A. Pengertian Piranti Pemroses (Processing Device)
Piranti Pemroses adalah alat dimana instruksi – instruksi program diproses untuk mengolah data yang sudah dimasukkan lewat Peranti masukan dan hasilnya akan ditampilkan di Peranti keluaran. Peranti Pemroses terdiri dari Central Processing Unit (CPU) dan Main Memory .
B. CPU
CPU, singkatan dari Central Processing Unit adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Prosesor sering digunakan untuk menyebut CPU pada umumnya. 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.
Processor atau CPU (Central Processing Unit) merupakan otak dari komputer yang melakukan pemerosesan dan operasi perhitungan dan logika terhadap instruksi program yang diberikan ke komputer.
Kinerja dari setiap jenis processor bervariasi dan dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:
1. Kecepatan Clock
2. Lebar register/data bus internal
3. Lebar data bus eksternal
4. Kapasitas cache memori (L1 dan L2)
Bagian – bagian CPU
1. Harddisk
Alat ini merupakan tempat menyimpan data pada CPU. Jika hardisk dibuka, maka di dalamnya terlihat piringan logam sebagai tempat menulis data. Kecepatan putarannya bervariasi. Ada yang 5400 putaran per menit bahkan ada yang sampai 7200 putaran per menit. Kemampuan sebuah hardisk biasanya ditentukan oleh banyaknya data yang bisa disimpan. Besarnya bervariasi, ada yang 1,2 Gigabyte (GB) hingga 80 GB. Satu GB sama dengan 1000 Megabyte, sedangkan 1 Megabyte sama dengan 1000 Kilobyte.
2. Floppy Disk Drive
Floppy disk drive adalah alat untuk membaca atau menulis pada sebuah disket. Beberapa tahun lalu, masih banyak orang yang menggunakan floppy disk berukuran 5 1/4 inchi (disket besar), yang menyimpan data sebanyak 700 Kilobyte. Saat ini disket besar sudah digantikan dengan disket kecil yang berukuran (3 1/2 inchi) dengan kapasitas menyimpan data sebesar 1,4 Megabyte.
Cara kerja floppy disk hampir sama dengan harddisk. Plat bundar berisi data dalam disket akan diputar oleh motor dalam floopy disk drive. Sebuah magnet akan membaca atau menulis data pada disket itu.
3.CD-ROM drive
Fungsinya adalah untuk membaca data dari sebuah Compact Disc (CD). 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).
Cara kerja CD-ROM maupun CD-RW 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.
4. Prosesor
Prosesor berfungsi untuk memproses semua perhitungan yang harus dilakukan oleh komputer. Kekuatan prosesor diukur dari frekuensinya, seperti 550 MHz (Mega Hertz) sampai saat ini sudah ada yang mencapai 1,4 GHz (Giga Hertz).
Jika komputer dihidupkan, maka prosesor akan langsung bekerja dan cepat naik suhunya. Oleh karena itu setiap prosesor saat ini sudah dilengkapi dengan besi penyalur panas (heat sink) dan kipas pendingin. Saat ini prosesor yang banyak digunakan adalah Intel, AMD dan IBM.
5. Memori
Memori dikenal juga dengan sebutan RAM (Random Acces Memory). Gunanya adalah untuk penyimpanan data sementara sewaktu digunakan oleh prosesor. Jika komputer di matikan, maka data di RAM akan hilang. Kecepatan membaca data RAM ini lebih cepat jika dibandingkan dengan Harddisk.
6. Kartu Grafis (VGA Card)
Piranti Pemroses adalah alat dimana instruksi – instruksi program diproses untuk mengolah data yang sudah dimasukkan lewat Peranti masukan dan hasilnya akan ditampilkan di Peranti keluaran. Peranti Pemroses terdiri dari Central Processing Unit (CPU) dan Main Memory .
B. CPU
CPU, singkatan dari Central Processing Unit adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Prosesor sering digunakan untuk menyebut CPU pada umumnya. 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.
Processor atau CPU (Central Processing Unit) merupakan otak dari komputer yang melakukan pemerosesan dan operasi perhitungan dan logika terhadap instruksi program yang diberikan ke komputer.
Kinerja dari setiap jenis processor bervariasi dan dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:
1. Kecepatan Clock
2. Lebar register/data bus internal
3. Lebar data bus eksternal
4. Kapasitas cache memori (L1 dan L2)
Bagian – bagian CPU
1. Harddisk
Alat ini merupakan tempat menyimpan data pada CPU. Jika hardisk dibuka, maka di dalamnya terlihat piringan logam sebagai tempat menulis data. Kecepatan putarannya bervariasi. Ada yang 5400 putaran per menit bahkan ada yang sampai 7200 putaran per menit. Kemampuan sebuah hardisk biasanya ditentukan oleh banyaknya data yang bisa disimpan. Besarnya bervariasi, ada yang 1,2 Gigabyte (GB) hingga 80 GB. Satu GB sama dengan 1000 Megabyte, sedangkan 1 Megabyte sama dengan 1000 Kilobyte.
2. Floppy Disk Drive
Floppy disk drive adalah alat untuk membaca atau menulis pada sebuah disket. Beberapa tahun lalu, masih banyak orang yang menggunakan floppy disk berukuran 5 1/4 inchi (disket besar), yang menyimpan data sebanyak 700 Kilobyte. Saat ini disket besar sudah digantikan dengan disket kecil yang berukuran (3 1/2 inchi) dengan kapasitas menyimpan data sebesar 1,4 Megabyte.
Cara kerja floppy disk hampir sama dengan harddisk. Plat bundar berisi data dalam disket akan diputar oleh motor dalam floopy disk drive. Sebuah magnet akan membaca atau menulis data pada disket itu.
3.CD-ROM drive
Fungsinya adalah untuk membaca data dari sebuah Compact Disc (CD). 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).
Cara kerja CD-ROM maupun CD-RW 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.
4. Prosesor
Prosesor berfungsi untuk memproses semua perhitungan yang harus dilakukan oleh komputer. Kekuatan prosesor diukur dari frekuensinya, seperti 550 MHz (Mega Hertz) sampai saat ini sudah ada yang mencapai 1,4 GHz (Giga Hertz).
Jika komputer dihidupkan, maka prosesor akan langsung bekerja dan cepat naik suhunya. Oleh karena itu setiap prosesor saat ini sudah dilengkapi dengan besi penyalur panas (heat sink) dan kipas pendingin. Saat ini prosesor yang banyak digunakan adalah Intel, AMD dan IBM.
5. Memori
Memori dikenal juga dengan sebutan RAM (Random Acces Memory). Gunanya adalah untuk penyimpanan data sementara sewaktu digunakan oleh prosesor. Jika komputer di matikan, maka data di RAM akan hilang. Kecepatan membaca data RAM ini lebih cepat jika dibandingkan dengan Harddisk.
6. Kartu Grafis (VGA Card)
Kartu VGA (Video Graphic Adapter) berguna untuk menerjemahkan output keluaran) komputer ke monitor. Untuk menggambar / design graphic ataupun untuk bermain game, kita perlu VGA yang tinggi kekuatannya. Saat ini ada VGA dengan memori 16, 32 hingga 128 Megabyte. Jenisnya yang terkenal adalah GeForce buatan perusahaan Nvidia.
7. Kartu Suara (Soundcard)
Perangkat ini berguna untuk mengeluarkan suara. Kalau kita sedang mendengar musik ataupun bermain game, perangkat ini sangat bermanfaat. Suaranya bisa stereo, surround (berputar) bahkan suara 3 dimensi, sehingga kita seolah-olah berada ditempat kejadian. Tetapi perangkat ini kurang lengkap jika tidak ada speaker. Karena itu kita perlu menghubungkan speaker dengan soundcard yang telah terpasang dengan sebuah kabel yang disambung langsung ke soundcard Game.
8. Motherboard
Motherboard atau disebut juga dengan Papan Induk berfungsi untuk tempat semua alat utama CPU yang telah disebutkan di atas. Bentuk motherboard seperti sebuah papan sirkuit elektronik. Motherboard merupakan tempat berlalu lalangnya data. Motherboard menghubungkan semua peralatan komputer dan membuatnya bekerja sama sehingga komputer berjalan dengan lancar.
C. Mikroprosesor
Prosesor memiliki desain koneksi pada motherboard yang berbeda beda koneksi tersebut antara lain berupa socket atau slot,dan berikut ini adalah jenis jenis socket prosesor yang telah diproduksi:
a.socket 1
socket 1 adalah slot yang sudah kuno,memiliki 169 pin dan beroperasi pada 5 volt , ditemukan pada motherboard 486 yang mendukung prosesor 486SX hingga 486DX2, pada slot ini juga bisa dipasang prosesor overdrive 486DX4.
b.socket 2
socket 2 adalah mengalami sedikit perbaikan dari socket 1.Memiliki 238 pin dasn tetap memerlukan tegangan 5 volt.Meski tetap merupakan socket prosesor 486,pada slot ini bisa dipasang prosesor pentium overdrive.
c.socket 3
socket 3 di desain oleh intel,memiliki 237 pin dan beroperasi pada tegangan 5 volt, tetapi telah ditambahkan kemampuan untuk mendukung tegangan 3,3 volt,dapat diganti dengan mengubah jumper setting pada motherboard . Slot ini mendukung semua prosesor socket 2 dan prosesor 5x86,socket 3 adalah slot terahir untuk prosesor 486.
d.socket 4
berganti ke pentium,intel mendesain slot baru dengan tipe socket 4. Socket 4 memiliki 273 pin dan beroperasi pada tegangan 5volt . Socket 4 hanya mendukung prosesor pentium 60-66Mhz dasn pentium overdrive.
e.socket 5
socket 5 memiliki 320 pin dan beroperasi pada tegangan 3,3 volt . Socket 5 mendukung prosesor pentium 75 hingga 133 Mhz. Prosesor yang lebih baru dan cepat tidak cocok karena prosesor tersebut memerlukan pin tambahan.
f.socke6
menurut tipenya socket 6 seharusnya dibuat untuk mendukung prosesor pentium yang lebih canggih, tetapi ternyata socket 6 adalah pengembangan dari socket 3 yang didesain untuk prosesor 486. Socket 6 memiliki 235 pin dan beroperasi pada tegangan 3,3 volt. Socket ini tidak terkenal karena pasar telah berganti ke era pentium.
g.socket 7
socket 7 adalah slot yang paling terkenal dasn paling luas penggunaannya , memiliki 321 pin dan beroperasi pada daerah tegangan 2,5-3,3 volt , socket ini juga mendukung dualvoltage . Socket 7 meundukung semua jenis prosesor pentium 75 hingga 200Mhz, pentium MMX , AMD K5 , AMD K6 dan K6-2 , cyrix / IBM 6x86 dan 6x86MX , dan pentium MMX overdrive . Socket 7 adalah standar industri dan masih digunakan oleh prosesor generasi keenam produksi AMD (K6) dan cyrix (M2) . Intel telah meninggalkan desain ini untuk prosesor generasi keenamnya yaitu intel pentium II .
h.socket 8
socket 8 adalah slot berteknologi tinggi yang digunakan khusus untuk prosesor pentium pro. Socket 8 memeliki 387 pin dan beroperasi pada 3,1/3,3 volt. Socket ini hanya mendukung prosesor pentium pro , terutama didesain untuk mendukung struktur ganda prosesor yang menyatukan fungsi cache L2 kedalam prosesor. Sejak intel memutuskan untuk berpindah ke teknologi slot 1 , perkembangan socket 8 berhenti .
i.slot 1
banyak kemampuan ditambahkan pada desain slot 1.Slot 1 mengubah desain prosesor dari berupa kotak tipis dengan pin-pin pada bagian bawah menjadi prosesor yang ditempatkan pada daughtercard dan dikemas dalam sebuah modul.
j.slot 2
slot 2 adalah penerus teknologi slot 1 yang dikembangkan oleh intel . Ukurannya akan menjadi 2x lipat slot 1 dengan jumlah memori cache yang lebih besar. Prosesor yang memerlukan slot ini adalah pentium II Xeon.
D. Control Unit
Control Unit / Unit kendali : adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) 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, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word 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).
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.
Macam-macam CU
1. 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.
2. 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 boolean 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.
E. ALU (Arithmatic Logic Unit)
ALU singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (bahasa Indonesia: unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesor 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 (>)
f. lebih besar atau sama dengan dari (>=) (sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)
Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.
Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/ perhitungan aritmatika dan logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.
Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner two’s complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU output register, sebelum disimpan dalam memori.
Pada saat sekarang ini sebuah chip/IC dapat mempunyai beberapa ALU sekaligus yang memungkinkan untuk melakukan kalkulasi secara paralel. Salah satu chip ALU yang sederhana (terdiri dari 1 buah ALU) adalah IC 74LS382/HC382ALU (TTL). IC ini terdiri dari 20 kaki dan beroperasi dengan 4×2 pin data input (pinA dan pinB) dengan 4 pin keluaran (pinF).
Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri dari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangan dinamakan dengan Adder. Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder juga disebut rangkaian kombinasional aritmatika.
Ada 3 jenis adder:
1. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.
2. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.
3. Rangkain Adder dengan menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder
1. HALF ADDER
Rangkaian Half Adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner yang terdiri dari satu bit, oleh karena itu dinamai Penjumlah Tak Lengkap.
a. jika A = 0 dan B = 0 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0.
b. jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 1.
c. jika A = 1 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0
jika A = 1 dan B =1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0. dengan nilai pindahan cy(Carry Out) = 1
Dengan demikian,half adder memiliki 2 masukan (A dan B) dan dua keluaran (S dan Cy).
2. FULL ADDER
Sebuah Full Adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling dijumlahkan. Full Adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang terendah. Full Adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan nilai Carry-Out dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out).
3. PARALEL ADDER
Rangkaian Parallel Adder adalah rangkaian penjumlah dari dua bilangan yang telah dikonversikan ke dalam bentuk biner. Anggap ada dua buah register A dan B, masing-masing register terdiri dari 4 bit biner : A3A2A1A0 dan B3B2B1B0.
Rangkaian Parallel Adder terdiri dari Sebuah Half Adder (HA) pada Least Significant Bit (LSB) dari masing-masing input dan beberapa Full Adder pada bit-bit berikutnya. Prinsip kerja dari Parallel Adder adalah sebagai berikut : penjumlahan dilakukan mulai dari LSB-nya. Jika hasil penjumlahan adalah bilangan desimal “2” atau lebih, maka bit kelebihannya disimpan pada Cout, sedangkan bit di bawahnya akan dikeluarkan pada Σ. Begitu seterusnya menuju ke Most Significant Bit (MSB)nya.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaitu operasi logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika.
Arithmatic Logical Unit (ALU):
1. Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.
2. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya
3. ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri.
Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub(pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.
Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.
ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah “add” untuk menambahkan bilangan, atau “devide” atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua buah bilangan.
Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenis prosesor,kecuali untuk prosesor yang compatible dengannya.
Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia, instruction set ini juga memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan lainnya. Bandingkanlah beda struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa lainnya, begitu juga dengan instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana lingkungan instruction set itu digunakan.
F. Register
Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.
Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.
Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi Intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.
Jenis register
Register terbagi menjadi beberapa kelas:
1. Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).
2. Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
3. Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
4. Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point).
5. 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.
6. Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.
7. Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.
8. 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.
Ukuran register
Tabel berikit berisi ukuran register dan padanan prosesornya
Register Prosesor
4-bit Intel 4004
8-bit Intel 8080
16-bit Intel 8086, Intel 8088, Intel 80286
32-bit Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium Pro, Intel Pentium, Intel Pentium 2, Intel Pentium 3, Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Xeon, AMD K5, AMD K6, AMD Athlon, AMD Athlon MP, AMD Athlon XP, AMD Athlon 4, AMD Duron, AMD Sempron
64-bit Intel Itanium, Intel Itanium 2, Intel Xeon, Intel Core, Intel Core 2, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX, AMD Turion 64, AMD Turion X2, AMD Sempron
G. Main Memory
Main memory merupakan simpanan yang kapasitasnya lebih besar dibandingkan register. Main memory dibagi menjadi 2 (dua) macam : RAM dan ROM. Selain itu terdapat pula memori yang disebut dengan cache memory.
1. Read Only Memory (ROM)
ROM mempunyai tugas untuk menyimpan program yang sifatnya tetap atau permanen, tidak tergantung pada keberadaan arus listrik (Nonvolatile), dan program yang tersimpan dalam ROM mempunyai sifat hanya dapat dibaca oleh para pengguna komputer. Contoh data-data Rom yang sering muncul adalah saat komputer dihidupkan maka akan terbaca semua konfigurasi perangkat yang terintergasi dalam komputer tersebut.
Isi data pada Rom misalnya adalah program basis input ouput sistem (BIOS), yang berfungsi untuk mengendalikan perpindahan data antara mikroprosesor ke komponen lain yang meliputi keyboard, monitor, printer, dan lainnya.
ROM terdiri atas berbagai macam seperti:
a. ROM (read only memory) itu sendiri yang isi datanya dimasukan dalam proses produksinya.
b. PROM (Progremmeble ROM) mirip dengan Rom kecuali bahwa dia dapat diprogram setelah proses pembuatan cip.
c. EPROM (erasable PROM) dapat dihapusdengan menyinarinnya dengan cahaya ultra violet mikrokntrolel yang epromnya bisa dihapus memiliki jendela kecil tempat proses penyinaran dilakukan
d. OTP (one time progreming) adalah eprom yang tidak dilengkapi dengan jendela penyinaran ultraviolet.
e. EEPROM (electrically EPROM) dapat dihapus secara elektris dengan perintah yang ada dalam mikrokontroler.walau mirip dengan RAM, tapi EEPROM tidak memiliki sifat nonvolatile dari ROM yang tidak hilang datanya walaupun daya hilang.
2. Random Acces Memory (RAM)
RAM berfungsi untuk menyimpan Programdan data dari pengguna komputer sehingga bisa dibaca dan ditulis. Semakin besar program yang digunakan maka semakin besar pula tempat yang harus disediakan oleh RAM, RAM bersifat volatile. Modul RAM dibedakan menjadi SIMM (Single In-line Memory Module) yaitu hanya terdiri dari satu muka setiap modulenya, dan DIMM (Dual In-line Memory Module) yaitu terdapat dua muka pada setiap modulnya.
Jenis-jenis RAM yang saat ini dikembangkan adalah
a. DRAM (Dynamic RAM) adalah jenis RAM yang digunakan untuk personal komputer atau workstation.
b. SDRAM (Synchoronous Dynamic RAM) adalah jenis yang lain dari DRAM yang tersinkronisasi dengan clock speed microprocessor agar penggunaannya lebih optimal.
c. RDRAM (Rambus Dynamic RAM) adalah jenis RAM yang memiliki kinerja yang sangat tinggi dan tidak banyak memakan tenaga listrik.
d. DRDRAM (Direct Rambus Dynamic RAM) menggunakan 16-bit, menggunakan pipelining untuk memindahkan ata dari RAM ke chace memory dari jalur yang lebih dekat ke processor atau display.
H. CACHE MEMORI
Cache memori adalah memori kecepatan tinggi, tetapi berukuran kecil, yang digunakan untuk menyimpan salinan data / instruksi yang sering diakses oleh CPU. Cache memory merupakan memori sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk meningkatkan kinerja komputer, yaitu meningkatkan efisiensi kerja CPU dan mengurangi waktu yang terbuang.
Dalam istilahnya yang paling sederhana, cache memory adalah memory buffer berkecepatan tinggi yang secara temporer menyimpan data yang diperlukan oleh procesor, membuat prosesor dapat memanggil kembali data tersebut dengan lebih cepat ketimbang jika data itu datang dari memoy utama, namun ada satu fitur tambahan pada sebuah cache, melebihi buffer sederhana, cache adalah buffer dilengkapi dengan otak.
Buffer menyimpan data acak (random data), biasanya pada basis yang pertama kali masuk adalah yang pertama kali keluar (first in first out), atau yang pertama kali masuk adalah yang terakhir keluar (first in last out). Cache, di lain pihak, menyimpan data yang kemungkinan besar diperlukan oleh prosesor sebelum data itu diperlukan secara aktual. Hal ini membuat prosesor dapat melanjutkan bekerja pada kecepatan penuh atau mendekati kecepatan penuhnya tampa harus menunggu data diambil dari memory utama yang lebih lambat. Cache memory biasanya dibuat dari chip static RAM (SRAM) yang diinstall pada motherboar atau built in pada prosesor.
Cache memory adalah tipe RAM tercepat yang ada, dan digunakan oleh CPU, hard drive, dan beberapa komponen lainnya. Seperti halnya RAM, lebih banyak cache memory adalah lebih baik, akan tetapi biasanya cache pada CPU dan hard drive tidak dapat diupgrade menjadi lebih banyak. Contoh yang dapat dilihat misalnya adalah pada CPU Pentium II terdapat 512 KiloByte cache, dan pada hard drive IBM 9LZX SCSI terdapat 4 MegaBytes cache. Seperti halnya RAM, pada umumnya data akan dilewatkan dulu pada cache memory sebelum menuju komponen yang akan menggunakannya (misalnya CPU). Selain itu cache memory menyimpan pula sementara data untuk akses cepat. Kecepatan cache memory juga menjadi unsur yang penting. Sebagai contoh, CPU Pentium II memilki cache sebesar 12 k, dan CPU Celeron memiliki cache sebesar 128 k, akan tetapi cache pada Pentium II berjalan pada 1/2 kali kecepatan CPU, sementara cache pada Celeron berjalan dengan kecepatan sama dengan kecepatan CPU. Hal ini merupakan tradeoff yang membuat kecepatan Celeron dalam hal-hal tertentu kadang-kadang malah bisa mengalahkan Pentium II.
Fungsi dan kegunaan cache memory Cache memory berfungsi menjembatani perbedaan kecepatan antara CPU dan Memori Utama. Dalam implementasinya jenis memori yang digunakan untuk cache adalah statik RAM (SRAM).
Cache memory terdiri atas:
1. Internal, digunakan untuk komputasi berkecepatan tinggi.
2. External, digunakan sebagai buffer untuk menyimpan program dan data.
Program cenderung menjalankan instruksi yang berurutan, menyebabkan instruksi tersebut berada didekat lokasi memori. Program biasanya mempunyai simpul untuk tempat menjalankan kelompok instruksi secara berulang-ulang. Compiler menyimpan array dalam blok lokasi memori yang bersebelahan. Compiler biasanya menempatkan item data yang tidak berhubungan didalam segmen data.
Jenis cache memory
Pada saat ini, cache memory ada 3 jenis, yaitu L1 cache, L2 cache, dan L3 cache.
Chace memory terbagi menjadi dua yaitu :
1. Cache Memory yang terdapat pada internal Processor , chace memory jenis ini kecepatan aksesnya sangat tinggi, dan harganya sangat mahal. Hal ini bisa terlihat pada Processor yang berharga mahal seperti P4,P3,AMD-Athlon dll, semakin tinggi kapasitas L1,L2 Chace memori maka semakin mahal dan semakin ceppat Processor.
2. Chace Memory yang terdapat diluar Processor, yaitu berada pada MotherBoard, memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat tinggi, meskipun tidak secepat chache memori jenis pertama ( yang ada pada internal Processor). Semakin besar kapasitasnya maka semakin mahal dan cepat. Hal ini bisa kita lihat pada Motherboard dengan beraneka ragam kapasitas chace memory yaitu 256kb, 512kb, 1Mb, 2Mb dll.
Chace sebagai perantara antara CPU dengan memori. Ada 2 jenis chace, yaitu:
1. Software chace (caching disk controller); akan mempercepat akses data pada disk dengan menyimpan data yang baru saja digunakan dalam memori.
2. Hardware chace (on−the−board chace); akan mempercepat akses memori itu sendiri dapat menyimpan data yang baru saja digunakan dalam memori.
Cache terdiri dari sejumlah cache entries (entry cache) dan setiap entri cache terdiri dari 2 yaitu :
1. Memori Cache merupakan SRAM berkecepatan tinggi data yang disimpan merupakan kopi dari data memori utama yang terpilih pada saat itu atau data yang baru disimpan yang belum berada didalam memori.
2. Address Tag (Tag Alamat) Menunjukan alamat fisik data yang ada dalam memori utama dan beberapa informasi valid
Letak cache memory L1 cache terintegrasi dengan chip prosesor, artinya letak L1 cache sudah menyatu dengan chip prosesor (berada di dalam keping prosesor). Sedangkan letak L2 cache, ada yang menyatu dengan chip prosesor, ada pula yang terletak di luar chip prosesor, yaitu di motherboard dekat dengan posisi dudukan prosesor. Pada era prosesor intel 80486 atau sebelumnya, letak L2 cache kebanyakan berada di luar chip prosesor. Chip cache terpisah dari prosesor, berdiri mandiri dekat chip prosesor. Sejak era prosesor Intel Pentium, letak L2 cache ini sudah terintegrasi dengan chip prosesor (menyatu dengan keping prosesor). Posisi L2 cache selalu terletak antara L1 cache dengan memori utama (RAM). Sedangkan L3 cache belum diimplementasikan secara umum pada semua jenis prosesor. Hanya prosesor-prosesor tertentu yang memiliki L3 cache.
Cache memory yang letaknya terpisah dengan prosesor disebut cache memory non integrated atau diskrit (diskrit artinya putus atau terpisah). Cache memory yang letaknya menyatu dengan prosesor disebut cache memory integrated, on-chip, atau on-die (integrated artinya bersatu/menyatu/ tergabung, on-chip artinya ada pada chip).
L1 cache (Level 1 cache) disebut pula dengan istilah primary cache, first cache, atau level one cache. L2 cache disebut dengan istilah secondary cache, second level cache, atau level two cache.
Kecepatan cache memory Transfer data dari L1 cache ke prosesor terjadi paling cepat dibandingkan L2 cache maupun L3 cache (bila ada). Kecepatannya mendekati kecepatan register. L1 cache ini dikunci pada kecepatan yang sama pada prosesor. Secara fisik L1 cache tidak bisa dilihat dengan mata telanjang. L1 cache adalah lokasi pertama yang diakses oleh prosesor ketika mencari pasokan data. Kapasitas simpan datanya paling kecil, antara puluhan hingga ribuan byte tergantung jenis prosesor. Pada beberapa jenis prosesor pentium kapasitasnya 16 KB yang terbagi menjadi dua bagian, yaitu 8 KB untuk menyimpan instruksi, dan 8 KB untuk menyimpan data.
Transfer data tercepat kedua setelah L1 cache adalah L2 cache. Prosesor dapat mengambil data dari cache L2 yang terintegrasi (on-chip) lebih cepat dari pada cache L2 yang tidak terintegrasi. Kapasitas simpan datanya lebih besar dibandingkan L1 cache, antara ratusan ribu byte hingga jutaan byte, ada yang 128 KB, 256 KB, 512 KB, 1 MB, 2 MB, bahkan 8 MB, tergantung jenis prosesornya. Kapasitas simpan data untuk L3 cache lebih besar lagi, bisa ratusan juta byte (ratusan mega byte).
Prioritas penyimpanan dan pengambilan data
Dalam mekanisme kerjanya, data yang akan diproses oleh prosesor, pertama kali dicari di L1 cache, bila tidak ada maka akan diambil dari L2 cache, kemudian dicari di L3 cache (bila ada). Jika tetap tidak ada, maka akan dicari di memori utama. Pengambilan data di L2 cache hanya dilakukan bila di L1 cahe tidak ada.
Lebih jelasnya proses baca tulis data yang dilakukan oleh prosesor ke memori utama dapat dijelaskan sebagai berikut: Ketika data dibaca/ditulis di memori utama (RAM) oleh prosesor, salinan data beserta address-nya (yang diambil/ditulis di memori utama) disimpan juga di cache. Sewaktu prosesor memerlukan kembali data tersebut, prosesor akan mencari ke cache, tidak perlu lagi mencari di memori utama.
Jika isi cache penuh, data yang paling lama akan dibuang dan digantikan oleh data yang baru diproses oleh prosesor. Proses ini dapat menghemat waktu dalam proses mengakses data yang sama, dibandingkan jika prosesor berulang-ulang harus mencari data ke memori utama.
Secara logika, kapasitas cache memory yang lebih besar dapat membantu memperbaiki kinerja prosesor, setidak-tidaknya mempersingkat waktu yang diperlukan dalam proses mengakses data.
Operasi Cache
a. CPU meminta isi suatu lokasi memori
b. Memeriksa apakah data terdapat di cache
c. Jika ada di cache, ambil data dari cache (cepat)
d. Jika tidak ada di cache, copy isi memori ke cache dan kirimkan data yang diminta ke CPU (lambat)
Cara kerja Cache adalah :
a. Ketika CPU mengakses memori maka system penyimpanan akan mengirim alamat fisik cache
b. Membandingkan alamat fisik tersebut dengan semua tag alamat untuk mengetahui apakah ia menyimpan kopi dari sebuah data.
c. Cache HIT adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses memori ke word yang telah ada didalam memori cache tersebut secara cepat megembalikan item data yang diminta.
d. Cache MISS adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses ke data yang tidak berada dalam cache, cache akan menjemput item tersebut dari memori, dimana hal ini mebutuhkan waktu yang lebih lama dari cache hit.
e. Jika cache tidak menyimpan data, maka akan terjadi cache miss dan cache akan menyampaikan alamat ke system memori utama untuk membaca.
f. Jika data yang dating dari memori utama, maka CPU atau cache akan menyimpan kopinya dengan diberi tag alamat yang tepat.
Ada sebab mengapa cache bekerja dengan baik :
a. Cache beroperasi secara paralel dengan CPU Word tambahan yang dimuatkan setelah terjadi cache miss tidak akan mengganggu kinerja CPU.
b. Prinsip Lokalitas Referensi CPU akan meminta data baru Setiap cache mempunyai dua sub system yaitu :
1. Tag Subsystem Menyimpan alamat dan menentukan apakah ada kesesesuaian data yang diminta.
2. Memory subsistem Menyimpan dan mengantarkan data.
Memori Cache menggunakan teknik pemetaan yang berbeda untuk memetakan alamat memori ke dalam alamat lokalnya, yaitu :
1. Cache Asosiatif Disebut juga Fully Associative Cache. Menyimpan tagnya di dalam memori asosiatif atau memori yang ekuivalen secara fungsional Cache dapat menempatkan sembarang jalur refill selama akses memori Membandingkan alamat yang ada dengan semua alamat yang disimpan Direct Mapped Cache (Cache yang dipetakan langsung) Membagi memory utama menjadi K kolom dengan N refill line per kolomnya. Set Cache Asosiatif Mengkombinasikan organisasi asosiatif dan direct (langsung). Mengorganisir memori utama dan memorinya sendiri menjadi kolom jalur refil
2. Sector Mapped Cache (Cache yang dipetakan sector) Merupakan modifikasi dari cache asosiatif Jalur refill memori utama dan cache dikelompokan menjadi sector yang disebut row(baris)
Beberapa level cache memory
Terdapat beberapa level cache memory: Level 1, Level 2, dan Level 3. Akses ke Cache Level 1 (Cache L1) jauh lebih cepat dibandingkan akses langsung ke RAM. Cache L1 biasanya diletakkan pada chip yang sama dengan prosesor ( on-die), sehingga mudah dipahami jika akses ke cache jauh lebih cepat.
Namun kapasitas Cache L1 ini terbatas. Pada prosesor Pentium 4 misalnya kapasitasnya hanya mencapai 128 KB. Pemecahannya adalah menambahkan cache baru, yang dinamakan cache level 2.
Pada rancangan prosesor terdahulu cache memori ini tidak diletakkan pada chip prosesor, sehingga akses ke cache L2 lebih lambat daripada cache L1. Akan tetapi, waktu aksesnya lebih cepat. Prosesor terbaru biasanya sudah mencaplok cache L2 ke dalam chip prosesor sehingga mempercepat akses ke cache memory ini. Cache L2 bisa berkapasitas sampai 2 MB. Biasanya, semakin besar memori cache semakin baik pula kinerja prosesor tersebut. Ini sebabnya mengapa kinerja Intel Celeron lebih rendah dibandingkan lini Pentium walaupun memiliki prosesor dengan cache L2 yang lebih kecil dibandingkan prosesor Intel Pentium dengan frekuensi yang sama.
Tetapi ini tergantung juga pada aplikasi apa yang dijalankan oleh komputer. Anehnya, aplikasi mulitmedia dan game yang dianggap menuntut kinerja lebih tinggi tidak terlalu terpengaruh dengan kurangnya cache L2 pada Celeron. Ini disebabkan karakter aplikasi tersebut yang tidak terlalu memerlukan cache. Jenis aplikasi yang menjadi korban dengan kurangnya cache L2 pada lini Celeron adalah aplikasi kantor. Pentingnya cache memory ini bisa dilihat dari apa yang dilakukan Intel pada model prosesor Pentium 4 Extreme Edition. Intel tidak cukup puas dengan dua jenis cache memory. Model tercepat Pentium 4 ini menambahkan cache ketiga (cache L3) untuk menggenjot kinerja prosesor
Perbedaan cache memory dan main memory (RAM) adalah
Cache memory lebih mahal dari memori utama. Perbedaan antara RAM disk dan disk cache adalah dalam masalah siapayang mengendalikan disk tersebut. RAM disk dikendalikan oleh peng guna sepenuhnya, sedangkan disk cache dikendalikan oleh sistem operasi.
Random Access Memory (RAM), merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para pemakai untuk menyimpan program dan data. Kas Memori / Memory Cache (cache dibaca seperti cash: ‘kesh’) adalah mekanisme penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data / instruksi yang sering diakses.
Cache memory Memori berkapasitas terbatas, Main Memory berukuran bermega-mega byte atau bergiga-giga byte. Ukuran cache memori adalah kecil, semakin besar kapasitasnya maka akan memperlambat proses operasi cache memori itu sendiri.
Cache memory harus lebih cepat dari main memory Kerja cache adalah antisipasi terhadap permintaan data memori yang akan digunakan CPU.
7. Kartu Suara (Soundcard)
Perangkat ini berguna untuk mengeluarkan suara. Kalau kita sedang mendengar musik ataupun bermain game, perangkat ini sangat bermanfaat. Suaranya bisa stereo, surround (berputar) bahkan suara 3 dimensi, sehingga kita seolah-olah berada ditempat kejadian. Tetapi perangkat ini kurang lengkap jika tidak ada speaker. Karena itu kita perlu menghubungkan speaker dengan soundcard yang telah terpasang dengan sebuah kabel yang disambung langsung ke soundcard Game.
8. Motherboard
Motherboard atau disebut juga dengan Papan Induk berfungsi untuk tempat semua alat utama CPU yang telah disebutkan di atas. Bentuk motherboard seperti sebuah papan sirkuit elektronik. Motherboard merupakan tempat berlalu lalangnya data. Motherboard menghubungkan semua peralatan komputer dan membuatnya bekerja sama sehingga komputer berjalan dengan lancar.
C. Mikroprosesor
Prosesor memiliki desain koneksi pada motherboard yang berbeda beda koneksi tersebut antara lain berupa socket atau slot,dan berikut ini adalah jenis jenis socket prosesor yang telah diproduksi:
a.socket 1
socket 1 adalah slot yang sudah kuno,memiliki 169 pin dan beroperasi pada 5 volt , ditemukan pada motherboard 486 yang mendukung prosesor 486SX hingga 486DX2, pada slot ini juga bisa dipasang prosesor overdrive 486DX4.
b.socket 2
socket 2 adalah mengalami sedikit perbaikan dari socket 1.Memiliki 238 pin dasn tetap memerlukan tegangan 5 volt.Meski tetap merupakan socket prosesor 486,pada slot ini bisa dipasang prosesor pentium overdrive.
c.socket 3
socket 3 di desain oleh intel,memiliki 237 pin dan beroperasi pada tegangan 5 volt, tetapi telah ditambahkan kemampuan untuk mendukung tegangan 3,3 volt,dapat diganti dengan mengubah jumper setting pada motherboard . Slot ini mendukung semua prosesor socket 2 dan prosesor 5x86,socket 3 adalah slot terahir untuk prosesor 486.
d.socket 4
berganti ke pentium,intel mendesain slot baru dengan tipe socket 4. Socket 4 memiliki 273 pin dan beroperasi pada tegangan 5volt . Socket 4 hanya mendukung prosesor pentium 60-66Mhz dasn pentium overdrive.
e.socket 5
socket 5 memiliki 320 pin dan beroperasi pada tegangan 3,3 volt . Socket 5 mendukung prosesor pentium 75 hingga 133 Mhz. Prosesor yang lebih baru dan cepat tidak cocok karena prosesor tersebut memerlukan pin tambahan.
f.socke6
menurut tipenya socket 6 seharusnya dibuat untuk mendukung prosesor pentium yang lebih canggih, tetapi ternyata socket 6 adalah pengembangan dari socket 3 yang didesain untuk prosesor 486. Socket 6 memiliki 235 pin dan beroperasi pada tegangan 3,3 volt. Socket ini tidak terkenal karena pasar telah berganti ke era pentium.
g.socket 7
socket 7 adalah slot yang paling terkenal dasn paling luas penggunaannya , memiliki 321 pin dan beroperasi pada daerah tegangan 2,5-3,3 volt , socket ini juga mendukung dualvoltage . Socket 7 meundukung semua jenis prosesor pentium 75 hingga 200Mhz, pentium MMX , AMD K5 , AMD K6 dan K6-2 , cyrix / IBM 6x86 dan 6x86MX , dan pentium MMX overdrive . Socket 7 adalah standar industri dan masih digunakan oleh prosesor generasi keenam produksi AMD (K6) dan cyrix (M2) . Intel telah meninggalkan desain ini untuk prosesor generasi keenamnya yaitu intel pentium II .
h.socket 8
socket 8 adalah slot berteknologi tinggi yang digunakan khusus untuk prosesor pentium pro. Socket 8 memeliki 387 pin dan beroperasi pada 3,1/3,3 volt. Socket ini hanya mendukung prosesor pentium pro , terutama didesain untuk mendukung struktur ganda prosesor yang menyatukan fungsi cache L2 kedalam prosesor. Sejak intel memutuskan untuk berpindah ke teknologi slot 1 , perkembangan socket 8 berhenti .
i.slot 1
banyak kemampuan ditambahkan pada desain slot 1.Slot 1 mengubah desain prosesor dari berupa kotak tipis dengan pin-pin pada bagian bawah menjadi prosesor yang ditempatkan pada daughtercard dan dikemas dalam sebuah modul.
j.slot 2
slot 2 adalah penerus teknologi slot 1 yang dikembangkan oleh intel . Ukurannya akan menjadi 2x lipat slot 1 dengan jumlah memori cache yang lebih besar. Prosesor yang memerlukan slot ini adalah pentium II Xeon.
D. Control Unit
Control Unit / Unit kendali : adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) 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, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word 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).
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.
Macam-macam CU
1. 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.
2. 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 boolean 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.
E. ALU (Arithmatic Logic Unit)
ALU singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (bahasa Indonesia: unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesor 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 (>)
f. lebih besar atau sama dengan dari (>=) (sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)
Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.
Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/ perhitungan aritmatika dan logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori.
Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner two’s complement. ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU output register, sebelum disimpan dalam memori.
Pada saat sekarang ini sebuah chip/IC dapat mempunyai beberapa ALU sekaligus yang memungkinkan untuk melakukan kalkulasi secara paralel. Salah satu chip ALU yang sederhana (terdiri dari 1 buah ALU) adalah IC 74LS382/HC382ALU (TTL). IC ini terdiri dari 20 kaki dan beroperasi dengan 4×2 pin data input (pinA dan pinB) dengan 4 pin keluaran (pinF).
Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri dari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangan dinamakan dengan Adder. Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder juga disebut rangkaian kombinasional aritmatika.
Ada 3 jenis adder:
1. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.
2. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.
3. Rangkain Adder dengan menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder
1. HALF ADDER
Rangkaian Half Adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner yang terdiri dari satu bit, oleh karena itu dinamai Penjumlah Tak Lengkap.
a. jika A = 0 dan B = 0 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0.
b. jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 1.
c. jika A = 1 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0
jika A = 1 dan B =1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0. dengan nilai pindahan cy(Carry Out) = 1
Dengan demikian,half adder memiliki 2 masukan (A dan B) dan dua keluaran (S dan Cy).
2. FULL ADDER
Sebuah Full Adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling dijumlahkan. Full Adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang terendah. Full Adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan nilai Carry-Out dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out).
3. PARALEL ADDER
Rangkaian Parallel Adder adalah rangkaian penjumlah dari dua bilangan yang telah dikonversikan ke dalam bentuk biner. Anggap ada dua buah register A dan B, masing-masing register terdiri dari 4 bit biner : A3A2A1A0 dan B3B2B1B0.
Rangkaian Parallel Adder terdiri dari Sebuah Half Adder (HA) pada Least Significant Bit (LSB) dari masing-masing input dan beberapa Full Adder pada bit-bit berikutnya. Prinsip kerja dari Parallel Adder adalah sebagai berikut : penjumlahan dilakukan mulai dari LSB-nya. Jika hasil penjumlahan adalah bilangan desimal “2” atau lebih, maka bit kelebihannya disimpan pada Cout, sedangkan bit di bawahnya akan dikeluarkan pada Σ. Begitu seterusnya menuju ke Most Significant Bit (MSB)nya.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaitu operasi logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika.
Arithmatic Logical Unit (ALU):
1. Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.
2. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya
3. ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri.
Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub(pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.
Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.
ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah “add” untuk menambahkan bilangan, atau “devide” atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua buah bilangan.
Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenis prosesor,kecuali untuk prosesor yang compatible dengannya.
Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia, instruction set ini juga memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan lainnya. Bandingkanlah beda struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa lainnya, begitu juga dengan instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana lingkungan instruction set itu digunakan.
F. Register
Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.
Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.
Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi Intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.
Jenis register
Register terbagi menjadi beberapa kelas:
1. Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer).
2. Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.
3. Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus.
4. Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point).
5. 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.
6. Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD.
7. Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register.
8. 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.
Ukuran register
Tabel berikit berisi ukuran register dan padanan prosesornya
Register Prosesor
4-bit Intel 4004
8-bit Intel 8080
16-bit Intel 8086, Intel 8088, Intel 80286
32-bit Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium Pro, Intel Pentium, Intel Pentium 2, Intel Pentium 3, Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Xeon, AMD K5, AMD K6, AMD Athlon, AMD Athlon MP, AMD Athlon XP, AMD Athlon 4, AMD Duron, AMD Sempron
64-bit Intel Itanium, Intel Itanium 2, Intel Xeon, Intel Core, Intel Core 2, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX, AMD Turion 64, AMD Turion X2, AMD Sempron
G. Main Memory
Main memory merupakan simpanan yang kapasitasnya lebih besar dibandingkan register. Main memory dibagi menjadi 2 (dua) macam : RAM dan ROM. Selain itu terdapat pula memori yang disebut dengan cache memory.
1. Read Only Memory (ROM)
ROM mempunyai tugas untuk menyimpan program yang sifatnya tetap atau permanen, tidak tergantung pada keberadaan arus listrik (Nonvolatile), dan program yang tersimpan dalam ROM mempunyai sifat hanya dapat dibaca oleh para pengguna komputer. Contoh data-data Rom yang sering muncul adalah saat komputer dihidupkan maka akan terbaca semua konfigurasi perangkat yang terintergasi dalam komputer tersebut.
Isi data pada Rom misalnya adalah program basis input ouput sistem (BIOS), yang berfungsi untuk mengendalikan perpindahan data antara mikroprosesor ke komponen lain yang meliputi keyboard, monitor, printer, dan lainnya.
ROM terdiri atas berbagai macam seperti:
a. ROM (read only memory) itu sendiri yang isi datanya dimasukan dalam proses produksinya.
b. PROM (Progremmeble ROM) mirip dengan Rom kecuali bahwa dia dapat diprogram setelah proses pembuatan cip.
c. EPROM (erasable PROM) dapat dihapusdengan menyinarinnya dengan cahaya ultra violet mikrokntrolel yang epromnya bisa dihapus memiliki jendela kecil tempat proses penyinaran dilakukan
d. OTP (one time progreming) adalah eprom yang tidak dilengkapi dengan jendela penyinaran ultraviolet.
e. EEPROM (electrically EPROM) dapat dihapus secara elektris dengan perintah yang ada dalam mikrokontroler.walau mirip dengan RAM, tapi EEPROM tidak memiliki sifat nonvolatile dari ROM yang tidak hilang datanya walaupun daya hilang.
2. Random Acces Memory (RAM)
RAM berfungsi untuk menyimpan Programdan data dari pengguna komputer sehingga bisa dibaca dan ditulis. Semakin besar program yang digunakan maka semakin besar pula tempat yang harus disediakan oleh RAM, RAM bersifat volatile. Modul RAM dibedakan menjadi SIMM (Single In-line Memory Module) yaitu hanya terdiri dari satu muka setiap modulenya, dan DIMM (Dual In-line Memory Module) yaitu terdapat dua muka pada setiap modulnya.
Jenis-jenis RAM yang saat ini dikembangkan adalah
a. DRAM (Dynamic RAM) adalah jenis RAM yang digunakan untuk personal komputer atau workstation.
b. SDRAM (Synchoronous Dynamic RAM) adalah jenis yang lain dari DRAM yang tersinkronisasi dengan clock speed microprocessor agar penggunaannya lebih optimal.
c. RDRAM (Rambus Dynamic RAM) adalah jenis RAM yang memiliki kinerja yang sangat tinggi dan tidak banyak memakan tenaga listrik.
d. DRDRAM (Direct Rambus Dynamic RAM) menggunakan 16-bit, menggunakan pipelining untuk memindahkan ata dari RAM ke chace memory dari jalur yang lebih dekat ke processor atau display.
H. CACHE MEMORI
Cache memori adalah memori kecepatan tinggi, tetapi berukuran kecil, yang digunakan untuk menyimpan salinan data / instruksi yang sering diakses oleh CPU. Cache memory merupakan memori sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk meningkatkan kinerja komputer, yaitu meningkatkan efisiensi kerja CPU dan mengurangi waktu yang terbuang.
Dalam istilahnya yang paling sederhana, cache memory adalah memory buffer berkecepatan tinggi yang secara temporer menyimpan data yang diperlukan oleh procesor, membuat prosesor dapat memanggil kembali data tersebut dengan lebih cepat ketimbang jika data itu datang dari memoy utama, namun ada satu fitur tambahan pada sebuah cache, melebihi buffer sederhana, cache adalah buffer dilengkapi dengan otak.
Buffer menyimpan data acak (random data), biasanya pada basis yang pertama kali masuk adalah yang pertama kali keluar (first in first out), atau yang pertama kali masuk adalah yang terakhir keluar (first in last out). Cache, di lain pihak, menyimpan data yang kemungkinan besar diperlukan oleh prosesor sebelum data itu diperlukan secara aktual. Hal ini membuat prosesor dapat melanjutkan bekerja pada kecepatan penuh atau mendekati kecepatan penuhnya tampa harus menunggu data diambil dari memory utama yang lebih lambat. Cache memory biasanya dibuat dari chip static RAM (SRAM) yang diinstall pada motherboar atau built in pada prosesor.
Cache memory adalah tipe RAM tercepat yang ada, dan digunakan oleh CPU, hard drive, dan beberapa komponen lainnya. Seperti halnya RAM, lebih banyak cache memory adalah lebih baik, akan tetapi biasanya cache pada CPU dan hard drive tidak dapat diupgrade menjadi lebih banyak. Contoh yang dapat dilihat misalnya adalah pada CPU Pentium II terdapat 512 KiloByte cache, dan pada hard drive IBM 9LZX SCSI terdapat 4 MegaBytes cache. Seperti halnya RAM, pada umumnya data akan dilewatkan dulu pada cache memory sebelum menuju komponen yang akan menggunakannya (misalnya CPU). Selain itu cache memory menyimpan pula sementara data untuk akses cepat. Kecepatan cache memory juga menjadi unsur yang penting. Sebagai contoh, CPU Pentium II memilki cache sebesar 12 k, dan CPU Celeron memiliki cache sebesar 128 k, akan tetapi cache pada Pentium II berjalan pada 1/2 kali kecepatan CPU, sementara cache pada Celeron berjalan dengan kecepatan sama dengan kecepatan CPU. Hal ini merupakan tradeoff yang membuat kecepatan Celeron dalam hal-hal tertentu kadang-kadang malah bisa mengalahkan Pentium II.
Fungsi dan kegunaan cache memory Cache memory berfungsi menjembatani perbedaan kecepatan antara CPU dan Memori Utama. Dalam implementasinya jenis memori yang digunakan untuk cache adalah statik RAM (SRAM).
Cache memory terdiri atas:
1. Internal, digunakan untuk komputasi berkecepatan tinggi.
2. External, digunakan sebagai buffer untuk menyimpan program dan data.
Program cenderung menjalankan instruksi yang berurutan, menyebabkan instruksi tersebut berada didekat lokasi memori. Program biasanya mempunyai simpul untuk tempat menjalankan kelompok instruksi secara berulang-ulang. Compiler menyimpan array dalam blok lokasi memori yang bersebelahan. Compiler biasanya menempatkan item data yang tidak berhubungan didalam segmen data.
Jenis cache memory
Pada saat ini, cache memory ada 3 jenis, yaitu L1 cache, L2 cache, dan L3 cache.
Chace memory terbagi menjadi dua yaitu :
1. Cache Memory yang terdapat pada internal Processor , chace memory jenis ini kecepatan aksesnya sangat tinggi, dan harganya sangat mahal. Hal ini bisa terlihat pada Processor yang berharga mahal seperti P4,P3,AMD-Athlon dll, semakin tinggi kapasitas L1,L2 Chace memori maka semakin mahal dan semakin ceppat Processor.
2. Chace Memory yang terdapat diluar Processor, yaitu berada pada MotherBoard, memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat tinggi, meskipun tidak secepat chache memori jenis pertama ( yang ada pada internal Processor). Semakin besar kapasitasnya maka semakin mahal dan cepat. Hal ini bisa kita lihat pada Motherboard dengan beraneka ragam kapasitas chace memory yaitu 256kb, 512kb, 1Mb, 2Mb dll.
Chace sebagai perantara antara CPU dengan memori. Ada 2 jenis chace, yaitu:
1. Software chace (caching disk controller); akan mempercepat akses data pada disk dengan menyimpan data yang baru saja digunakan dalam memori.
2. Hardware chace (on−the−board chace); akan mempercepat akses memori itu sendiri dapat menyimpan data yang baru saja digunakan dalam memori.
Cache terdiri dari sejumlah cache entries (entry cache) dan setiap entri cache terdiri dari 2 yaitu :
1. Memori Cache merupakan SRAM berkecepatan tinggi data yang disimpan merupakan kopi dari data memori utama yang terpilih pada saat itu atau data yang baru disimpan yang belum berada didalam memori.
2. Address Tag (Tag Alamat) Menunjukan alamat fisik data yang ada dalam memori utama dan beberapa informasi valid
Letak cache memory L1 cache terintegrasi dengan chip prosesor, artinya letak L1 cache sudah menyatu dengan chip prosesor (berada di dalam keping prosesor). Sedangkan letak L2 cache, ada yang menyatu dengan chip prosesor, ada pula yang terletak di luar chip prosesor, yaitu di motherboard dekat dengan posisi dudukan prosesor. Pada era prosesor intel 80486 atau sebelumnya, letak L2 cache kebanyakan berada di luar chip prosesor. Chip cache terpisah dari prosesor, berdiri mandiri dekat chip prosesor. Sejak era prosesor Intel Pentium, letak L2 cache ini sudah terintegrasi dengan chip prosesor (menyatu dengan keping prosesor). Posisi L2 cache selalu terletak antara L1 cache dengan memori utama (RAM). Sedangkan L3 cache belum diimplementasikan secara umum pada semua jenis prosesor. Hanya prosesor-prosesor tertentu yang memiliki L3 cache.
Cache memory yang letaknya terpisah dengan prosesor disebut cache memory non integrated atau diskrit (diskrit artinya putus atau terpisah). Cache memory yang letaknya menyatu dengan prosesor disebut cache memory integrated, on-chip, atau on-die (integrated artinya bersatu/menyatu/ tergabung, on-chip artinya ada pada chip).
L1 cache (Level 1 cache) disebut pula dengan istilah primary cache, first cache, atau level one cache. L2 cache disebut dengan istilah secondary cache, second level cache, atau level two cache.
Kecepatan cache memory Transfer data dari L1 cache ke prosesor terjadi paling cepat dibandingkan L2 cache maupun L3 cache (bila ada). Kecepatannya mendekati kecepatan register. L1 cache ini dikunci pada kecepatan yang sama pada prosesor. Secara fisik L1 cache tidak bisa dilihat dengan mata telanjang. L1 cache adalah lokasi pertama yang diakses oleh prosesor ketika mencari pasokan data. Kapasitas simpan datanya paling kecil, antara puluhan hingga ribuan byte tergantung jenis prosesor. Pada beberapa jenis prosesor pentium kapasitasnya 16 KB yang terbagi menjadi dua bagian, yaitu 8 KB untuk menyimpan instruksi, dan 8 KB untuk menyimpan data.
Transfer data tercepat kedua setelah L1 cache adalah L2 cache. Prosesor dapat mengambil data dari cache L2 yang terintegrasi (on-chip) lebih cepat dari pada cache L2 yang tidak terintegrasi. Kapasitas simpan datanya lebih besar dibandingkan L1 cache, antara ratusan ribu byte hingga jutaan byte, ada yang 128 KB, 256 KB, 512 KB, 1 MB, 2 MB, bahkan 8 MB, tergantung jenis prosesornya. Kapasitas simpan data untuk L3 cache lebih besar lagi, bisa ratusan juta byte (ratusan mega byte).
Prioritas penyimpanan dan pengambilan data
Dalam mekanisme kerjanya, data yang akan diproses oleh prosesor, pertama kali dicari di L1 cache, bila tidak ada maka akan diambil dari L2 cache, kemudian dicari di L3 cache (bila ada). Jika tetap tidak ada, maka akan dicari di memori utama. Pengambilan data di L2 cache hanya dilakukan bila di L1 cahe tidak ada.
Lebih jelasnya proses baca tulis data yang dilakukan oleh prosesor ke memori utama dapat dijelaskan sebagai berikut: Ketika data dibaca/ditulis di memori utama (RAM) oleh prosesor, salinan data beserta address-nya (yang diambil/ditulis di memori utama) disimpan juga di cache. Sewaktu prosesor memerlukan kembali data tersebut, prosesor akan mencari ke cache, tidak perlu lagi mencari di memori utama.
Jika isi cache penuh, data yang paling lama akan dibuang dan digantikan oleh data yang baru diproses oleh prosesor. Proses ini dapat menghemat waktu dalam proses mengakses data yang sama, dibandingkan jika prosesor berulang-ulang harus mencari data ke memori utama.
Secara logika, kapasitas cache memory yang lebih besar dapat membantu memperbaiki kinerja prosesor, setidak-tidaknya mempersingkat waktu yang diperlukan dalam proses mengakses data.
Operasi Cache
a. CPU meminta isi suatu lokasi memori
b. Memeriksa apakah data terdapat di cache
c. Jika ada di cache, ambil data dari cache (cepat)
d. Jika tidak ada di cache, copy isi memori ke cache dan kirimkan data yang diminta ke CPU (lambat)
Cara kerja Cache adalah :
a. Ketika CPU mengakses memori maka system penyimpanan akan mengirim alamat fisik cache
b. Membandingkan alamat fisik tersebut dengan semua tag alamat untuk mengetahui apakah ia menyimpan kopi dari sebuah data.
c. Cache HIT adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses memori ke word yang telah ada didalam memori cache tersebut secara cepat megembalikan item data yang diminta.
d. Cache MISS adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses ke data yang tidak berada dalam cache, cache akan menjemput item tersebut dari memori, dimana hal ini mebutuhkan waktu yang lebih lama dari cache hit.
e. Jika cache tidak menyimpan data, maka akan terjadi cache miss dan cache akan menyampaikan alamat ke system memori utama untuk membaca.
f. Jika data yang dating dari memori utama, maka CPU atau cache akan menyimpan kopinya dengan diberi tag alamat yang tepat.
Ada sebab mengapa cache bekerja dengan baik :
a. Cache beroperasi secara paralel dengan CPU Word tambahan yang dimuatkan setelah terjadi cache miss tidak akan mengganggu kinerja CPU.
b. Prinsip Lokalitas Referensi CPU akan meminta data baru Setiap cache mempunyai dua sub system yaitu :
1. Tag Subsystem Menyimpan alamat dan menentukan apakah ada kesesesuaian data yang diminta.
2. Memory subsistem Menyimpan dan mengantarkan data.
Memori Cache menggunakan teknik pemetaan yang berbeda untuk memetakan alamat memori ke dalam alamat lokalnya, yaitu :
1. Cache Asosiatif Disebut juga Fully Associative Cache. Menyimpan tagnya di dalam memori asosiatif atau memori yang ekuivalen secara fungsional Cache dapat menempatkan sembarang jalur refill selama akses memori Membandingkan alamat yang ada dengan semua alamat yang disimpan Direct Mapped Cache (Cache yang dipetakan langsung) Membagi memory utama menjadi K kolom dengan N refill line per kolomnya. Set Cache Asosiatif Mengkombinasikan organisasi asosiatif dan direct (langsung). Mengorganisir memori utama dan memorinya sendiri menjadi kolom jalur refil
2. Sector Mapped Cache (Cache yang dipetakan sector) Merupakan modifikasi dari cache asosiatif Jalur refill memori utama dan cache dikelompokan menjadi sector yang disebut row(baris)
Beberapa level cache memory
Terdapat beberapa level cache memory: Level 1, Level 2, dan Level 3. Akses ke Cache Level 1 (Cache L1) jauh lebih cepat dibandingkan akses langsung ke RAM. Cache L1 biasanya diletakkan pada chip yang sama dengan prosesor ( on-die), sehingga mudah dipahami jika akses ke cache jauh lebih cepat.
Namun kapasitas Cache L1 ini terbatas. Pada prosesor Pentium 4 misalnya kapasitasnya hanya mencapai 128 KB. Pemecahannya adalah menambahkan cache baru, yang dinamakan cache level 2.
Pada rancangan prosesor terdahulu cache memori ini tidak diletakkan pada chip prosesor, sehingga akses ke cache L2 lebih lambat daripada cache L1. Akan tetapi, waktu aksesnya lebih cepat. Prosesor terbaru biasanya sudah mencaplok cache L2 ke dalam chip prosesor sehingga mempercepat akses ke cache memory ini. Cache L2 bisa berkapasitas sampai 2 MB. Biasanya, semakin besar memori cache semakin baik pula kinerja prosesor tersebut. Ini sebabnya mengapa kinerja Intel Celeron lebih rendah dibandingkan lini Pentium walaupun memiliki prosesor dengan cache L2 yang lebih kecil dibandingkan prosesor Intel Pentium dengan frekuensi yang sama.
Tetapi ini tergantung juga pada aplikasi apa yang dijalankan oleh komputer. Anehnya, aplikasi mulitmedia dan game yang dianggap menuntut kinerja lebih tinggi tidak terlalu terpengaruh dengan kurangnya cache L2 pada Celeron. Ini disebabkan karakter aplikasi tersebut yang tidak terlalu memerlukan cache. Jenis aplikasi yang menjadi korban dengan kurangnya cache L2 pada lini Celeron adalah aplikasi kantor. Pentingnya cache memory ini bisa dilihat dari apa yang dilakukan Intel pada model prosesor Pentium 4 Extreme Edition. Intel tidak cukup puas dengan dua jenis cache memory. Model tercepat Pentium 4 ini menambahkan cache ketiga (cache L3) untuk menggenjot kinerja prosesor
Perbedaan cache memory dan main memory (RAM) adalah
Cache memory lebih mahal dari memori utama. Perbedaan antara RAM disk dan disk cache adalah dalam masalah siapayang mengendalikan disk tersebut. RAM disk dikendalikan oleh peng guna sepenuhnya, sedangkan disk cache dikendalikan oleh sistem operasi.
Random Access Memory (RAM), merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para pemakai untuk menyimpan program dan data. Kas Memori / Memory Cache (cache dibaca seperti cash: ‘kesh’) adalah mekanisme penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data / instruksi yang sering diakses.
Cache memory Memori berkapasitas terbatas, Main Memory berukuran bermega-mega byte atau bergiga-giga byte. Ukuran cache memori adalah kecil, semakin besar kapasitasnya maka akan memperlambat proses operasi cache memori itu sendiri.
Cache memory harus lebih cepat dari main memory Kerja cache adalah antisipasi terhadap permintaan data memori yang akan digunakan CPU.
