Pendahuluan BAB I PENDAHULUAN

Pendahuluan BAB I PENDAHULUAN 1.1. Definisi Komputer Komputer merupakan mesin elektronik yang memiliki kemampuan melakukan perhitungan-perhitungan yang rumit secara cepat terhadap data-data menggunakan instruksi. Atas dasar pengertian tersebut, pelaksanaan perhitungan menggunakan komputer memerlukan dua perangkat yakni perangkat keras (hardware) yang berupa mesin elektronik itu sendiri dan perangkat lunak (software) yang berupa kumpulan instruksi atau program. Berdasarkan kecepatan dan kapasitas data yang diproses, komputer dibedakan atas komputer berukuran besar (large computer), sedang (medium computer), kecil (mini computer), dan mikrokomputer. Walaupun mikrokomputer merupakan jenis yang paling kecil kapasitasnya dan paling rendah kecepatannya, namun penggunaannya sangat fleksibel mencakup bidang yang sangat luas. Keunggulan yang penting dari mikrokomputer adalah harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis lainnya. Untuk selanjutnya, dalam buku ini pembahasan sistem komputer dikonsentrasikan pada sistem mikrokomputer, atau dikenal juga dengan Komputer Pribadi (Personal Computer, PC). 1.2. Sistem Mikrokomputer Mikrokomputer merupakan suatu sistem elektronik yang terdiri atas bagian-bagian mikroprosesor, memori hanya baca (read only memory atau ROM) dan memori akses acak (random access memory atau RAM), serta antarmuka input dan output (interface). Diagram blok dari suatu sistem mikrokomputer ditunjukkan pada gambar 1.1. berikut ini. 1

2 Gambar 1.1. Sistem Mikrokomputer Mikroprosesor merupakan suatu serpih silikon atau chip yakni suatu rangkaian terpadu (integrated circuit atau IC) yang memiliki bagian-bagian aritmetika dan logika (arithmetic and logic unit atau ALU), bagian kontrol (control unit atau CU), register atau memori berukuran kecil dan rangkaian pewaktu (clock). Bagian ini memegang peranan yang penting, karena semua proses perhitungan dilakukan pada bagian mikroprosesor ini. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa mikroprosesor merupakan otak (brain) dari sistem mikrokomputer. Bagian lain dari sistem mikrokomputer adalah ROM dan RAM. ROM merupakan penyimpan yang bersifat permanen dan hanya dapat dibaca saja atau tak dapat ditulisi. Umumnya ROM digunakan untuk menyimpan kumpulan instruksi atau program. Berbeda dengan ROM, RAM merupakan memori yang kecuali dapat dibaca juga dapat ditulisi, dan digunakan untuk menyimpan data. Penyimpanan data oleh RAM bersifat sementara yakni selama komputer dalam keadaan hidup saja. Mikrokomputer juga dilengkapi dengan bagian antar muka input dan output (I/O). Melalui antar muka I/O, mikrokomputer dapat berkomunikasi dengan piranti-piranti luar seperti monitor dan papan ketik (keyboard). Hubungan antar atau interkoneksi masing-masing bagian di dalam sistem

3 mikrokomputer dilakukan dengan menggunakan jalur yang berupa kumpulan konduktor yang dinamakan bus. Dalam hal ini terdapat tiga jenis bus yakni bus alamat, bus data, dan bus kontrol. Bus alamat berfungsi membawa kode-kode alamat dari mikroprosesor ke setiap bagian dalam sistem mikrokomputer yang akan dihubungi oleh mikroprosesor tersebut. Setiap elemen dari bagian-bagian mikrokomputer memiliki identitas alamat berupa kode-kode unik yang menunjukkan suatu lokasi sumber atau tujuan suatu transfer informasi dari atau ke mikroprosesor. Informasi yang berupa instruksi atau data tersebut ditransfer lewat bus data. Bus kontrol berfungsi menyalurkan sinyal kontrol dari atau ke mikroprosesor dalam suatu proses transfer data atau instruksi. Dalam mempelajari prinsip kerja mikrokomputer, semua proses dilihat dari sudut pandang mikroprosesor. Misalnya, dalam kasus mikroprosesor membaca instruksi yang ada di ROM, prosesnya dimulai dengan pengiriman kode alamat oleh mikroprosesor ke bus alamat. Pengiriman kode alamat tersebut berfungsi memilih lokasi sumber informasi yakni lokasi instruksi dalam ROM yang akan dibaca. Selanjutnya, melalui bus kontrol mikroprosesor mengirim sinyal kendali ke ROM untuk memberitahukan bahwa mikroprosesor telah siap menerima pengiriman instruksi. Sekarang giliran ROM meletakkan instruksi yang disimpannya ke bus data dan mikroprosesor mengunci (latches) instruksi tersebut dan meneruskan operasi berikutnya. Dalam kasus mikroprosesor menulis data ke RAM, mikroprosesor mengirim kode alamat untuk memilih lokasi tujuan transfer informasi yakni lokasi penyimpanan data dalam RAM. Selanjutnya, mikroprosesor mengirim sinyal kendali ke RAM untuk memberi tahu bahwa mikroprosesor akan mengirim data dan RAM mengambil data dari bus data untuk ditempatkan di lokasi yang telah dipilih. 1.3. Arsitektur Dasar Komputer Arsitektur komputer telah mengalami perkembangan yang luar biasa dalam dua dasawarsa terakhir, mulai dari jumlah rangkaian yang dapat diintegrasikan ke dalam sebuah keping (chip) silikon, sampai pada kompleksitas

4 kerja yang dapat dilakukannya. Walaupun demikian, perancangan komputer sekarang ini masih didasarkan pada arsitektur yang diciptakan oleh Von Neumann. Komputer berarsitektur Von Neumann terdiri dari 3 komponen utama, yaitu sebuah unit pengolah pusat (Central Processing Unit / CPU), pengingat / memori, dan piranti masukan dan keluaran (input / output devices). Perangkat keras (Hardware) komputer adalah alat-alat atau mesin-mesin yang digunakan untuk mengolah data yang terdiri atas : CPU (Central Processing Unit), yaitu unit pengolah pusat yang merupakan otak dari suatu komputer yang mengatur kinerja komputer secara keseluruhan. Operasi-operasi perpindahan data, operasi aritmatika dan logika, serta pengendalian piranti masukan dan keluaran berserta seluruh sumber daya (resources) yang ada dikendalikan oleh CPU. CPU ini berupa sebuah chip IC yang sering disebut mikroprosesor atau disebut prosesor saja. Mikroprosesor adalah suatu rangkaian digital yang dirancang sedemikian rupa dengan dimensi yang sangat kecil dan dibuat dalam satu chip (IC : Integrated Circuit). Memori utama (Main Memory), yaitu memori yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang dibutuhkan seluruh proses. Memori utama ini terdiri atas RAM (Random Access Memory = Memori Baca/Tulis) dan ROM (Read Only Memory = Memori hanya baca). RAM menyimpan data dan instruksi program yang sedang dijalankan oleh komputer. RAM ini bersifat sementara (temporary), yang berarti isinya akan hilang begitu catu dayanya dimatikan (turned off), atau dikenal dengan istilah bersifat volatile (menguap). Berbeda dengan RAM, ROM bersifat permanen. Data-data pada ROM tidak akan hilang meskipun catu daya komputer dimatikan, atau dikatakan ROM bersifat non Volatile (tidak menguap). ROM biasanya digunakan untuk menyimpan instruksi-instuksi initial boot-up, yaitu instuksi-instruksi yang dijalankan ketika komputer baru dihidupkan. Instuksi-instruksi ini berfungsi untuk mempersiapkan komputer agar dapat digunakan sebagaimana mestinya. Peralatan Input/Ouput (I/O = Masukan/Keluaran), yaitu piranti-piranti eksternal (peripheral) yang dibutuhkan untuk berhubungkan dengan dunia luar

5 (termasuk dengan manusia sebagai pengguna komputer) yang dalam hal ini berfungsi menerima input dan mengeluarkan output. Beberapa piranti yang dapat dikategorikan sebagai piranti masukan / keluaran adalah sebagai berikut: a. layar monitor (untuk keperluan penampilan suatu proses dan hasil proses) b. papan ketik / keyboard (untuk pemasukan data berupa teks maupun barisbaris perintah / command line) c. printer (untuk keperluan pencetakan) d. mouse (untuk pemasukan data yang bersifat spasial / berhubungan dengan koordinat maupun pemberian perintah) e. scanner (untuk memasukkan data citra) f. dan lain-lain. Organisasi dasar komputer yang terdiri atas CPU, Memori (RAM dan ROM) dan I/O ditunjukkan pada Gambar 1.2. BUS DATA ROM D0..D7 RAM I/O CPU CS CS CS BUS ALAMAT A0-A15 Gambar 1.2. Konfigurasi Sistem Minimum Mikroprosesor Suatu komputer hanya dapat bekerja bila telah diberi program yang sesuai. Program adalah kumpulan instruksi-instruksi yang menyebabkan komputer melaksanakan pekerjaan tertentu. Sedangkan instruksi-instruksi secara sederhana diartikan sebagai pola bit biner. Untuk dapat memahami pemrograman komputer terlebih dahulu kita harus memahami cara kerja komputer tersebut. Oleh karena itu pada bagian selanjutnya

6 akan dijelaskan secara garis besar, mengenai bagian-bagian dari suatu komputer dan cara kerjanya. 1.4. Konfigurasi Dasar Mikroprosesor Dalam suatu mikrokomputer (=Personal Computer = Komputer Pribadi), mikroprosesor merupakan komponen sentral yang berfungsi sebagai otak atau pusat pengolah (sebagai CPU-nya). Konfigurasi mikroprosesor pada Gambar 1.3 memiliki satu bus data, satu bus alamat dan satu bus kendali. BUS KENDALI CATU DAYA MIKROPROSESOR BUS ALAMAT BUS DATA Gambar 1.3. Konfigurasi Jalur-Jalur pada Mikroprosesor Tiap-tiap bus pada dasarnya dapat terdiri dari satu atau lebih jalur (line) tergantung dari jenis mikroprosesornya. Arah anak panah kedalam (mikroprosesor) menunjukkan bahwa bus dapat bekerja sebagai masukan. Arah anak panah ke luar berarti berfungsi sebagai keluaran, sedangkan arah anak panah ke luar dan ke dalam ini berarti dapat berfungsi sebagai keluaran dan sekaligus sebagai masukan atau disebut juga Send and Receive Bidirectional. Bus data adalah saluran yang digunakan untuk membawa dan mengirimkan data dari mikroprosesor ke dunia luar atau sebaliknya. Bus alamat adalah saluran yang berisikan alamat-alamat yang akan diakses oleh mikroprosesor. Bus kontrol digunakan untuk mensinkronkan komunikasi antara mikroprosesor dengan dunia luar sistem. Beberapa jalur sinkronisasi ini dikenal

7 dengan istilah jabat tangan (Hand Shaking) antara mikroprosesor dengan dunia luar. Jalur clock (detak) merupakan satu syarat utama agar CPU dapat bekerja. Berdasarkan pulsa-pulsa detak maka kegiatan bus alamat, bus data dan bus kontrol dapat bekerja sama secara sekuensial. Untuk melaksanakan tugas mengolah data dalam suatu sistem, mikroprosesor tidak berdiri sendiri tetapi memerlukan unit-unit dan rangkaianrangkaian pendukung. Unit-unit pendukung antara lain : unit memori dan unit masukan/keluaran(i/o). Rangkaian pendukung yang diperlukan oleh mikroprosesor adalah catu daya, rangkaian pembangkit detak (clock), rangkaian pengawasandi (decoder = dekoder) alamat, penaut (latch) dan penyangga(buffer). 1.5. Unit Pengolah Pusat (CPU : Central Processing Unit). Mikroprosesor merupakan unit pengolah pusat yang berfungsi sebagai otak dari sistem yang melaksanakan fungsi-fungsi sebagai berikut : 1. Menyediakan sinyal kendali (control) dan pewaktuan (timing) untuk semua elemen sistem. 2. Mengambil instruksi dan data dari memori. 3. Memindahkan data dari dan ke perangkat masukan/keluaran. 4. Melaksanakan operasi logika (boolean) dan aritmatika. 5. Memberikan tanggapan-tanggapan terhadap sinyal-sinyal kendali yang diberikan oleh I/O seperti sinyal interupsi. Untuk melaksanakan fungsi-fungsi tersebut dilaksanakan oleh rangkaian logika yang sangat rumit yang terdapat di dalam mikroprosesor tersebut. Rangkaian tersebut dapat digolongkan menjadi 3 baigan, yaitu : ALU (Arithmetic and Logic Control), Register, Pengendali dan Pewaktuan (Control and Timing) sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1.4.

8 ALU REGISTER BUS BUS DATA PENGENDALI DAN PEWAKTUAN BUS ALAMAT Gambar 1.4. Unit Pengolah Pusat (CPU) Langkah-langkah yang dilakukan untuk mengeksekusi suatu instruksi dalam program adalah : 1. CPU mengambil perintah yang akan dilaksanakan dengan mengirim alamat perintah tersebut dan sinyal kontrol ke memori dan 2. perintah yang terbaca pada alamat memori tersebut kemudian diterjemahkan dan dieksekusi. ALU (Arithmetic and Logic Control ) ALU adalah bagian mikroprosesor yang melaksanakan operasi aritmatika (+, -, *, /, ) dan logika. Operasi ini dapat melibatkan dua buah operand atau hanya satu operand. Secara umum, jika operasi ALU melibatkan dua operand, salah satu operand berasal dari akumulator dan operand yang lain dapat berupa data dari memori atau salah satu register. Hasil dari operasi dua operand ini biasanya dikirim ke akumulator. Operasi ALU dapat juga menghasilkan sinyal status yang dikirimkan ke register. Status untuk mengubah (set/reset) bit-bit flag sesuai dengan hasil operasi tersebut.

9 Register Register adalah RAM dalam suatu mikroprosesor yang mempunyai fungsi khusus. Register adalah memori yang dapat diakses dengan sangat cepat oleh mikroprosesor. Register digunakan untuk menyimpan data, alamat, kode-kode instruksi dan informasi-informasi pada status operasinya. Struktur register dari masing-masing mikroprosesor bervariasi tergantung pembuatnya, tetapi fungsifungsi dasar yang dibentuk oleh bermacam-macam register tersebut pada prinsipnya sama. Pengendali dan Pewaktuan (Control and Timing) Pewaktuan dan pengendalian merupakan rangkaian logika yang sangat rumit. Bagian ini mempunyai fungsi utama untuk mengambil dan mendekode instruksi dari memori program dan membangkitkan sinyal-sinyal kendali yang diperlukan oleh ALU dan register untuk melaksanakan instruksi tersebut. Bagian pengendalian ini membangkitkan sinyal kendali eksternal yang dikirim ke elemen komputer yang lain. Selain membangkitkan sinyal kendali, bagaian pengendalian juga memberikan tanggapan terhadap sinyal-sinyal kendali yang dikirim dari elemen lain dalam sistem ke mikroprosesor. Setiap mikroprosesor mempunyai satu set sinyal kendali tersendiri dengan spesifikasi yang khusus. 1.6. Memori Utama Memori utama dalam suatu komputer adalah RAM (Random Access Memory) dan ROM (Read Only Memory). RAM adalah memori yang diakses secara acak. Memori dapat dibaca atau ditulisi. RAM digolongkan menjadi memori statik dan memori dinamik. Pada memori dinamik informasi disimpan dalam muatan dan muatan memori ini akan hilang apabila tidak disegarkan (refresh), untuk itu diperlukan suatu rangkaian penyegar di luar memori ini. Memori statik tidak memerlukan rangkaian penyegar, karena informasi disimpan dalam flip-flop penaut (Latched Flip-Flop).

10 ROM adalah memori yang hanya dapat dibaca. Pengisian informasi yang disimpan dalam memori ini dapat dilakukan dalam proses pabrik tetapi ada juga jenis ROM yang dapat dihapus dan diprogram oleh pemakai yaitu EPROM (Erasable Programmable ROM). Ada dua jenis EPROM yaitu UV EPROM (Ultra Violet EPROM), yang dapat dihapus dengan menyinari jendela kaca pada IC memori tersebut dengan sinar ultra violet) dan EEPROM (Electrically Erasable PROM), yang dapat dihapus secara elektrik dengan memberikan level tegangan tertentu. MEMORI SEMIKONDUKTOR R O M R A M DIPROGRAM PEMAKAI (EPROM) DIPROGRA M PABRIK STATIK DINAMIK UV EPROM EEPROM Gambar 1.5. Klasifikasi Memori Operasi Memori Memori komputer terdiri dari RAM dan ROM yang dihubungkan ke mikroprosesor oleh tiga kelompok sinyal atau bus. Ketiga bus tersebut adalah bus alamat, bus data dan bus kendali. Pada dasarnya operasi-operasi memori dibagi menjadi 2 bagian yaitu : operasi tulis (write) dan operasi baca (read). Jika prosesor akan menulis data ke lokasi memori tertentu, prosesor melakukan operasi WRITE. Adapun proses

11 penulisan diperlihatkan pada diagram pewaktuan operasi penulisan memori diperlihatkan pada Gambar 1.6 sebagai berikut. ALAMA T MEMW DATA KELUAR DATA SAHIH Gambar 1.6. Diagram Pewaktuan Operasi Penulisan Memori Penjelasan dari diagram pewaktuan operasi penulisan, adalah sebagai berikut : 1. Prosesor memberikan alamat lokasi memori pada bus alamat, dimana data akan disimpan. 2. Prosesor menempatkan data yang akan disimpan pada bus data. 3. Prosesor mengaktifkan sinyal kendali MEMW untuk operasi penulisan (aktif rendah). 4. IC memori mendekode alamat untuk menentukan lokasi yang dipilih sebagai tempat penyimpanan. 5. Pada saat sinyal naik MEMW, IC memori memasukan data ke lokasi memori yang dipilih. Jika prosesor akan membaca data dari suatu lokasi memori tertentu, prosesor akan melakukan operasi READ. Adapun proses pembacaan diperlihatkan pada diagram pewaktuan operasi pembacaan memori pada Gambar 1.7.

12 ALAMA T MEMR DATA KELUAR DATA SAHIH Gambar 1.7. Diagram Pewaktuan Operasi Pembacaan Memori Penjelasan dari diagram pembacaan memori adalah sebagai berikut : 1. Prosesor memberikan alamat lokasi pada bus alamat, dimana data akan diambil. 2. Prosesor mengaktifkan sinyal MEMR untuk operasi pembacaan memori (aktif rendah). 3. IC memori mendekode alamat untuk menentukan lokasi yang akan dibaca. 4. IC memori menempatkan data dari lokasi memori yang dipilih ke bus data. Kemudian prosesor akan mengambil data tersebut. 1.7. Input/Output (I/O = Masukan/Keluaran) Bagian keempat dari komputer adalah peralatan I/O, yang menghubungkan mikroprosesor dengan dunia luar. Komputer menerima data dari luar melalui pintu masukan (input port) dan mengirim data keluar melalui pintu keluaran (ouput port). Tanpa peralatan I/O, komputer tidak melakukan operasi apapun meskipun mikroprosesor tersebut melaksanakan banyak sekali instruksi yang diberikan oleh program. Pada saat komputer pertama kali dijalankan, CPU secara otomatis mengambil instruksi dari memori instruction feth pada awal programnya (pada

13 beberapa CPU alamat awal programnya adalah 000H), kemudian mengeksekusinya. Setelah proses eksekusi selesai CPU akan mengambil instruksi lagi dari memori pada alamat berikutnya kemudian mengeksekusi instruksi tersebut, demikian seterusnya pada alamat-alamat selanjutnya. Instruksi yang dieksekusi oleh CPU berupa pola bit biner. Instruksiinstruksi ini disimpan sebagai barisan logika 1 dan logika 0 di dalam memori yang membentuk bahasa mesin.