputer dengan munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM.

Tahun 1947, Eckert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation

untuk memproduksi komputer secara komersial. Komputer pertama yang mereka hasilkan adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer). UNIVAC I menjadi tulang punggung penghitungan sensus tahun 1950 di USA.

UNIVAC II yang memiliki kapasitas memori lebih besar dan kinerja yang lebih baik

diluncurkan tahun 1950. Mulai saat itu perusahaan telah mengembangkan produk – produk baru yang kompatibel dengan produk sebelumnya sehingga pangsa pasar konsumen mereka tetap terjaga menggunakan produknya.

IBM pun tidak mau kalah dengan mengeluarkan produk mereka yang akhirnya

mendominasi pangsa pasar bisnis saat ini. Seri IBM pertama adalah seri 701 tahun 1953 dan terus berkembang menjadi lebih baik hingga sekarang.

Generasi Kedua : Transistor (1955 – 1965)

Sejak pesatnya teknologi semikonduktor hingga menghasilkan komponen transistor

membawa perubahan besar pada dunia komputer. Komputer era ini tidak lagi menggunakan

tabung vakum yang memerlukan daya operasional besar, tabung – tabung itu digantikan

komponen kecil bernama transistor. Konsumsi daya listrik amat kecil dan bentuknyapun relatif

kecil.

Transistor ditemukan di Bell Labs pada tahun 1947 dan tahun 1950 telah meluncurkan

revolusi elektronika modern. IBM sebagai perusahaan pertama yang meluncurkan produk

komputer dengan transistor sehingga tetap mendominasi pangsa pasar komputer. NCR dan RCAadalah perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil saat itu, kemudian diikutiIBM dengan mengeluarkan seri 7000-nya.

Dengan adanya transistor membuat hardware komputer saat itu makin cepat prosesnya,

lihat Tabel 2.1. Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. Generasi dua

ini juga terdapat perubahan perkembangan pada ALU yang makin kompleks, lahirnya bahasa

pemrograman tingkat tinggi maupun tersedianya software sistem operasi.

Generasi kedua juga ditandai munculnya Digital Equipment Corporation (DEC) tahun

1957 dan meluncurkan komputer pertamanya, yaitu PDP 1. Komputer ini sangat penting bagi

perkembangan komputer generasi ketiga.

IBM 7094

Komputer ini diluncurkan tahun 1962. Kemajuan IBM 7094 adalah adanya Instruction Backup Register (IBR) yang berfungsi membeffer instruksi berikutnya, efeknya komputer akan lebih cepat prosesnya. Unit kontrol mengambil dua word yang berdampingan dari memori untuk

sebuah pengambilan instruksi, kecuali bila terjadi percabangan.

Kemajuan IBM 7094 lainnya adalah adanya multiplexor untuk memultiplex data channel

(saluran data). Multiplexor berfungsi sebagai sentral switch data yang akan diproses dalam CPU.

Generasi Ketiga : Integrated Circuits (1965 – 1980)

Pada tahun 1958 terjadi revolusi elektronika kembali, yaitu ditemukannya integrated

circuit (IC) yang merupakan penggabungan komponen – komponen elektronika dalam suatu

paket. Dengan ditemukan IC ini semakin mempercepat proses komputer, kapasitas memori makin besar dan bentuknya semakin kecil.

IBM System/360

Tahun 1964 dikeluarkan IBM System/360 yang telah menggunakan teknologi IC. Dalam satu dekade IBM menguasai 70% pasaran komputer.

Sistem 360 merupakan kelompok komputer pertama yang terencana. Banyak model

dalam arsitektur 360 ini dan saling kompatibel. Hal ini sangat menguntungkan konsumen, karena konsumen dapat menyesuaikan dengan kebutuhan maupun harganya. Pengembangan (upgrading)

dimungkinkan dalam komputer ini. Karakteristik komputer kelompok ini adalah :

a)    Set Instruksi Mirip atau Identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang

dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas system maupun perangkat kerasnya.

b)    Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini merupakan feature yang menguntungkan konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer tidak kesulitan dalam system operasinya karena sama.

c)    Kecepatan yang meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.

d)    Ukuran Memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar memori yang digunakan.

e)    Harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka harganya semakin mahal.

DEC PDP-8

Pada tahun yang sama saat IBM mengeluarkan System/360, DEC meluncurkan DEC PDP-8.Komputer ini memiliki keunggulan bentuknya yang kecil sehingga sangat fleksibel digunakan.

PDP-8 juga memiliki varian – varian yang modelnya sama dengan IBM System/360 untuk

menyesuaikan kebutuhan pelanggannya. Dengan hadirnya PDP-8 ini membawa DEC sebagai

perusahaan menyuplai komputer mini terbesar membawa DEC sebagai pabrik komputer terbesarkedua setelah IBM.

Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada

komputer ini menggunakan omnibus system. Sistem ini terdiri atas 96 buah lintasan sinyal yang

terpisah, yang digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data. Karena

semua komponen menggunakan jalur bus ini maka penggunaannya dikontrol oleh CPU.

Arsitektur bus seperti PDP-8 ini nantinya digunakan oleh komputer – komputer modern

selanjutnya.

Generasi Keempat : Very Large Scale Integration (1980 - ????)

Era keempat perkembangan genarasi komputer ditandai adanya VLSI. Paket VLSI dapat menampung 10.000 komponen lebih per kepingnya dengan kecepatan operasi mencapai 100juta operasi per detiknya. Gambar 2.7 mengilustrasikan perkembangan mikroprosesor Pentium terhadap jumlah transistor per kepingnya.

Masa – masa ini diawali peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004. Mikroprosesor 4004

dapat menambahkan dua bilangan 4 bit dan hanya dapat mengalikan dengan cara pengulangan penambahan. Memang masih primitif, namun mikroprosesor ini tonggak perkembangan mikroprosesor – mikroprosesor canggih saat ini. Tidak ada ukuran pasti dalam melihat mikroprosesor, namun ukuran terbaik adalah lebar bus data : jumlah bit data yang dapat dikirim diterima mikroprosesor. Ukuran lain adalah jumlah bit dalam register.

Tahun 1972 diperkenalkan dengan mikroprosesor 8008 yang merupakan mikroprosesor 8bit. Mikroprosesor ini lebih kompleks instruksinya tetapi lebih cepat prosesnya dari

pendahulunya. Kemudian Bells dan HP menciptakan mikroprosesor 32 bit pada 1981,sedangkan Intel baru mengeluarkan tahun 1985 dengan mikroprosesor 80386.

Perancangan Kinerja

Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen

komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral. Dari segi

perkembangan program aplikasipun sangat menakjubkan. Aplikasi dekstop yang hampir dimiliki

semua sistem komputer saat ini meliputi :

• Pengolahan citra

• Pengenalan voice atau pembicaraan

• Video conference

• Mulitimedia

• Transfer data

Yang menakjubkan lagi adalah dari sudut pandang organisasi dan arsitektur komputer

saat ini adalah mirip dengan komputer IAS yang dibuat sekitar 50 tahun lalu, namun

perkembangan dan kecanggihannya dapat kita rasakan sekarang ini. Peningkatan kinerja

mikroprosesor ini terus berlanjut tidak kenal henti dengan berbagai teknik yang telah

dikembangkan, diantaranya :

a)    Branch Prediction, teknik dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahulu di dalam software dan melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yang akan dieksekusi berikutnya.

b)    Data Flow Analysis, prosesor akan menganalisa instruksi – instruksi yang tidak tergantung pada hasil atau data lainnya untuk membuat penjadwalan yang optimum dalam eksekusi.

c)    Speculative Execution, dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.

Perkembangan mikroprosesor, dilihat dari kapasitas operasi dan kecepatannya sangatlah

pesat. Perkembangan mikroprosesor ini sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori.

Hal ini menimbulkan masalah kesenjangan dan kurang sinkronnya operasi antar komponen.

Organisasi dan arsitektur komputer yang handal sangat diperlukan untuk mengatasi persoalan seperti ini.

Terdapat beberapa metode untuk mengatasi masalah perbedaan kecepatan operasi antara

mikroprosesor dengan komponen lainnya, diantaranya :

a)    Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan melebarkan lintasa sistem busnya.

b)    Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan menggunakan teknik cache atau pola buffer lainnya pada keping DRAM.

c)    Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan penggunakan hierarki bus – bus yang lebih cepat untuk buffering dan membuat struktur aliran data.

Contoh Evolusi Komputer

Evolusi komputer yang akan dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Intel dan

PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam

arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers). Detail tentang CISC dan RISC akan dijelaskan dalam matakuliah Arsitektur CPU.

Pentium

Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi pasaran prosesor hingga saat ini.

Generasi demi generasi diluncurkan ke pasaran dengan kenaikan unjuk kerja yang menakjubkan dalam memenuhi kebutuhan konsumennya.

Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesor sederhana sampai prosesor keluaran saat ini:

a)    8080, keluar tahun 1972 merupakan mikroprosesor pertama keluaran Intel dengan mesin 8 bit dan bus data ke memori juga 8 bit. Jumlah instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan 16KB.

b)    8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi.Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64KB.

c)    80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari 8086, kemampuan pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi.

d)    80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu.

e)    80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor.

f)     Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar sehingga memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel.

g)    Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan organisasi superscalar untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi cabang, analisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih.

h)    Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga mampu menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah menggunakan teknologi RISC.

i)      Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D.

j)       Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih.

k)    Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4 unit integer, 3 unit pencabangan, internet streaming, 128 interger register.

PowerPC

Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada komputer muni seri 801. Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986. Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar workstation. Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER. IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800,kemudian Apple menggunakan keping Motorola dalam Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu :

a)    601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat.

b)    603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601namun lebih murah untuk keperluan efisien.

c)    604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop.

d)    620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur 64 bit.

e)    740/750, seri dengan cache L2.

f)     G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi parallel

Struktur CPU

Komponen Utama CPU

CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. CPU adalah komponen

pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya.

Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU, seperti terlihat pada gambar 3.1 dan struktur detail internal CPU terlihat pada gamber 3.2. CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu :

a)    Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. Seperti istilahnya, ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

b)    Control Unit, bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol computer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya. Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.

c)    Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

d)    CPU Interconnections, adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register – register dan juga dengan bus – bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran

Fungsi CPU

Fungsi CPU adalah penjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.

Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).

Siklus Fetch - Eksekusi

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membacainstruksi.

Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi –

instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian

dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu

a)    CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

b)    CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

c)    Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

d)    Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.

Perlu diketahui bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah

referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

a)    Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya.

b)    Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.

c)    Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

d)    Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.

e)    Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

f)     Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.

g)    Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.

Fungsi Interrupt

Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi

dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar

efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori. Setiap komponen

komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU

disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga dengan adanya

fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul. Macam – macam kelas sinyal

interupsi :

a)    Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.

b)    Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.

c)    I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi errordan penyelesaian suatu operasi.

d)    Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan hal – hal dibawah ini :

a)    Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya.

Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan.

b)    Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.