STRUKTUR SISTEM KOMPUTER

Halo Gaess.. 

            Materi ini kita akan membahas tentang Struktur Sistem Komputer. Pada era ini, perkembangan teknologi berkembang tiada hentinya. Salah satu teknologi yang berkembang di era revolusi industri 4.0 ini adalah Komputer. Komputer memiliki banyak sekali komponen atau struktur yang ada di dalamnya. Untuk lebih jelasnya, mari simak apa saja struktur-struktur dari Komputer.

Sistem Komputer

Sistem berasal dari bahasa Latin (systēma) dan
bahasa Yunani (sustēma) adalah suatu kesatuan yang terdiri komponen atau elemen yang dihubungkan bersama untuk memudahkan aliran informasi, materi atau energi. Istilah ini sering dipergunakan untuk menggambarkan suatu set entitas yang berinteraksi, di mana suatu model matematika seringkali bisa dibuat. Sistem juga merupakan kesatuan bagian-bagian yang saling berhubungan yang berada dalam suatu wilayah serta memiliki item-item penggerak.

Komputer adalah alat yang dipakai untuk mengolah data menurut prosedur yang telah dirumuskan. Kata komputer semula dipergunakan untuk menggambarkan orang yang perkerjaannya melakukan perhitungan aritmatika, dengan atau tanpa alat bantu, tetapi arti kata ini kemudian dipindahkan kepada mesin itu sendiri.

Sistem Komputer adalah elemen-elemen yang terkait untuk menjalankan suatu aktifitas dengan menggunakan komputer. Elemen dari sistem komputer terdiri dari manusianya (brainware), perangkat lunak (software), set instruksi (instruction set), dan perangkat keras hardware). Dengan demikian komponen tersebut merupakan elemen yang terlibat dalam suatu sistem komputer. Tentu saja hardware tidak berarti apa-apa jika tidak ada salah satu dari dua lainnya (software dan brainware). Contoh sederhananya, siapa yang akan menghidupkan komputer jika tidak ada manusia. Atau akan menjalankan perintah apa komputer tersebut jika tidak ada softwarenya. Arsitektur VonNeumann 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.

Komponen Komputer

Komponen pada sistem komputer terbagi 3.

1.        Hardware

Perangkat yang dapat kita lihat dan dapat kita sentuh secara fisik, seperti perangkat perangkat masukan, perangkat pemroses, maupun perangkat keluaran. Peralatan ini umumnya cukup canggih. Dia dapat bekerja berdasarkan perintah yang ada padanya, yang disebut juga dengan instruction set tadi. Dengan adanya perintah yang dimengerti oleh mesin tersebut, maka perintah tersebut melakukan berbagai aktifitas kepada mesin yang dimengerti oleh mesin tersebut sehingga mesin bisa bekerja berdasarkan susunan perintah yang didapatkan olehnya.

a.  CPU

CPU (Central Processing Unit) berperanan untuk memproses arahan, melaksanakan pengiraan dan menguruskan laluan informasi menerusi sistem komputer. Unit atau peranti pemprosesan juga akan berkomunikasi dengan peranti input, output dan storan bagi melaksanakan arahan-arahan berkaitan.

Prosesor terdiri dari sejumlah register yang merupakan memory yang berkecepatan tinggi dan berukuran kecil daripada main memory. Fungsi register dalam processor antara lain adalah: Uservisible register, yang memungkinkan programmer dapat mengurangi penggunaan main memory dan merujuk ke register. Serta Control dan status register, yang memungkinkan untuk mengontrol operasi prosesor serta mengontrol operasi prosesor.

Eksekusi instruksi meliputi langkah-langkah berikut:

1.      Penentuan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

2.      Pengambilan instruksi dari lokasi yang ditunjuk tersebut, kemudian meletakkannya di register instruksi (Instruction Register) yang terletak berdampingan dengan Control Unit.

3.      Penterjemahan (decode) instruksi untuk mengetahui operasi apa yang harus dilakukan.

4.      Kalkulasi alamat operand (data yang akan dilibatkan dalam operasi), kemudian ambil operandtersebut.

5.      Melakukan operasi tertentu terhadap operandtersebut.

6.      Simpan hasilnya pada satu lokasidata, register atau memori.

7.      Pengecekkan terhadap keberadaan intrupsi. Jika ada, maka eksekusi instruksi berikutnya ditunda dan operasi instruksi dimulai.

Interrupt merupakan sinyal yang menyebabkan processor menghentikan suatu pekerjaan tertentu dan berpindah untuk mengerjakan pekerjaan yang lain. Jenis-jenis interrupt antara lain: Software Interrupt merupakan interrupt yang disebabkan oleh software atau sering disebut sebagai System Call, misalnya suatu program ini mencetak hasil ke printer. Hardware interrupt merupakan interrupt yang disebabkan oleh hardware yang terjadi karena ada akse dari perangkat keras, seperti penekanan tombol keyboard dan penggerakan pointer mouse, flashdisk, DVD Room.

Penyebab dari interrupt antara lain: Program, sebagai akibat dari eksekusi instruksi, misalnya arithmaticOvervlow, Devisionby Zero. Interrupt juga bias disebabkan oleh I/O, yang mengindikasikan bahwa proses telah selesai atau terjadi error. Ataupun kegagalan hardware, yang disebabkan oleh kegagalan hardware seperti powerfailur, dll.

Multiprogramming berkaitan dengan mekanisme untuk melayani banyak tugas yang dijalankan dalam satu processor yang sama/ menggunakan resourceprocessor yang sama. Juga merupakan model dari Interrupt. Pelaksanaan instruksi yang dilaksanakan meliputi beberapa process:

1.      Program dimuat ke dalam memory

2.      Program dijalankan sampai dengan program tersebut meng-akses I/O

3.      Eksekusi dialihkan ke perkerjaan / task yang lainya

4.      Langkah tersebut dilakukan secara berulang-ulang sampai semua task selesai dikerjakan

Multiprogramming diharapkan dapat meningkatkan utilitas CPU. Term Multiprogramming berbeda dengan Multitasking / Multiprocessing. Multiprogrammingmerujuk ke mekanisme interrupt yang mengoptimalkan penggunaan CPU dengan melakukan mekanisme switch ke pekerjaan yang lain jika program yang sedang dieksekusi sedang meng-akses I/O. Sedangkan Multiprocessing / Multitasking merupakan kemampuan untuk meggunakan beberapa processor untuk mengerjakan task pada machine yang sama pada waktu yang sama.

B.  Main Memory

Register CPU berukuran kecil sehingga tidak dapat menyimpan semua informasi, maka CPU harus dilengkapi dengan alat penyimpan berkapasitas lebih besar yaitu memori utama. Terbagi menjadi dua yaitu:

1. Internal Storage

adalah media penyimpanan yang terdapat didalam komputer yaitu:

RAM (Random Access Memory)

Untuk menyimpan program yang kita olah untuk sementara waktu. Dapat diakses secara acak (dapat diisi/ditulis, diambil, atau dihapus isinya). Struktur RAM terbagi menjadi empat bagian utama, yaitu: Input Storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan melalui alat input.Program Storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi-instruksi program yang akan diakses. Working Storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil pengolahan. Output Storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.

ROM (Read Only Memory)

Memori yang hanya bisa dibaca dan berguna sebagai penyedia informasi pada saat komputer pertama kali dinyalakan. Hanya dapat dibaca, tidak bisa mengisi sesuatu ke dalam ROM, sudah diisi oleh pabrik pembuatnya. Berupa sistem operasi yg terdiri dari program pokok, seperti program untuk mengatur penampilan karakter di layar, pengisian tombol kunci papan ketik untuk keperluan kontrol tertentu, dan bootstrap program.

Program bootstrap diperlukan pada saat pertama kali sistem komputer diaktifkan (booting), yang dapat berupa coldbooting atau warmbooting. Dimungkinkan untuk merubah isi ROM, dengan cara memprogram kembali, yaitu: PROM (Programmable Read Only Memory), yg hanya dapat diprogram satu kali. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), dapat dihapus dgn sinar ultraviolet, dapat diprogram kembali berulang-ulang. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), dapat dihapus secara elektronik dan dapat diprogram kembali.

2. ExternalStorage

Perangkat keras untuk melakukan operasi penulisan, pembacaan & penyimpanan data, di luar komponen utama, yaitu :FloppyDisk, Hard Disk, CD Room, DVD

C. Modul I/O

Perangkat masukan dan keluaran (I/O), adalah perangkat nyata yang dikendalikan chipcontroller di board sistem atau card. Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen lainnya melalui bus. Controller mempunyai register-register untuk pengendaliannya yang berisi status kendali. Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses sehingga perangkat lunak devicedriver dapat menulis ke register-registernya sehingga dapat mengendalikannya. Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan perangkat fisik mekanis.Perangkat I/O juga memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternal. Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) dengan beragam perangkat, seperti: perangkat penyimpan sekunder, perangkat komunikasi, terminal.

Interkoneksi antar komponen adalah struktur dan mekanisme untuk menghubungkan antar komponen dalam sistem komputer yang disebut bus. Bus terdiri dari tiga macam, yaitu :

1.        Bus alamat (address bus)

Berisi 16, 20, 24 jalur sinyal paralel atau lebih. CPU mengirim alamat lokasi memori atau port yang ingin ditulis atau dibaca di bus ini.Jumlah lokasi memori yang dapat dialamati ditentukan jumlah jalur alamat. Jika CPU mempunyai N jalur alamat maka dapat mengalamati 2 pangkat N (2N) lokasi memori dan/atau port secara langsung.

2.        Bus data (data bus)

Berisi 8, 16, 32 jalur sinyal paralel atau lebih. Jalur-jalur data adalah dua arah (bidirectional). CPU dapat membaca dan mengirim data dari/ke memori atau port. Banyak perangkat pada sistem yang dihubungkan ke bus data tetapi hanya satu perangkat pada satu saat yang dapat memakainya.

3.        Bus kendali (control bus)

Berisi 4-10 jalur sinyal paralel. CPU mengirim sinyal-sinyal pada bus kendali untuk memerintahkan memori atau port.

Sinyal bus kendali antara lain :

1.        Memoryread, untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari memori.

2.        Memorywrite, untuk memerintahkan melakukan penulisan ke memori.

3.        I/O read, untuk memerintahkan melakukan pembacaan dari port I/O.

4.        I/O write, untuk memerintahkan melakukan penulisan ke port I/O.

Mekanisme pembacaan, untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang dikehendaki melalui bus alamat kemudian mengirim sinyal memoryread pada bus kendali. Sinyal tersebut memerintahkan ke perangkat memori untuk mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agat dibaca CPU. Interkoneksi antar komponen ini membentuk satu sistem sendiri, seperti ISA (Industry Standard Architecture), EISA (Extended ISA) dan PCI (PeripheralComponentInterconnect). Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa “perkawatan”. Interkoneksi memerlukan tata cara atau aturan komunikasi agar tidak kacau (chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan.

1. Software

Sistem operasi atau operatingsystem ialah program dasar pada komputer yang menghubungkan pengguna dengan hardware komputer. Perangkat lunak yang dihubungkan dengan pelaksanaan program dan koordinasi dari aktivitas sistem komputer.

Program aplikasi, yaitu program komputer yang siap digunakan atau disebut juga program siap pakai. Program paket digunakan untuk aplikasi bisnis secara umum, aplikasi khusus dibidang industri, aplikasi untuk meningkatkan produktifitas organisasi atau perusahaan dan aplikasi untuk produktifitas perorangan.

Language Program atau bahasa pemrograman adalah bahasa yang digunakan oleh manusia untuk berkomunikasi dengan komputer, karena komputer memiliki bahasa sendiri maka komputer tidak akan merespon selain menggunakan bahasa pemrograman.

2. Brainware

Brainware adalah orang yang mengoperasikan sebuah komputer, karena jika tidak ada orang yang mengoperasikan maka tidak akan dapat digunakan.

3. Operasi Sistem Komputer

Pada umumnya merupakan rangkaian prosedur dan dokumentasi program yang berfungsi menyelesaikan masalah yang dikehendaki. Atau data elektronik yang disimpan sedemikian rupa oleh komputer itu sendiri, data yang disimpan ini dapat berupa program atau instruksi yang akan dijalankan oleh perintah, maupun catatan-catatan yang diperlukan oleh komputer untuk menjalankan perintah yang dijalankannya.

Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah devicecontroller yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya, setiap devicecontroller bertanggung jawab atas sebuah hardwarespesisfik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memorycontroller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus).  

Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge. Tanggung jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master. Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device.

Pada prakteknyabridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset. Jika komputer dinyalakan, komputer akan menjalankan bootstrap program yaitu sebuah program sederhana yang disimpan dalam ROM yang berbentuk chip CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor. Lalu bootsrap program ini lebih dikenal sebagai BIOS (Basic InputOutput System). Bootstrap program utama, yang biasanya terletak di Motherboard akan memeriksa hardware-hardware utama dan melakukan inisialisasi terhadap program dalam hardware yang dikenal dengan nama firmware. Bootstrap program utama kemudian akan mencari dan meloadkernel sistem operasi ke memori lalu dilanjutkan dengan inisialisasi sistem operasi.Dari sini program sistem operasi akan menunggu kejadian tertentu. Kejadian ini akan menentukan apa yang akan dilakukan sistem operasi berikutnya (event-driven).

Kejadian ini pada komputer modern biasanya ditandai dengan munculnya interrupt dari software atau hardware, sehingga Sistem Operasi ini disebut Interrupt-driven. Interrupt dari hardware biasanya dikirimkan melalui suatu signal tertentu, sedangkan software mengirim interrupt dengan cara menjalankan systemcall atau juga dikenal dengan istilah monitor call. System/Monitor call ini akan menyebabkan trap yaitu interrupt khusus yang dihasilkan oleh software karena adanya masalah atau permintaan terhadap layanan sistem operasi. Trap ini juga sering disebut sebagai exception.

Setiap interrupt terjadi, sekumpulan kode yang dikenal sebagai ISR (Interrupt Service Routine) akan menentukan tindakan yang akan diambil. Untuk menentukan tindakan yang harus dilakukan, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu polling yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk menyelidiki sumber interrupt dan dengan cara menggunakan alamat-alamat ISR yang disimpan dalam array yang dikenal sebagai interruptvector di mana sistem akan memeriksa InterruptVector setiap kali interrupt terjadi.

Arsitektur interrupt harus mampu untuk menyimpan alamat instruksi yang di-interrupt. Pada komputer lama, alamat ini disimpan di tempat tertentu yang tetap, sedangkan pada komputer baru, alamat itu disimpan di stack bersama-sama dengan informasi state saat itu.

Data pada komputer diolah dan disimpan dalam bentuk digital atau bilangan biner. Digital hanya mengenal dua nilai saja, yaitu 0(salah) dan 1(benar), disebut dengan istilah bit (binary digital).

Pada saat data diproses, nilai digit dapat diketahui oleh komputer dari tegangan listriknya.

Tegangan rendah bernilai 0 (off) sedangkan tegangan lebih tinggi bernilai 1 (on). Semakin besar ukuran data, semakin lama juga waktu yang diperlukan untuk mengolah dan mengirimkannya antar komputer (dalam jaringan). Agar bisa dibaca oleh manusia, hasil terjemahan ini kemudian diterjemahkan kembali kedalam bentuk dan huruf ataupun angka seperti asalnya, dan kemudian dikeluarkan melalui layar monitor.

Sejak pertama kali komputer elektronik digunakan, telah beroperasi dengan menggunakan bilangan biner, yaitu bilangan dengan basis 2 pada system bilangan. Semua kode program dan data pada komputer disimpan serta dimanipulasi dalam format biner yang merupakan kode-kode mesin komputer. Sehingga semua perhitungannya diolah menggunakan aritmatik biner, yaitu bilangan yang hanya memiliki nilai dua kemungkinan yaitu 0 dan 1 dan sering disebut sebagai bit (binary digit) atau dalam arsitektur elektronik biasa disebut sebagai digital logic.

Bilangan oktal adalah sistem bilangan yang berbasis delapan (8) dan mempunyai delapan simbol yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Pada umumnya sistem bilangan ini digunakan untuk notasi pada saat bermain musik, sehingga sering disebut oktaf.

Bilangan heksadesimal atau sering disebut heksa saja yang berbasis 16 memiliki nilai yang disimbolkan dengan 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Adanya bilangan heksa pada operasi komputasi dikarenakan operasi pada bilangan biner untuk data yang besar akan menjadi susah untuk dibaca, sehingga bilangan heksadsimal biasanya sering digunakan untuk menggambarkan memori komputer atau instruksi. Setiap digit bilangan heksadesimal mewakili 4 bit bilangan biner (nible), dan 2 digit bilangan heksadesimal mewakili satu byte.