1.1 PERANGKAT KERAS (HARDWARE)

Perangkat keras adalah komponen yang berada pada tingkatan paling bawah dari sistem komputer dan merupakan komponen sistem komputer yang berwujud fisik. Yang paling kasat mata adalah peranti input-output (I/O) dari komputer seperti monitor, keyboard, mouse, printer, dan scanner. Namun, komponen perangkat keras yang paling vital adalah prosesor (CPU, Central Processing Unit), memori utama, serta komponen fisik internal lainnya yang biasanya diletakkan dalam suatu kotak tertutup yang disebut dengan casing. Bagaimana komponen fisik ini diorganisasi sebagai suatu unit yang disebut komputer? Komputer yang umumnya digunakan dewasa ini memiliki arsitektur yang sesuai dengan Arsitektur Von Neuman seperti vang ditunjukkan pada Gambar 1.3.

Gambar 1.3 Arsitektur Komputer Von Neuman

Komponen perangkat keras terdiri atas prosesor, memori utama, modul I/O, saluran bus (sistem interkoneksi), serta peranti I/O.

1.1.1  PROSESOR

Prosesor adalah tempat eksekusi kode instruksi program. Prosesor terdiri atas:

1. Control Unit(CU)

2. Arithmetic Logic Unit(ALU)

3. Register

Kode instruksi program beserta data-data tersimpan dalam memori. Instruksi dan data dari memori diambil saru per satu dan disirnpan di register untuk dieksekusi. Ketika dieksekusi, instruksi di register akan menentukan apa yang akan dilakukan oleh CU maupun ALU. CU bertugas untuk mengatur eksekusi dan mengendalikan seluruh komponen komputer lainnya, seperri memori maupun modul I/O. Sementara ALU bertugas untuk mengeksekusi operasi arithmerika dan logika. Operasi aritmetika meliputi penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Sementara contoh operasi logika adalah perbandingan lebih besar, lebih kecil, kesamaan, ataupun ketidaksamaan. Secara garis besar, jenis instruksi yang dijalankan oleh prosesor antara lain:

1. Pertukaran data antara prosesor dan memori utama. Instruksi ini dilakukan ketika data harus dibaca/ditulis ke memori utama,

2. Pertukaran data antara Prosesor dan modul I/O. Instruksi ini dilakukan ketika data harus dibaca/ditulis ke peranti I/O. Umumnya data-data untuk operasi I/O akan disimpan sementara di memori utama sebelum diproses oleh prosesor.

3. Pemrosesan data oleh Prosesor.

Instruksi ini dilakukan jika diperlukan operasi-operasi aritmetika ataupun logika.

4. Operasi kendali.

Instruksi ini dilakukan jika diperlukan pengaturan alur eksekusi instruksi, seperti operasi lompat (jump) ke instruksi tertentu.

Untuk menjalankan tugasnya, prosesor membutuhkan tempat menampung instruksi, data, maupun alamat data. Memori semacam ini disebut dengan register. Jenis-jenis register yang umumnya terdapat pada suatu prosesor antara lain:

1. Register Pengguna

Yaitu register yang dapat digunakan alamat data program,yang terdiri atas:

a. Register Data

Register data digunakan untuk menyimpan data yang dibaca dari memori ataupun yang akan diproses di ALU. Yang termasuk register data antara lain register AX, BX, CX, DX

b. Register Alamat

Register alamat digunakan untuk rnenyimpan alamat memori dari data ataupun kode instruksi Program yang akan diakses oleh prosesor. Register alamat dapat dikelompokkan ke dalam register indeks (Index Register seperti register SI, DI), register segmen (Segment Register, seperti register ES, DS, SS) dan register pointer (Pointer Register, seperti BP, SP)
2. Register Status and Kontrol
Yaitu register yang digunakan unruk mengonrrol eksekusi kode instruksi program, yang terdiri atas:
a. Register Penghitung (PC, Program Counter Register)
Register ini menyimpan alamat memori (aramat relatif/logika)
dari kode instruksi yang sedang dieksekusi.
b. Register Segmen Kode Instruksi (CS, Code Segment Register)
Register ini menyimpan alamat segmen memori dari kode in-
struksi yang sedang dieksekusi.
c. Register Instruksi (IR, Instruction Register)
Register ini menyimpan kode instruksi yang sedang/akan dieksekusi. Kode instruksi ini dibaca dari memori fisik menggunakan alamat yang ditunjukkan oleh register CS dan PC.
d. Register Status (F, Flag Register)
Register ini menyimpan sejumlah starus hasir eksekusi kode
instruksi yang sedang berlangsung. Misalkan jika terjadi pembagian dengan bilangan nol maka kondisi tersebur akan dicatat di register status.
Berikutnya, marilah kita lihat bagaimana prosesor melakukan eksekusi intruksi program. secara garis besar, sikrus eksekusi dari prosesor dapat dilukiskan seperri Gambar 1.4

Gambar 1.4 Siklus Eksekusi Prosesor

Pertama, prosesor mengambil kode instruksi (siklus fetch), kemudian dieksekusi (siklus execute). Jika interupsi aktif (enabled) maka prosesor akan melakukan pengecekan interupsi (siklus interrupt), sedangkan jika interupsi tidak aktif (disabled), prosesor akan mengambil instruksi selanjutnya (siklus fetch). Jika instruksi yang dijalankan adalah HALT maka prosesor akan menghentikan siklus eksekusinya sama sekali (akhir eksekusi suatu program).
Interupsi adalah sinyal perangkat keras, terutama peranti I/O ataupun perangkat lunak untuk meminta prosesor melakukan suatu tugas tertenfu. Interupsi juga merupakan mekanisme komunikasi antara prosesor dengan perangkat keras lainnya. Interupsi dapat dikelompokkan atas:
1. Interupsi Perangkat Lunak (Software Interrupt),
yaitu interupsi yang diakibatkan oleh kode instruksi atau efek dari perangkat lunak. Interupsi ini sering juga disebut dengan system call karena umumnya digunakan untuk meminta layanan atau penanganan dari sistem operasi. Contoh kondisi yang memicu terjadinya interupsi perangkat lunak adalah: Program meminta sistem untuk mencetak hasil keluaran atau output ke printer, atau terjadi kondisi pembagian dengan bilangan nol (division by zero) ataupun hasil operasi aritmatika melebihi presisi tipe data penyimpan (arithmetic overflow).

2. Interupsi perangkat keras (Hardware Intenupt),
yaitu interupsi yang diakibatkan aksi pada perangkat keras. Ada dua kategori untuk interupsi ini, yaitu:
a. Maskable Interrupt, yaitu interupsi yang disela, misaikan: interupsi oleh timer, penekanan keyboard atat) mouse.
b. Non-Maskable Interrupr, yaitu interupsi yang tidak dapat disela, misalnya terjadi kegagalan perangkat keras seperti penyuplai tenaga (power failure) ataupun memori (memory parity error).
Cara kerja interupsi ditunjukkan Gambar 1.5. Setiap interupsi memiliki rutin interupsi (ISR, Interrupt Service Routine), yaitu kumpulan instruksi yang akan dieksekusi jika interupsi tersebut terjadi. Rutin interupsi atau ISR disimpan di memori pada saat kompurer dihidupkan. Alamar memori dari ISR ini disimpan sebagai referensi dalam suatu tabel interupsi (IST, Interrupt Services Table). Ketika interupsi terjadi (l), prosesor akan menunda program yang sedang dieksekusi, kemudian menyimpan isi register-register prosesor, disebut juga dengan konteks prosesor, ke memori.

Prosesor selanjutnya akan membaca (lookup) di IST (2) untuk mengetahui alamat ISR interupsi bersangkutan. Dalam pembacaan ini, prosesor menggunakan nomor interupsi yang dibangkitkan perangkat keras sebagai nomor indeks untuk membaca IST. Setelah mengetahui alamat ISR, prosesor mulai membaca kode instruksi ISR dan mengeksekusinya (3).

Setelah eksekusi ISR selesai, prosesor akan kembali mengeksekusi program yang tertunda, yang diawali dengan mengisi kembali regisrer-register prosesor sehingga kondisinya sama seperti sebelum terjadi interupsi.

Gambar 1.5 Cara Kerja Interupsi

Contoh fisik dari fabrikasi chip prosesor dapat dilihat pada Gambar 1.6. Umumnya prosesor yang beredar di pasaran diidentifikasikan menggunakan nama perusahaan pembuatnya (vendor), nama dagang teknologi prosesornya, serta frekuensi clock-nya. Contoh spesifikasi chip prosesor: Intel Pentium IV 1,6 GHz, atau AMD Sempron 1,8 Ghz+, Spesifikasi prosesor dapat juga menggunakan nomor seri produksi seperti M740 1,7 GHz yang dipakai sebagai prosesor laptop. Belakangan ini, vendor prosesor seperti Intel memproduksi chip prosesor yang memiliki dua inti prosesor, dan spesifikasi prosesornya ditambah akhiran Core 7 Duo.

Gambar 1.6 Contoh Chip Prosesor

1.1.2 MEMORI UTAMA

Selain prosesor, komponen perangkat keras komputer yang tak kalah penting adalah memori utama. Memori utama adalah tempat peyimpanan utama kode-kode instruksi serta data program. Kode instruksi dan data ini tidak dapat disimpan seluruhnya di register prosesor karena kapasitas register yang terbatas. ltu sebabnya hanya kode-kode instruksi dan data yang akan segera dieksekusi yang akan disalin ke register prosesor. Selain itu, memori utama digunakan sebagai tempat penampungan sementara (buffer) ketika prosesor membaca ataupun menulis data dari/ke peranti I/O. Wujud fisik dari memori urama yang digunakan pada komputer dapat dilihat pada Gambar 1.7.

Gambar 1.7 Contoh Memori Utama

Umumnya spesifikasi memori utama di pasaran menggunakan nama vendornya, kapasitas simpannya, teknoroginya serta frekuensi crock transfer datanya. Contoh spesifikasi memori utama: Corsair 1GB DDR3 1800 PC3-14100 CL7 atau Kingston 512MB CL2.5 PC2100 DDR 266MHz.

1.1.3 SISTEM BUS

Selain prosesor dan memori utama, komponen lainnya dari perangkat keras kornputer adalah sistem bus. Sistem bus merupakan saluran komunikasi antar komponen internal komputer. Sistem bus terdiri atas bus kendali, bus alamat, dan bus data.

Bus kendali berfungsi sebagai jalur komunikasi informasi kendali dari prosesor ke komponen lainnya. Informasi kendali ini akan menentukan komponen mana yang akan aktif dan modus operasi apa yang akan dijalankan, misalkan operasi baca atau tulis. Misalnya, operasi baca atau tulis ke memori ditentukan oleh bit-bit informasi yang dikirimkan lewat bus kendali. Selain itu pengendalian operasi I/O juga dilakukan oleh prosesor dengan mengirimkan bit-bit kendali ke modul I/O melalui bus kendali.

Bus lainnya yaitu bus alamat berfungsi mengirimkan informasi alamat memori maupun modul I/O yang akan diakses, baik untuk pembacaan ataupun penulisan. sementara bus data merupakan saluran yang digunakan untuk mengirimkan data ataupun kode instruksi yang dibaca/tulis ke memori ataupun modul I/O.

Dalam eksekusi suatu kode instruksi, umumnya ketiga saluran bus di atasakan aktif. Misalnya pada operasi pembacaan memori ke register, bus kendali digunakan untuk menginformasikan jenis operasinya adalah pembacaan (read), bus alamat ur1tuk menginformasikan alamat memori yang hendak diakses, sedangkan bus data digunakar-r untuk mengirimkan data dari alamat memori tersebut ke register yang telah ditentukan dalam kode instruksi.

1.1.4 MODUL l/O

Peranti-peranti I/O dapat dilihat sebagai subsistem eksternal bagi Prosesor. Pengendalian peranti-peranti I/O oleh prosesor dilakukan secara tidak langsung melalui Modul l/O. Pengisolasian prosesor dari subsistem I/O sangat penting mengingat sangat beragamnya karakteristik peranti I/O. Dengan pemisahan yang demikian, struktur internal komputer dapat dipertahankan tetap sederhana.

Ketika suatu peranti input urengirimkan data maka modul I/O akan mengirimkan interupsi kepada prosesor. Prosesor akan mengalihkan eksekusi ke rutin penanganan interupsi (ISR) untuk interupsi tersebut. Umumnya suatu interupsi dapat dikenali prosesor berdasarkan nomor interupsinya. ISR yang berkaitan dengan suatu interupsi I/O pada dasarnya merupakan intruksi kendali ke modui I/O. ISR bersangkutan mengatur komunikasi dengan peranti I/O lewat instruksi kendali ke modul I/O. Selama eksekusi ISR, bus data, bus alamat, dan bus kendali digunakan bersama untuk mengalirkan data dari/ke peranti I/O bersangkutan, lewat modul I/O.

1.1.5 PERANTI INPUT/OUTPUT (I/O)

Data-data yang hendak diproses umumnya dimasukkan dari suatu peranti input seperti keyboard, mouse, scanner ataupun dibaca dari suatu media penyimpanan seperti floppy disk,harddisk, flashdisk seperti pada Gambar 1.8

Gambar 1.8 Peranti Input dan Media Penyimpan

Data hasil pemrosesan prosesor dapat ditampilkan di peranti output seperti monitor lewat kartu grafis, atau dicetak dengan printer, atau disimpan kembali ke media penyimpanan. Contoh peranti output dapat dilihat pada gambar 1.9.

Gambar 1.9 Peranti Output (graphic card, monitor, printer)

Pengiriman data antara peranti I/O dan modul I/O dilakukan melalui suatu bus I/O. Modul I/O yang bertanggung jawab untuk meneruskan data dari/ke sistem bus internal komputer. Umumnya kecepatan bus I/O lebih lambat dibanding kecepatan sistem bus internal komputer. Contoh standar bus I/O adalah ISA (Instruction Set Architecture), PCI (Peripheral

Component Interconnect), PCI Express dan AGP (khusus untuk kartu grafis)