Yuniana Cahyaningrum, S.Kom., M.Kom., Yulifda Elin Yuspita, M.Kom., Diana, S.Kom, M.Kom., Asrul Sani, S.T., M.Kom., M.T., Ph.D., Yudo Devianto, S.Kom., M.Kom., Ragel Trisudarmo, S.Kom., M.Kom., I Kadek Arya Sugianta, S.Kom., M.Kom., Heru Budianto, S.ST., M.Kom., Noni Rahmawati, S.Kom., M.S.I., Meidar Hadi Avizenna, S.Kom., M.Eng., Novi Aryani Fitri, S.T., M.Tr.Kom., Darmawan Aditama, S.Kom., M.T., Miftahul Jannah, S.Kom., M.Kom., Yutika Amelia Effendi, S.Kom., M.Kom., Ph.D. (Cand)
Arsitektur dan Organisasi Komputer Copyright© PT Penamudamedia, 2023 Penulis: Yuniana Cahyaningrum, S.Kom., M.Kom., Yulifda Elin Yuspita, M.Kom., Diana, S.Kom, M.Kom., Asrul Sani, S.T., M.Kom., M.T., Ph.D., Yudo Devianto, S.Kom., M.Kom., Ragel Trisudarmo, S.Kom., M.Kom., I Kadek Arya Sugianta, S.Kom., M.Kom., Heru Budianto, S.ST., M.Kom., Noni Rahmawati, S.Kom., M.S.I., Meidar Hadi Avizenna, S.Kom., M.Eng., Novi Aryani Fitri, S.T., M.Tr.Kom., Darmawan Aditama, S.Kom., M.T., Miftahul Jannah, S.Kom., M.Kom., Yutika Amelia Effendi, S.Kom., M.Kom., Ph.D. (Cand) Editor: Artika Arista, S.Kom., MMSI. ISBN: 978-623-09-7104-4 Desain Sampul: Tim PT Penamuda Media Tata Letak: Enbookdesign Diterbitkan Oleh PT Penamuda Media Casa Sidoarium RT 03 Ngentak, Sidoarium Dodeam Sleman Yogyakarta HP/Whatsapp : +6285700592256 Email : [email protected] Web : www.penamuda.com Instagram : @penamudamedia Cetakan Pertama, Desember 2023 x + 198, 15x23 cm Hak cipta dilindungi oleh undang-undang Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku tanpa izin Penerbit
v PUJI syukur kami panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Esa, karena berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga buku Arsitektur dan Organisasi Komputer dapat dipublikasikan dan dapat sampai dihadapan pembaca. Buku ini diharapkan dapat hadir memberi kontribusi positif dalam ilmu pengetahuan khususnya terkait Arsitektur dan Organisasi Komputer. Sistematika buku ini mengacu pada pendekatan konsep teoritis. Buku ini terdiri atas 12 bab yang dibahas secara rinci, beberapa bab diantaranya Sejarah Perkembangan Komputer dan Fungsi dari Sistem Komputer, Komponen-komponen Sistem Komputer, Operasi Aritmatika dan Logika, Prinsip Kerja Sistem Memori dalam Komputer, Proses Kerja CPU, Cara Kerja I/O dan DMA dalam Komputer, Prinsip Kerja Struktur Interkoneksi Komputer, Konsep dan fungsi Reduced Instruction Set Computer (RISC), Konsep dan Funsi Pipeline, Operasi Unit Control, Chipset Komputer, dan Implementasi Gerbang Logika. Kami menyadari bahwa tulisan ini jauh dari kesempurnaan dan masih terdapat banyak kekurangan, sejatinya kesempurnaan itu hanya milik Allah Yang Maha Kuasa. Oleh sebab itu, kami tentu menerima masukan dan saran dari pembaca demi penyempurnaan lebih lanjut. Akhirnya kami mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada semua pihak yang telah mendukung dalam proses penyusunan dan penerbitan buku ini secara khusus kepada Penamuda media. Semoga buku ini dapat bermanfaat bagi pembaca sekalian. Artika Arista, S.Kom., MMSI. Editor
vi KATA PENGANTAR ................................................................ v DAFTAR ISI ......................................................................... vi Bab 1. Sejarah Perkembangan Komputer dan Fungsi dari Sistem Komputer ................................................................. 1 A. Pengertian Arsitektur dan Organisasi Komputer ............................2 B. Sejarah Perkembangan Komputer ..................................................3 C. Pengenalan Sistem Komputer.........................................................9 D. Fungsi Sistem Komputer................................................................11 Bab 2. Komponen-komponen Sistem Komputer ....................... 15 A. Hardware.......................................................................................16 B. Software ........................................................................................22 C. Brainware ......................................................................................23 Bab 3. Operasi Aritmatika dan Logika ..................................... 25 A. Half Adder......................................................................................28 B. Full Adder ......................................................................................29 C. Parallel Adder................................................................................30 Bab 4. Prinsip Kerja Sistem Memori dalam Komputer .............. 31 A. Mengapa Memahami Sistem Memori Penting? ...........................32 B. Sejarah Singkat Sistem Memori ....................................................34
vii C. Pengantar ke Sistem Memori........................................................35 D. Dasar-Dasar Memori .....................................................................37 E. Arsitektur Memori Komputer........................................................39 F. Kapasitas dan Bandwidth Memori Komputer...............................40 G. Perkembangan Teknologi Memori................................................43 H. Keamanan Memori Komputer.......................................................45 I. Tantangan dan Tren Masa Depan .................................................48 Bab 5. Proses Kerja CPU ....................................................... 51 Bab 6. Cara Kerja I/O dan DMA dalam Komputer ..................... 61 A. Definisi...........................................................................................62 B. Struktur Modul I/O........................................................................67 C. Interrupt-Driven I/O......................................................................70 D. Direct Memory Access...................................................................73 E. Perangkat Eksternal.......................................................................76 Bab 7. Prinsip Kerja Struktur Interkoneksi Komputer ............... 79 A. Definisi Struktur Interkoneksi Komputer ......................................80 B. Pentingnya Struktur Interkoneksi Komputer ................................81 C. Struktur Utama Interkoneksi.........................................................83 D. Arsitektur Struktur Interkoneksi ...................................................87 E. Prinsip Kerja Struktur Interkoneksi ...............................................88 Bab 8. Konsep dan fungsi Reduced Instruction Set Computer (RISC) .................................................................... 91 A. Sejarah RISC...................................................................................92 B. Konsep Reduced Instruction Set Computer..................................93
viii C. Penggunaan File Register Besar ..................................................105 D. RISC Vs CISC.................................................................................106 E. Pipelining Risc..............................................................................107 Bab 9. Konsep dan Fungsi Pipeline ....................................... 111 A. Konsep Pengertian Pipeline.........................................................112 B. Fungsi Data Pipeline ....................................................................113 C. Kelebihan dan Kekurangan Pipeline............................................113 D. Tahapan Pipeline.........................................................................114 E. Kendala yang terjadi Pada Pipeline .............................................116 F. Komponen Pipeline .....................................................................116 G. Tipe –tipe data pipeline...............................................................117 H. Jenis data pipeline.......................................................................118 I. Contoh Penggunaan Data Pipeline pada perusahaan.................119 Bab 10. Operasi Unit Control ................................................ 121 A. Definisi.........................................................................................122 B. Macam-macam unit control........................................................123 C. Cara Kerja Unit Kontrol................................................................124 D. Fungsi Unit Control......................................................................128 E. Siklus Instruksi.............................................................................131 F. Execution Cycle............................................................................131 G. Fetch Cycle ..................................................................................133 H. Micro-Operation..........................................................................134 I. Interrupt Cycle.............................................................................134 J. Indirect Cycle...............................................................................135
ix Bab 11. Chipset Komputer ................................................... 137 A. Definisi Chipset Komputer...........................................................138 B. Fungsi Chipset Komputer............................................................138 C. Dua Jenis Chipset Komputer .......................................................138 D. Cara Kerja Chipset Komputer......................................................139 Bab 12. Implementasi Gerbang Logika .................................. 141 A. Jenis-Jenis Gerbang Logika..........................................................143 B. Contoh Kasus Sederhana.............................................................150 C. Kelebihan dan Kekurangan Gerbang Logika................................151 Bab 13. Konsep Multi-processor dan Parallel Processing .......... 153 A. Jenis Jenis Multiprocessor...........................................................155 B. Konsep Parallel Processing..........................................................159 C. Tujuan Komputasi Paralel............................................................160 D. Arsitektur Memori pada Komputasi Paralel................................160 Bab 14. Konsep arsitektur komputer dengan studi kasus Intel 8085 and Intel 8086 microprocessor ................................. 163 A. Intel 8085 - Meninggalkan Jejak di Era 8-bit...............................166 B. Intel 8086 - Menuju Era 16-bit....................................................174 DAFTAR PUSTAKA ............................................................. 182 TENTANG PENULIS ............................................................ 191
x
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 1
2 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Arsitektur komputer dan Organisasi komputer merupakan dua hal yang penting dalam dunia teknologi komputer. Kedua konsep ini berkaitan sangat erat, namun memiliki perbedaan. Arsitektur Komputer merujuk pada struktur dasar dari sistem komputer yang melibatkan perangkat keras atau hardware dan perangkat lunak atau software yang bekerja sama untuk menjalankan instruksi dan memproses data. Arsitektur komputer meliputi desain Central Processing Unit (CPU), penyimpanan atau memori, sistem input-output, bus komunikasi, dan set instruksi CPU. Dalam hal ini dapat diketahui bagaimana suatu komputer bekerja, yang meliputi jenis instruksi, format instruksi, dan perangkat keras yang dipergunakan dalam menjalankannya. Beberapa contoh arsitektur komputer yang terkenal antara lain arsitektur x86 (Intel dan AMD), arsitketur ARM, dan lain sebagainya (Jarti & Hutabri, 2022). Sementara, organisasi komputer merupakan konsep yang lebih mendalam detail teknis mengenai bagaimana perangkat keras komputer diterapkan. Hal ini termasuk mengenai bagaimana CPU berkomunikasi dengan memori, bagaimana data disimpan dan diakses, serta bagaimana instruksi dieksekusi secara nyata. Organisasi komputer mencakup penyusunan, koneksi, dan aliran data antar komponen perangkat keras seperti ALU (Arithmetic Logic Unit), register, bus, dan lain-lain (Cahyaningrum et al., 2023). Dalam hal ini dapat diberikan kesimpulan secara ringkas, bahwa arsitektur komputer lebih menekankan fokus pada konsep dan prinsp dasar yang mengatur operasi komputer secara umum. Sementara, organisasi komputer
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 3 membantu mendefinisikan cara hardware (secara fisik) dimanipulasi untuk mendukung arsitektur yang telah dirancang. Kedua konsep ini sangatlah penting dalam pengembangan sistem komputer, karena arsitektur komputer didefinisikan sebagai kerangka kerja umum yang harus diikuti oleh organisasi komputer saat membangun dan merancang perangkat keras komputer yang nyata (Cahyaningrum, 2023). Pada keberjalananya sebuah komputer memiliki sejarah perkembangan. Beberapa tahap dalam evolusi teknologi komputer, yang dimulai dari awal hingga terkini. Berikut gambaran secara umum mengenai sejarah perkembangan komputer (Taufik et.al., 2022): Zaman Prakomputer (Abad ke-17 hingga ke-19) Pada aman ini merupakan zaman awal dimana ditemukan abakus pada sekitar tahun 300 SM yang dianggap sebagai salah satu alat perhitungan awal. Kemudian pada tahun 1642 ditemukan suatu alat mesin mekanis pertama yaitu Mesin Pascal oleh Blaise Pascal yang dapat dipergunakan untuk perhitungan matematika. Pada abad ke-19, Charles Babbage men-ciptakan sebuah mesin analitik, yaitu suatu mesin komputasi mekanis pertama kali yang dikenal. Mesin ini tidak pernah selesai dibangun, namun konsepnya menjadi dasar dalam pengembangan komputer modern.
4 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Zaman Komputer Awal (Awal Abad ke-20) Pada zaman komputer awal terjadi pada masa Perang Dunia II pecah, komputer elektronik pertama yaitu Colossus yang dipergunakan untuk memecahkan kode Enigma Nazi. John Presper Eckert dan John Mauchly mengembangkan komputer elektronik pertama yang dapat diprogram, Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC), pada tahun 1945. Sejumlah komputer awal, seperti mesin pemrosesan data elektromekanis dan komputer tabung vakum mulai muncul. Generasi Pertama Komputer (tahun 1940-an hingga 1950-an) Pada generasi ini mulai muncul komputer yang terdiri dari komputer berbasis tabung vakum. Pada tahun 1940-an komputer elektronik pertama ENIAC, dikembangkan. ENIAC menggunakan tabung vakum dan kabel dalam menjalankan perhitungan. Contohnya, MARK I, MARK II, IBM 702, IBM 704, IBM 709 (dibuat oleh IBM (International Business Machine)). ENIAC berukuruan sangat besar dan beratnya mencapai 30 ton. Electronic Discrete Variable Automatic (EDVAC) memori untuk menampung program dan data. Serta, Universal Automatic Computer (UNIVAC I), komputer komersil pertama. Gambar 1. Komputer Generasi Pertama
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 5 Generasi Kedua Komputer (akhir 1950-an hingga 1960-an) Pada generasi kedua komputer mulai melibatkan transistor yang lebih efisien. Transistor menggantikan tabung vakum sebagai kompinen utama dalam komputer dengan menghasilkan komputer yang lebih kecil, lebih efisien dan lebih andal. IBM meluncurkan IBM 1401, salah satu komputer transistor pertama yang sangat sukses. Selain itu, menggunakan Bahasa tingkat tinggi seperti FORTRAN, COBOL dan ALGORITMA. Kapasitas memri sudah cukup besar dengan perkembangan dari Magnetic Core Storage dan dapat menyimpan puluhan ribu karakter. Penyimpanan luar magnetic tape dan magnetic disk. Kemampuan proses real time dan time sharing (informasi dapat langsung diproses dan beberapa pemakai dapat bersamaan menggunakan komputer. Karakteristik yang dimiliki ukuran lebih kecil dari generai I, proses yang dilakukan leboh cepat, sedikit daya listrik, dan orientasi tidak hanya bisnis, tetapi dapat juga teknik. Gambar 2. Komputer Generasi Kedua
6 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Generasi Ketiga Komputer (Akhir 1960-an hingga 1970-an) Pada generasi ketiga komputer mulai menggunakan sirkuit terpadu atau Integrated Circuit (IC) untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi ukuran komputer. Dengan menggunakan IC, komputer berukuran semakin kecil, dan lebih terjagkau. Komputer mini dan mainframe mulai menjadi populer pada generasi ini. Komputer memiliki karakteristik lebih cepat dan tepat, kapasitas memori lebih besar, hemat listrik, dan mampu melakukan komunikasi data dari 1 komputer ke komputer lainnya. Contohnya, GE600, GE 235 (General Electric), UNIVAC 1108, UNIVAC 9000, Komputerkomputer buatan Burroughs. Gambar 3. Komputer Generasi Ketiga Generasi Keempat Komputer (Akhir 1970-an hingga 1980-an) Pada generasi keempat komputer melibatkan mikroprosesor dan komputer pribadi atau biasa dikenal Personal Computer (PC). Apple II dan IBM PC adalah salah satu contoh dari beberapa komputer pribadi awal yang telah sukses. Komputer dapat menggunakan Large
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 7 Scale Integration (LSI), sudah memakai semikonduktor dan mikroprosesor berbentuk seperti chip untuk memorinya, muncul komputer terbaru yang lebih efisien dan mudah dibawa kemanapun seperti laptop. Gambar 4. Komputer Generasi Keempat Generasi Kelima Komputer (Akhir 1980-an hingga 1990-an dan seterusnya sampai terkini Abad ke-21) Pada generasi ini mulai dikenal sebuah internet dan World Wide Web yang telah mengubah cara komputer berkomunikasi dan berinteraksi dengan pengguna. Personal Computer berbentuk semakin kecil dan lebih kuat, dengan munculnya laptop dan perangkat mobile. Teknologi superkonduktor menggunakan aliran elektrik tanpa ada hambatan yang dapat mempercepat distribusi informasi, menggunaan sensor, adanya Adanya Artificial Intelligence (AI) untuk mempermudah Interaksi Manusia dengan Komputer (IMK).
8 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Gambar 5. Komputer Generasi Kelima Pada generasi terkini komputer semakin terhubung melalui internet dan cloud computing. Sehingga, penggunaan internet dan cloud ini menjadi sangatlah penting. Pengembangan dalam kecerdasan buatan atau Artificial Intelligence (AI), komputasi kuantum, dan teknologi terkini lainnya menjadi tren utama dalam perkembangan komputer (Sofia et al., 2023). Seiring dengan berjalannya waktu perkembangan komputer terus berlanjut dengan sangat cepat. Teknologi komputer terus berupaya berkembang pesat dan memungkinkan aplikasi yang tercipta semakin canggih dan beraneka ragam. Dalam berbagai bidang dan keilmuan penggunaan komputer sudah mencakup pada segala aspek kehidupan dari ilmu pengetahuan, bisnis, maupun hiburan (Cahyaningrum, 2023).
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 9 Sistem komputer merupakan kombinasi dari perangkat keras atau hardware dan perangkat lunak atau software yang bekerja sama untuk menjalankan tugas komputasi. Sistem komputer biasanya dipergunakan untuk memproses data, menjalankan program, dan melakukan berbagai tugas lainnya (Harmayani et.al., 2021). Beberapa konsep dasar yang ada pada sistem komputer antara lain : 1. Perangkat Keras (Hardware) Yang termasuk dalam perangkat keras pada komputer antara lain : a. Central Processing Unit (CPU) berfungsi mengatur operasi komputer dan menjalankan fungsi pengolahan data. b. Memori berfungsi sebagai penyimpanan data, program, dan instruksi yang sedang dieksekusi oleh CPU. Terdapat dua jenis memori utama, yaitu Random Access Memory (RAM) dan Read-Only Memory (ROM). c. Perangkat Input/Output (I/O) berfungsi memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternalnya. d. Penyimpanan Massa dipergunakan untuk menyimpan data jangka Panjang, seperti hard drive, Solid State Drive (SSD), dan media penyimpanan eksternal. Perangkat Lunak (Software) a. Sistem Operasi merupakan software yang dipergunakan untuk mengendalikan dan mengelola perangkat
10 | Arsitektur dan Organisasi Komputer keras komputer. Contoh Sistem Operasi antara lain : Windows, macOS, dan Linux. b. Aplikasi merupakan program-program yang digunakan untuk menjalankan tugas-tugas tertentu, seperti mengolah kata, peramban web, atau program desain grafis. c. Firmware merupakan perangkat lunak yang terpasang padaperangkat keras khusus, seperti BIOS pada motherboard komputer. Sistem Pemrosesan Komputer bekerja dengan cara mengambil instrusi dari memori, memprosesnya dengan CPU dan menyimpan hasilnya kembali ke memori. Aliran data antara perangkat keras dan perangkat lunak tersebut sering disebut dengan siklus pemrosesan. Jaringan Komputer Sebuah komputer dapat terhubung ke jaringan komputer, baik local atau Local Area Network (LAN) maupun internet atau Wide Area Network (WAN), untuk berkomunikasi dengan komputer lain, berbagi data, dan mengakses sumber daya di lokasi jarak yang tidak berdekatan. Cloud Computing Cloud Computing atau Komputasi cloud merupakan tempat dimana pengguna dapat menyimpan data dan menjalankan aplikasi dari jarak jauh menggunakan internet.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 11 Keamanan Komputer Keamanan komputer dilakukan untuk memberikan perlindungan sistem komputer dari ancaman seperti virus, malware, dan peretasan. Hal ini mencakup keamanan penggunaan perangkat lunak, kata sandi yang kuat, dan praktik keamanan yang baik. Evolusi dan Perkembangan Perkembangan teknologi komputer yang terus berkembang dengan cepat. Perkembangan ini diikuti dengan perkembangan komputasi kuantum, kecerdasan buatan, dan teknologi terbaru lainnya. Pemahaman dasar mengenai sistem komputer sangatlah penting dalam dunia modern. Karena, hampir semua aspek kehidupan kita terkait dengan teknologi komputer (Harahap et al., 2022). Hal ini mencakup beberapa aktivitas seperti pekerjaan, Pendidikan, komunikasi, hiburan, dan lain-lain. Dalam prosesnya sebuah sistem komputer memiliki fungsi yang sangat beraneka ragam, bergantung pada fungsi atau penggunaanya. Hal ini berkaitan dengan definisi dari komputer sendiri yang merupakan alat elektronik yang dapat melakukan beberapa tugas, mulai dari menerima, memproses input data sesuai dengan instruksi yang diberikan, menyimpan perintah-perintah dan hasil pengolahannya, serta menyediakan output dalam bentuk informasi. Dalam pengolahan data dari atau ke penyimpanan data dapat mengambil berbagai bentuk dan persyaratan pengolahan yang luas. Data diproses dan diubah menjadi ke bentuk
12 | Arsitektur dan Organisasi Komputer infromasi yang lebih berguna dan lebih bermakna. Beberapa metode maupun siklus pengolahan data terdiri dari input, proses, penyimpananan, dan output. Contohnya, dalam menjalankan proses aritmatika dan logika pada data-data yang disimpan. Gambar 6. Pandangan Komputer menurut Fungsi (Wiliam Stallings, 2010) 1. Input Data Suatu sistem komputer dapat dipergunakan untuk menerima sebuah informasi ata data mentah dari sumber tertentu. Data yang diterima melalui aktivitas pada keyboard mouse, dari komputer lain atau peralatan lainnya. Proses Data Sebuah sistem komputer dapat dipergunakan dalam berbagai aktivitas pengolahan data yang diambil, disim-
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 13 pan, diolah, dan selanjutnya ditransfer. Termasuk dalam penghitungan matematika, manipulasi data berbentuk teks, gambar, audio, video, grafik, dan berbagai tugas pemrosesan data lainnya. Output Data Fungsi sistem komputer selanjutnya adalah sebagai output data, yaitu menghasilkan output.informasi setelah melalui proses pengolahan data. Informasi yang telah selesai diolah disajikan melalui tampilan yang dapat dilihat pada monitor, cetakan dalam printer, maupun audio atau suara yang keluar dari speaker. Penyimpanan Data Suatu sistem komputer juga dapat berfungsi sebagai tempat yang dapat dipergunakan dalam penyimpanan data, sehingga data ini nantinya dapat ditemukan dengan mudah dan cepat ketika akan dipergunakan kembali. Data tersebut dapat disimpan dalam sebuah memori internal komputer maupun eksternal memori. Komputer yang sedang memproses data dengan cepat dari mulai data masuk dan diproses, kemudian hasilnya segera keluar. Penyimpanan jangka pendek yang biasa disebut dengan short-term, komputer menyimpan sementara setidaknya potongan data yang sedang dikerjakan pada saat tertentu. Kemudian, penyimpanan jangka Panjang biasa disebut long-term, file data disimpan di komputer untuk pengambilan dan pembaruan selanjutnya. Dalam pengolahan data dari penyimpanan ke I/O operasi yang melibatkan pengolahan data atau perpindahan antara tempat penyimpanan dan lingkungan luar (eksternal).
14 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Sebagai contoh, pencetakan dokumen dari berkas yang terdapat di media penyimpanan ke printer. Pemindahan Data Fungsi lainnya dari suatu sistem komputer adalah untuk memindahkan data dari satu tempat ke tempat lainya didalam komputer, maupun berbagi alat output lainnya. Dalam pemindahan data dari peripheral maupun saluran komunikasi ke perangkat lainnya I/O ketika data diterima maupun dikirim ke perangkat lain terhubung langsung dengan komputer. Data yang dipindahkan dalam jarak yang lebih jauh tersebut terjadi komunikasi kea tau dari perangkat jarak jauh. Misalnya, dari pemindahan karakter dari keyboard ke monitor. Kontrol Sebuah kontrol dipergunakan untuk pengaturan pada tiga fungsi yaitu pengolahan, penyimpanan, dan pemindahan data. Hal ini dilakukan oleh individu atau user yang memberikan instruksi pada komputer. Kontrol unit merupakan bagian yang dipergunakan untuk mengelola sumber daya komputer dan mengatur kinerja bagian fungsionalnya. Fungsi-fungsi yang telah dijabarkan tersebut mencerminkan berbagai peran yang telah dimainkan oleh sistem komputer dalam kehidupan sehari-hari. Terlepas dari bidang penggunaanya, komputer menjadi suatu alat yang sangat penting dan vital dalam pemrosesan informasi, otomatisasi tugas, dan mendukung berbagai aspek kehidupan manusia (Pednekar et.al., 2020).
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 15
16 | Arsitektur dan Organisasi Komputer AGIAN atau elemen-elemen dalam sebuah komputer merupakan kumpulan dari berbagai komponen yang saling terkait, bekerja sama untuk menjalankan fungsi-fungsi dalam sistem komputer. Selain itu, komponen komputer adalah bagian fisik yang membentuk suatu sistem komputer. Setiap komponen memiliki peran dan fungsi tertentu dalam pelaksanaan operasi dan tugas. Jika salah satu komponen mengalami masalah atau tidak berfungsi dengan baik, kinerja keseluruhan komputer dapat terpengaruh negatif. Secara umum, komponen komputer dapat dibagi menjadi tiga kategori utama, yaitu Hardware, Software dan Brainware Hardware yang dikenal juga dengan Perangkat Keras merupakan elemen atau komponen fisik yang membentuk sebuah sistem komputer yang terdiri dari berbagai perangkat yang berkerja sama dalam menjalankan perangkat komputer serta bagian bagian yang dapat dilihat, disentuh dan memiliku struktur fisik yang nyata. Hardware pada komputer dapat dapat dikelompokkan kedalam beberapa bagian berikut Gambar 1. Perangkat Keras Komputer
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 17 1. Input Device Perangkat Masukan, yang juga dikenal sebagai Input Device, merupakan perangkat keras yang digunakan untuk mengirimkan instruksi atau data ke dalam komputer. Fungsi utama dari perangkat masukan adalah sebagai alat untuk mengubah data atau perintah dari bentuk fisik menjadi format yang dapat dipahami oleh komputer. Beberapa contoh perangkat masukan meliputi ; keyboar, mouse, scanner, webcam, microphone Gambar 2. Input Device a. Mouse : Berfungsi untuk mengeksekusi perintah klik kanan, klik kiri, dan bagian tengah. Mouse juga memberikan input kepada sistem untuk diproses. b. Keyboard : Sebagai alat untuk mengetik dan bertugas menampilkan angka, huruf, dan simbol pada layar monitor komputer c. Scanner : Memiliki fungsi untuk memindai bentuk atau sifat suatu benda atau dokumen dan menyimpannya sebagai file digital di dalam komputer d. Touchpad : Berfungsi sebagai pengganti mouse dan umumnya ditemukan pada komputer. Touchpad memungkinkan pengguna untuk berinteraksi
18 | Arsitektur dan Organisasi Komputer dengan sistem komputer melalui gerakan dan sentuhan pada permukaan pad 2. Processing Device Perangkat Proses atau Processing Device merupakan komponen dalam komputer yang bertugas menjalankan operasi pemrosesan data. Secara khusus, perangkat ini mengolah data yang berasal dari perangkat masukan ( input device ). Salah satu contoh utama dari perangkat proses adalah CPU (Central Processing Unit). CPU, yang sering disebut sebagai otak dari komputer, memiliki peran sentral dalam mengelola proses dalam suatu sistem komputer. Tugasnya melibatkan penerimaan dan eksekusi data serta perintah dari perangkat lunak (software). CPU terdiri dari beberapa komponen, termasuk prosesor, motherboard, RAM, VGA (Video Graphics Adapter), dan hard disk. Fungsinya mencakup pengaturan semua perangkat internal dan eksternal dalam komputer. Dengan kata lain, CPU menjadi kendali pusat yang mengoordinasikan berbagai aktivitas komputer. Gambar 3 Processing Devices
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 19 a. Motherboard : Merupakan papan sirkuit yang dilengkapi dengan chip BIOS dan berfungsi sebagai pusat penghubung untuk semua komponen dalam komputer b. Processor : Bertanggung jawab untuk memproses dan mengolah instruksi, melaksanakan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori melalui perangkat keras c. RAM (Random Access Memory) : Berperan sebagai penyimpan data sementara dan menyediakan data yang diperlukan oleh processor untuk diolah menjadi informasi d. Power Supply : Sebagai perangkat keras yang menyediakan atau menyuplai arus listrik ke seluruh komponen dalam komputer untuk memastikan operasionalnya. 3. Output Device Output Device atau Perangkat Keluaran adalah perangkat keras yang menampilkan atau menghasilkan data dari dalam komputer setelah melalui proses pemrosesan melalui Input Device Beberapa contoh perangkat keluaran Monitor, Printer, Speaker, Scanner. Gambar 4. Output Device
20 | Arsitektur dan Organisasi Komputer a. Monitor : Digunakan untuk menampilkan hasil proses yang dilakukan oleh komputer dalam bentuk visual, seperti informasi, gambar, atau teks, yang dapat dilihat oleh pengguna b. Speaker : Berfungsi sebagai perangkat keluaran untuk menghasilkan suara dari komputer, memungkinkan pengguna mendengarkan audio yang dihasilkan oleh program atau aplikasi yang sedang berjalan c. Printer : Alat yang berfungsi untuk menghasilkan cetakan, baik itu berupa tulisan maupun gambar, dari data yang ada di komputer. Printer mencetak informasi tersebut pada media seperti kertas atau bahan cetak lainya d. Sound card : Merupakan perangkat keras dalam komputer yang berfungsi untuk mengeluarkan suara dan merekam suara. Sound card memainkan peran penting dalam menghasilkan kualitas suara yang baik pada komputer, dan dapat digunakan untuk mendukung kegiatan seperti mendengarkan musik, menonton video, atau berkomunikasi dalam panggilan suara 4. Storange Device Perangkat Penyimpanan, atau Storage Device, merupakan komponen dalam sebuah perangkat komputer yang bertanggung jawab sebagai media penyimpanan untuk berbagai data. Terdapat penyimpanan internal yang melekat pada perangkat komputer dan penyimpanan eksternal yang dapat
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 21 dipindahkan. Contoh dari perangkat penyimpanan meliputi RAM, Hardisk, DVD, CD, dan Flashdisk. Gambar 5. Storange Device a. RAM (Random Access Memory): Sebagai penyimpanan data sementara yang digunakan oleh komputer selama operasi. RAM menyimpan data yang sedang aktif dan memungkinkan akses cepat oleh processor. b. Hardisk: Merupakan penyimpanan internal utama yang menyimpan data dalam jangka panjang. Hardisk dapat menyimpan berbagai jenis data, termasuk sistem operasi, aplikasi, dan file pengguna. c. DVD (Digital Versatile Disc): Sebagai media penyimpanan optik yang dapat digunakan untuk menyimpan data dalam jumlah yang lebih besar daripada CD. DVD biasanya digunakan untuk menyimpan file besar, program instalasi, atau data multimedia. d. CD (Compact Disc): Media penyimpanan optik yang lebih kecil dari DVD dan digunakan untuk menyimpan data, musik, atau program kecil. CD
22 | Arsitektur dan Organisasi Komputer dapat digunakan sebagai metode distribusi untuk berbagai jenis file. e. Flashdisk: Merupakan penyimpanan eksternal yang portable dan dapat dipindahkan. Flashdisk menggunakan teknologi flash memory untuk menyimpan data dan dapat digunakan untuk mentransfer informasi antar perangkat komputer dengan mudah. Software atau lebih dikenal juga dengan Perangkat adalah komponen yang berperan menjalankan segara intruksi atau perintah yang masuk ke perangkat keras atau Hardware, perangkat lunak disebut juga dengan suatu sekumpulan alat eletronik yang diproses oleh komputer dapat berupa program ataupun aplikasi yang terkoneksi dengan menjalankan berbagai perintah atau intruksi , software dapat dikelompokan kedalam software sistem, software aplikasi dan software tambahkan. Gambar 6. Perangkat Lunak Komputer
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 23 1. Software sistem Melibatkan program-program yang menjalankan fungsi-fungsi dasar untuk operasi komputer, seperti sistem operasi, driver perangkat keras, dan utilitas sistem. 2. Software Aplikasi Merujuk pada program-program yang dirancang untuk memberikan solusi atau fungsi tertentu kepada pengguna akhir, seperti pengolah kata, spreadsheet, perangkat lunak desain grafis, dan sebagainya. 3. Software Tambahan ( Add-on) Berkaitan dengan perangkat lunak tambahan yang dapat menambahkan fungsionalitas atau fitur baru ke perangkat lunak atau aplikasi yang sudah ada Brainware merupakan individu yang menjalankan serta mengoperasikan komputer. Keberadaan brainware sangat krusial, karena tanpa mereka, kecanggihan komputer tidak memiliki nilai yang signifikan, mengingat tidak ada manusia yang dapat mengoperasikannya. Beberapa contoh brainware meliputi programer, sistem analis, operator dan administrator. Gambar 7. Brainware
24 | Arsitektur dan Organisasi Komputer 1. Programer Programmer bertugas untuk membuat dan mempersiapkan program yang dapat mendukung sistem komputer yang akan dirancang 2. Operator Komputer Seorang operator komputer memiliki keterampilan dalam mengoperasikan sistem komputer atau menjalankan program yang ada di dalamnya 3. Teknisi Seorang teknisi adalah brainware yang memiliki keahlian dalam merawat dan memperbaiki berbagai masalah yang umumnya terjadi pada komputer 4. Trainer Seorang trainer bertanggung jawab memberikan pendidikan atau mengajar orang lain sesuai dengan bidang keahliannya 5. Projek Manager Seorang manajer proyek adalah pemimpin bisnis yang memastikan kelancaran jalannya suatu proyek.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 25
26 | Arsitektur dan Organisasi Komputer PU (Central Processing Unit) merupakan komponen perangkat keras dari sistem komputer. CPU berfungsi menerima, melaksanakan perintah serta mengolah data berdasarkan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya (Faisal 2015) . CPU terdiri dari beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU. Salah satunya yaitu ALU singkatan dari Arithmetic And Logic Unit. Semua komponen CPU yang lainnya dan seluruh komponen penyusun komputer membawa data ke ALU untuk diproses dan mengambil kembali hasil setelah diproses ALU. Gambar 1. Arsitektur Von Neumann (Arikpo, Ogban & Eteng 2007) ALU membentuk fungsi-fungsi pengolahan data pada komputer, diantaranya operasi aritmatika dan logika terhadap data (Ade Rizka 2022) (Estu Sinduningrum 2020). Adapun tugas ALU yaitu melakukan perintah yang berhubungan dengan perhitungan aritmatika serta mengambil keputusan dari suatu operasi sesuai dengan instruksi dari program yang disebut operasi logika. Karena itu, ALU berguna untuk melakukan proses data dalam bentuk angka dan logika.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 27 Cara kerja ALU yaitu menerima masukan dari register dan menghasilkan keluaran berdasarkan instruksi yang diterimanya. ALU menggunakan kode biner yang merepresentasikan instruksi yang akan dijalankan (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner (two’s complement) dan memanipulasinya menggunakan gerbang logika. Gerbang logika di ALU bertanggung jawab untuk melakukan operasi logika seperti AND, OR, dan XOR. Gerbang logika ini menerima masukan dan menghasilkan keluaran berdasarkan aturan logika yang telah ditentukan. Misalnya, gerbang AND menghasilkan output 1 hanya jika kedua inputnya 1, selain itu inputnya adalah 0. Gerbang logika di ALU sangat penting untuk menjalankan tugas seperti operasi bitwise dan perbandingan. Dengan menggabungkan dan memanipulasi masukan-masukan ini, ALU menghasilkan keluaran yang diinginkan, yang kemudian disimpan kembali dalam register untuk diproses lebih lanjut. Fungsi lain dari ALU yaitu untuk mengambil keputusan dari operasi logika. Operasi logika meliputi perbandingan atas dua buah elemen logika yang terdiri dari: sama dengan (=); tidak sama dengan (<>); kurang dari (<); kurang atau sama dengan dari (<=); lebih besar dari (>); lebih besar atau sama dengan dari (>=) (Jogiyanto Hartono 2005). Adder adalah suatu sirkuit khusus yang terdapat pada ALU untuk melaksanakan operasi aritmatika. Berdasarkan bit yang dijumlahkan, ada tiga jenis Adder yaitu sebagai berikut:
28 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Half Adder atau disebut penjumlah tak lengkap merupakan rangkaian Adder yang hanya menjumlahkan dua bit. Half Adder memiliki dua masukan, yaitu A dan B dan memiliki dua keluaran, yaitu Sum(S) dan Carry Out (Cy). 1. Jika A=0 dan B=0 djumlahkan hasilnya = 0. 2. Jika A=0 dan B=1 dijumlahkan hasilnya S = 1. 3. Jika A=1 dan B=1 dijumlahkan hasilnya = 0 dengan nilai pindahan Cy (Carry Out )= 1. Tabel 1. Tabel Kebenaran Half Adder A B S Cy 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Dari Tabel 1, terlihat bahwa nilai logika dari Sum (S) sama dengan nilai logika dari gerbang XOR, sedangkan nilai logika Cy sama dengan nilai dari gerbang logika AND sehingga dapat dibuat rangkaian half adder seperti pada gambar berikut. Gambar 2. Rangkaian Half Adder
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 29 Full Adder atau rangkaian penjumlah lengkap. merupakan rangkaian Adder yang mengolah penjumlahan tiga bit bilangan atau lebih (bit tidak terbatas). Tabel 2. Tabel Kebenaran Full Adder A B C S Cy 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 Gambar 3. Rangkaian Full Adder
30 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Rangkaian Paralel Adder tersusun dari rangkaian Half Adder pada bagian Least Significant Bit (LSB) dan pada bit-bit berikutnya terdiri dari rangkaian Full Adder. Proses penjumlahannya dilakukan mulai dari Least Significant Bit (LSB) dan kemudian sampai pada Most Significant Bit (MSB). Gambar 4 merupakan Parallel Adder yang terdiri dari empat buah Full Adder yang tersusun parallel sehingga membentuk sebuah penjumlah empat bit. Gambar 4. Parallel Adder
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 31
32 | Arsitektur dan Organisasi Komputer ISTEM memori dalam komputer adalah salah satu aspek yang paling penting dan seringkali salah satu yang paling kompleks dalam dunia teknologi komputer. Ini adalah tulang punggung setiap komputer, yang memungkinkan penyimpanan, pengambilan, dan manipulasi data yang memungkinkan kita menjalankan aplikasi, permainan, dan tugas sehari-hari lainnya. Dalam buku ini, akan dipandu melalui perjalanan yang mendalam ke dalam prinsip-prinsip dasar yang menggerakkan kerja sistem memori dalam komputer modern. Masyarakat hidup dalam era di mana komputer telah menjadi bagian integral dari kehidupan sehari-hari. Dari smartphone yang dipegang hingga mesin pencuci baju di rumah, hampir semua perangkat yang digunakan mengandalkan sistem memori untuk beroperasi. Namun, meskipun sering kali diabaikan oleh pengguna sehari-hari, sistem memori adalah komponen yang sangat penting. Ini adalah jembatan antara perangkat keras dan perangkat lunak, memungkinkan komputer untuk menyimpan, mengakses, dan memanipulasi data. Tanpa memori, komputer akan menjadi seperti otak tanpa memori. Anda mungkin bertanya-tanya mengapa penting untuk me-mahami sistem memori dalam komputer. Pertama-tama, penge-tahuan tentang sistem memori dapat membantu untuk me-mahami kinerja komputer. Saat akan mengakses aplikasi atau menjalankan permainan yang membutuhkan sumber daya komputer yang intensif, pengetahuan tentang memori dapat membantu mengoptimalkan kinerja perangkat. Selain itu, pemahaman yang kuat tentang sistem memori dapat membantu untuk memecahkan masalah jika terjadi
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 33 masalah pada komputer. Misalnya, jika komputer sering mengalami kegagalan memori atau masalah serupa, sehingga dapat menggunakan pengetahuan yang ada tentang sistem memori untuk mendiagnosis dan memperbaikinya. Bagi para profesional IT, pemahaman tentang sistem memori adalah suatu keharusan. Mereka harus bisa mengelola, me-melihara, dan memperbaiki sistem memori dalam berbagai ling-kungan, mulai dari server perusahaan hingga komputer pribadi. Dengan pengetahuan yang mendalam tentang sistem memori, mereka dapat menjadi aset berharga dalam menjaga infrastruktur teknologi informasi berjalan dengan lancar. Selain itu, pemahaman tentang sistem memori juga penting dalam pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak. Insinyur perangkat keras perlu merancang sistem memori yang efisien dan andal, sementara pengembang perangkat lunak perlu menulis kode yang dapat mengoptimalkan penggunaan memori. Dalam dunia yang semakin terkoneksi dan terkomputasi, sistem memori adalah bagian kunci dalam menyimpan dan mengakses data dengan cepat dan efisien. Materi ini akan membahas berbagai jenis memori komputer, termasuk RAM, ROM, cache, dan lainnya. Penjelasan bagaimana data disimpan dalam memori, bagaimana data diakses, dan bagaimana data dipindahkan antara berbagai jenis memori. Hal lainnya akan membahas konsepkonsep seperti latency, bandwidth, dan kecepatan transfer data, yang semuanya memainkan peran penting dalam kinerja sistem memori.
34 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Selain itu, materi ini akan membahas tren terbaru dalam pengembangan teknologi memori komputer. Teknologi terus berkembang, dan sistem memori tidak terkecuali. Kami juga akan membahas perkembangan terbaru dalam teknologi memori, termasuk komputer kuantum, memori berkecepatan tinggi, dan inovasi terkini dalam dunia sistem memori. Buku ini juga akan memandu pembaca melalui konsepkonsep yang mendasari sistem memori, mulai dari dasardasar elektronika hingga prinsip-prinsip desain perangkat keras. Kami akan menjelaskan istilah dan konsep teknis dengan bahasa yang mudah dipahami, sehingga buku ini dapat dinikmati oleh pembaca dari berbagai latar belakang. Hal lainnya adalah untuk memberikan wawasan yang mendalam tentang prinsip-prinsip kerja sistem memori dalam komputer. Kami berharap bahwa buku ini akan menjadi panduan yang berharga bagi para profesional IT, mahasiswa, dan siapa pun yang ingin menggali lebih dalam tentang dunia sistem memori dalam komputer. Sebelum membahas lebih lanjut tentang sistem memori, alangkah baiknya mengenal secara singkat sejarahnya. Perkembangan sistem memori dalam komputer adalah cerita yang panjang dan penuh tantangan. Pada awalnya, komputer menggunakan bentuk penyimpanan yang sederhana, seperti tabung hampa udara dan relai elektromagnetik. Namun, seiring waktu, teknologi ini berkembang menjadi perangkat penyimpanan yang lebih canggih dan efisien (Rizka, 2023).
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 35 Dalam tahun-tahun awal, komputer menggunakan drum magnetis dan tabung-tabung tabung hampa udara sebagai media penyimpanan. Drum magnetis adalah perangkat berbentuk silinder yang dilapisi dengan bahan magnetis, dan data disimpan dalam bentuk magnetis pada permukaan drum. Tabung hampa udara, di sisi lain, menggunakan tabung vakum untuk menyimpan data dalam bentuk bit. Meskipun metode ini cukup inovatif pada zamannya, kapasitas penyimpanannya terbatas dan kecepatannya relatif lambat . Revolution memori komputer terjadi pada tahun 1940-an dan 1950-an dengan ditemukannya tabung tabung hampa udara dan transistor. Transistor, sebagai perangkat semikonduktor kecil yang dapat menggantikan fungsi relai elektromagnetik yang besar, mengubah wajah sistem memori. Ini memungkinkan ukuran perangkat penyimpanan dikurangi drastis dan meningkatkan kecepatan transfer data. Pada tahun 1970-an, munculnya RAM (Random Access Memory) yang dapat diakses dengan cepat menjadi tonggak besar dalam perkembangan sistem memori. RAM memungkinkan komputer untuk menyimpan dan mengakses data dengan kecepatan yang jauh lebih besar dibandingkan dengan metode penyimpanan sebelumnya. Ini membuka pintu untuk komputer yang lebih cepat dan efisien (Campbell-Kelly et al., 2023). Sebelum memasuki perincian teknis, penting untuk memahami mengapa pengetahuan tentang sistem memori sangat penting. Sistem memori adalah fondasi dari setiap
36 | Arsitektur dan Organisasi Komputer tindakan yang dilakukan oleh komputer. Ketika user mengklik sebuah file, membuka halaman web, atau mengedit dokumen, setiap aksi tersebut melibatkan manipulasi data di dalam sistem memori. Oleh karena itu, pemahaman yang kuat tentang bagaimana sistem memori beroperasi akan memberikan pengguna pemahaman yang lebih baik tentang kinerja komputer mereka. Sebagai contoh, bayangkan Anda sedang menjalankan aplikasi yang membutuhkan sumber daya komputer yang besar. Tanpa pengetahuan tentang sistem memori, Anda mungkin tidak tahu bagaimana mengoptimalkan penggunaan memori untuk meningkatkan kinerja aplikasi tersebut. Dengan pemahaman yang baik, Anda dapat mengidentifikasi dan mengatasi masalah kinerja dengan lebih efektif (Eastman, 2018). Pemahaman tentang sistem memori juga menjadi kunci dalam pemecahan masalah. Saat komputer mengalami kegagalan memori atau masalah serupa, pengetahuan tentang sistem memori memungkinkan user untuk mendiagnosis dan memperbaiki masalah tersebut. Tanpa pemahaman ini, anda mungkin hanya melihat pesan kesalahan tanpa benar-benar memahami akar permasalahannya. Bagi para profesional IT, pemahaman tentang sistem memori adalah hal yang mendasar. Mereka harus mengelola dan memelihara sistem memori dalam berbagai lingkungan, dari server perusahaan hingga komputer pribadi. Dengan pengetahuan yang mendalam, mereka dapat mengoptimalkan infrastruktur IT untuk mendukung berbagai tugas dan aplikasi. Selain itu, pemahaman tentang sistem memori
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 37 adalah hal yang kritis dalam pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak. Setelah melihat dan membuka tirai sejarah dan pentingnya sistem memori dalam komputer, saatnya untuk mendalami dasar-dasar yang membentuk fondasi pemahaman kita. Bagian ini akan membahas konsep-konsep mendasar memori, termasuk jenis-jenis memori yang paling umum digunakan dan bagaimana data disimpan serta diakses oleh komputer. Memori dalam konteks komputer adalah tempat penyimpanan informasi yang dapat diakses oleh CPU. Secara umum, memori terdiri dari sel-sel penyimpanan, di mana setiap sel memiliki alamat unik yang digunakan untuk mengidentifikasi dan mengakses data. Proses penyimpanan dan pengambilan data dari memori ini membentuk inti dari operasi komputer sehari-hari. Setiap sel memori memiliki kapasitas untuk menyimpan sejumlah bit, yang dapat berupa 0 atau 1. Kumpulan bit ini membentuk unit penyimpanan yang disebut byte, dan alamat unik diberikan kepada setiap byte dalam sistem. Kapasitas memori diukur dalam byte atau satuan yang lebih besar seperti kilobyte (KB), megabyte (MB), gigabyte (GB), dan seterusnya. Sebagai contoh, 1 kilobyte setara dengan 1024 byte. Setiap byte dalam memori memiliki alamat unik, dan alamat ini digunakan oleh CPU untuk mengakses atau menyimpan data. Alamat memori sering kali diwakili dalam bentuk angka heksadesimal untuk kemudahan referensi (Faisal, 2015).
38 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Sistem komputer modern menggunakan beberapa jenis memori, masing-masing dengan tujuan dan karakteristiknya sendiri. RAM adalah bentuk memori volatil yang digunakan oleh komputer untuk menyimpan data sementara yang dibutuhkan oleh CPU saat menjalankan program atau tugas tertentu. Keuntungan RAM adalah kecepatan akses tinggi, tetapi data yang disimpan di dalamnya hilang ketika daya listrik dimatikan. ROM adalah jenis memori non-volatil yang menyimpan data yang tidak berubah, bahkan ketika daya listrik dimatikan. BIOS pada komputer umumnya disimpan dalam memori ROM. Cache adalah tingkat memori kecil dan cepat yang terletak di antara RAM dan CPU. Tujuannya adalah menyimpan data yang sering digunakan untuk meningkatkan kecepatan akses CPU terhadap data tersebut. Virtual memory adalah konsep di mana sebagian dari ruang penyimpanan di hard drive digunakan sebagai tambahan untuk RAM fisik. Ini memungkinkan komputer untuk menjalankan lebih banyak aplikasi atau tugas sekaligus. Register adalah jenis memori yang terletak di dalam CPU dan digunakan untuk menyimpan data yang akan segera diproses atau hasil dari operasi-proses CPU. Proses penyimpanan dan pengambilan data dari memori melibatkan beberapa tahap, dan pemahaman ini penting untuk memahami kinerja sistem secara keseluruhan. Ketika komputer menyimpan data, CPU mengeluarkan perintah ke memori dengan memberikan alamat di mana data tersebut akan disimpan. Data tersebut kemudian ditransfer dari penyimpanan sementara (misalnya, hard drive atau RAM) ke lokasi yang ditentukan dalam memori. Saat komputer memerlukan data, CPU mengeluarkan perintah untuk mengakses lokasi tertentu di memori berdasarkan alamat.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 39 Data tersebut kemudian dipindahkan dari memori ke penyimpanan sementara, seperti register atau cache, sebelum akhirnya diakses oleh CPU untuk proses lebih lanjut (Sebastian et al., 2020). Pemahaman tentang performa memori sangat penting dalam mengoptimalkan kinerja komputer. Latency mengacu pada waktu yang dibutuhkan oleh CPU untuk mengakses data dari memori. Semakin rendah latency, semakin cepat akses data. Latency dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk kecepatan memori dan jarak fisik antara CPU dan memori. Bandwidth mengukur sejauh mana sistem memori dapat mentransfer data dalam suatu periode waktu. Bandwidth yang tinggi memungkinkan lebih banyak data dipindahkan dalam waktu yang lebih singkat, meningkatkan kinerja keseluruhan. Kecepatan transfer data adalah ukuran seberapa cepat data dapat dipindahkan antara memori dan komponen lainnya. Kecepatan transfer data yang tinggi penting untuk mendukung aplikasi yang membutuhkan pemrosesan data besar, seperti grafis 3D dan pemrosesan video (Nuraini et al., 2023). Arsitektur memori komputer merinci cara CPU berinteraksi dengan memori untuk menyimpan dan mengambil data. Komunikasi antara CPU dan memori melibatkan penggunaan bus data dan bus alamat. Bus alamat mengirimkan alamat dari CPU ke memori, sedangkan bus data mengirimkan data antara CPU dan memori. CPU membaca instruksi dari memori untuk mengeksekusi suatu program. Proses ini melibatkan penggunaan bus alamat
40 | Arsitektur dan Organisasi Komputer untuk mengirim alamat instruksi yang diinginkan dan bus data untuk membawa instruksi tersebut ke CPU. Ketika CPU perlu menyimpan data, ia mengirimkan alamat penyimpanan dan data yang akan disimpan melalui bus alamat dan bus data ke memori. Memori kemudian menyimpan data pada alamat yang ditentukan. Cache memiliki peran khusus dalam arsitektur memori. CPU terusmenerus memeriksa cache untuk melihat apakah data yang diperlukan sudah ada di sana sebelum memutuskan untuk mengakses memori utama. Jika data sudah ada di cache (hit), CPU dapat mengaksesnya dengan lebih cepat daripada harus mengambilnya dari RAM (Rachmadi, 2020). Latency, atau keterlambatan waktu, adalah faktor kunci dalam arsitektur memori. Beberapa strategi digunakan untuk menangani latency dan meningkatkan kinerja. Pipelining adalah teknik di mana beberapa instruksi dieksekusi secara bersamaan dalam tahap-tahap yang berbeda. Ini membantu mengurangi waktu penundaan antara instruksi-instruksi tersebut. Caching melibatkan penggunaan memori cache untuk menyimpan data yang sering digunakan. Dengan memiliki data yang sering digunakan di cache, waktu akses dapat dikurangi, mengurangi latency. Prefetching adalah teknik di mana data yang diperlukan oleh CPU diambil sebelum benar-benar dibutuhkan. Ini dilakukan untuk mengurangi waktu penundaan saat CPU benar-benar memerlukan data tersebut (Malik et al., 2018). Kapasitas memori mengacu pada jumlah data yang dapat disimpan oleh suatu sistem pada suatu waktu. Dinyatakan