Arsitektur dan Organisasi Komputer | 41 dalam byte, kilobyte, megabyte, gigabyte, atau terkadang dalam satuan yang lebih besar, kapasitas memori menentukan sejauh mana suatu sistem dapat menampung informasi. Beberapa faktor memengaruhi kapasitas suatu sistem memori. Ini termasuk jumlah dan jenis memori yang terpasang dalam sistem, teknologi penyimpanan yang digunakan (seperti NAND dalam SSD atau pita dalam hard drive), dan desain arsitektur memori. Kapasitas memori harus disesuaikan dengan kebutuhan pengguna. Dalam komputer pribadi, kapasitas RAM yang cukup memastikan kinerja yang lancar untuk aplikasi sehari-hari, sementara dalam server atau pusat data, kapasitas penyimpanan yang besar diperlukan untuk menangani volume data yang besar (Fukuda and Vogel, 2019). Bandwidth memori adalah ukuran seberapa cepat sistem memori dapat mentransfer data. Dinyatakan dalam megabyte per detik (MBps) atau gigabyte per detik (GBps), bandwidth adalah indikator kinerja yang penting, terutama dalam konteks aplikasi yang membutuhkan transfer data besar dan cepat. Beberapa faktor memengaruhi bandwidth memori. Kecepatan transfer data antara berbagai tingkat memori, jenis bus data yang digunakan, dan teknologi koneksi seperti PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) dapat memengaruhi seberapa cepat data dapat dipindahkan dalam sistem. Bandwidth memainkan peran kunci dalam kinerja sistem, terutama dalam aplikasi yang membutuhkan akses cepat dan sering terhadap data. Dalam situasi di mana transfer data yang cepat diperlukan, memiliki bandwidth yang memadai dapat mencegah bottleneck dan meningkatkan responsivitas sistem.
42 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Seringkali, kapasitas dan bandwidth memori saling berkaitan. Kapasitas yang besar dapat memerlukan bandwidth yang lebih tinggi untuk memastikan data dapat dipindahkan dengan cepat. Sebaliknya, tingkat bandwidth yang tinggi dapat mendukung transfer data yang cepat, yang mungkin diperlukan dalam sistem dengan kapasitas besar. Menemukan keseimbangan antara kapasitas dan bandwidth adalah tantangan desain. Sebuah sistem yang memiliki kapasitas besar tetapi bandwidth rendah mungkin tidak dapat memanfaatkan seluruh kapasitasnya secara efektif. Sebaliknya, sistem dengan bandwidth tinggi tetapi kapasitas rendah mungkin tidak dapat menampung data yang dibutuhkan. Peningkatan kapasitas memori dapat dicapai dengan menambahkan lebih banyak modul memori (RAM) dalam sistem, mengganti penyimpanan fisik dengan kapasitas yang lebih besar, atau menggunakan teknologi penyimpanan yang lebih efisien. Peningkatan bandwidth memori dapat dicapai dengan menggunakan teknologi bus data yang lebih cepat, memilih jenis memori yang memiliki kecepatan transfer tinggi, atau menggunakan teknologi seperti interleaving untuk meningkatkan efisiensi transfer data (Fukuda and Vogel, 2019). Teknologi memori terus berkembang, dan penggunaan memori baru seperti HBM (High Bandwidth Memory) dan GDDR6 dalam kartu grafis atau RAM DDR4 dan DDR5 dalam sistem komputer membawa peningkatan kapasitas dan bandwidth. Dalam penyimpanan, penggunaan SSD (Solid State Drive) dan protokol NVMe (Non-Volatile Memory Express) telah menghadirkan kapasitas dan bandwidth yang
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 43 lebih tinggi dibandingkan dengan HDD (Hard Disk Drive) konvensional (Kabat et al., 2022). Seiring dengan kemajuan pesat dalam industri teknologi informasi, inovasi dalam bidang memori menjadi semakin penting. Teknologi memori ini akan menjelajahi teknologi masa depan seperti komputer kuantum, memori berkecepatan tinggi, dan cara inovasi ini merubah cara kita memahami dan menggunakan komputer. Komputer kuantum memanfaatkan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk melakukan komputasi. Sebagai lawan dari bit klasik yang hanya bisa berada dalam satu keadaan (0 atau 1) pada suatu waktu, qubit (quantum bit) dapat berada dalam keadaan 0, 1, atau keduanya secara bersamaan, memungkinkan komputer kuantum melakukan beberapa perhitungan secara paralel. Keunggulan utama komputer kuantum adalah kemampuannya untuk mengeksploitasi prinsip superposisi dan entanglement, yang dapat menghasilkan kecepatan dan kapasitas komputasi yang jauh melampaui komputer klasik untuk beberapa tugas tertentu. Dalam konteks memori, ini dapat mengarah pada penyimpanan dan pengolahan data yang sangat lebih cepat. Meskipun potensinya besar, komputer kuantum masih dihadapkan pada tantangan teknis, seperti kesulitan menjaga qubit agar tetap dalam keadaan yang diinginkan (coherence) dan kesulitan dalam mengurangi kesalahan (error correction). Pengembangan teknologi memori kuantum menjadi kunci untuk mengoptimalkan kinerja sistem ini (Malik et al., 2018, Faisal, 2015).
44 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Dalam upaya untuk meningkatkan kinerja komputer, penelitian terus dilakukan untuk mengembangkan memori berkecepatan tinggi. Ini termasuk inovasi dalam jenis memori yang dapat menyimpan dan mengambil data dengan sangat cepat, mengurangi latensi, dan meningkatkan responsivitas sistem. Salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan adalah teknologi memori tumpukan 3D, di mana lapisan memori disusun secara vertikal, meningkatkan kapasitas dan kecepatan transfer data. Teknologi ini memungkinkan sistem memori untuk mengatasi pembatasan fisik dalam meningkatkan kapasitas. ReRAM adalah jenis memori non-volatil yang menggunakan resistansi untuk menyimpan dan mengambil data. Keunggulan ReRAM termasuk kecepatan tinggi, kestabilan, dan daya tahan rendah, menjadikannya pilihan menarik untuk memori berkecepatan tinggi di masa depan. Konsep edge computing mengubah cara kita memandang penyimpanan data. Sebagai alternatif dari menyimpan semua data di pusat data sentral, edge computing membawa pemrosesan data lebih dekat ke sumber data itu sendiri. Ini berdampak pada cara data disimpan dan diakses, memerlukan memori yang lebih cepat dan efisien. Teknologi memori optik, yang menggunakan cahaya untuk menyimpan dan membaca data, menjadi semakin menarik dalam konteks penyimpanan data yang sangat cepat. Kemampuannya untuk menyimpan dan mengakses data secara optik dapat membuka pintu untuk solusi penyimpanan yang lebih efisien . Model tradisional di mana CPU dan memori terpisah dapat digantikan oleh paradigma "computing in memory" (CiM). Dalam CiM, prosesor dapat menjalankan operasi
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 45 langsung pada data di dalam memori tanpa perlu mentransfernya ke dan dari CPU. Ini dapat mengurangi latensi dan meningkatkan efisiensi. Penggunaan memori persisten, yang memungkinkan data tetap ada bahkan ketika daya listrik dimatikan, menjadi lebih menonjol. Ini dapat menyederhanakan manajemen data dan memungkinkan sistem untuk lebih cepat memulai setelah pemadaman daya (Jain et al., 2017). Seiring dengan kemajuan teknologi, penting untuk memahami tantangan dan solusi yang muncul dalam melindungi data yang disimpan dalam memori dari ancaman keamanan. Keamanan memori tidak hanya tentang melindungi data dari akses yang tidak sah, tetapi juga memastikan integritas dan kerahasiaannya dalam lingkungan yang terus berubah. Perangkat lunak berpotensi menjadi pintu masuk utama untuk serangan terhadap memori. Ini mencakup virus, malware, ransomware, dan perangkat lunak jahat lainnya yang dapat merusak atau mengakses data tanpa izin. Serangan fisik pada perangkat keras juga merupakan ancaman serius terhadap keamanan memori. Ini mencakup serangan seperti pemalsuan chip, perekaman suara yang dimodifikasi, atau manipulasi perangkat keras untuk mendapatkan akses illegal (Sinaga, 2020). Dengan semakin terhubungnya perangkat komputer ke jaringan, serangan jaringan menjadi isu yang signifikan. Ini mencakup serangan DoS (Denial of Service), serangan phishing, dan upaya peretasan jaringan untuk mengakses data di tingkat memori. Salah satu cara paling efektif untuk
46 | Arsitektur dan Organisasi Komputer melindungi data dalam memori adalah dengan menggunakan teknik enkripsi. Enkripsi melibatkan mengonversi data menjadi bentuk yang tidak dapat dibaca tanpa kunci enkripsi yang tepat. Dengan menerapkan enkripsi pada tingkat memori, data tetap aman bahkan jika akses ilegal terjadi. Penting untuk mengelola dan melindungi kunci enkripsi dengan cermat. Kunci enkripsi adalah elemen kritis dalam sistem keamanan, dan kehilangannya dapat mengakibatkan kerugian data yang tidak dapat dikembalikan. Meskipun enkripsi adalah alat yang efektif, perlu mempertimbangkan keseimbangan antara keamanan dan kinerja. Enkripsi dapat menambah overhead pada sistem, sehingga perlu dilakukan perencanaan yang cermat untuk memastikan bahwa tingkat keamanan yang sesuai dengan kebutuhan tidak mengorbankan performa. Menerapkan kontrol akses berbasis peran memastikan bahwa setiap pengguna atau sistem hanya memiliki akses ke data dan memori yang sesuai dengan peran atau tanggung jawab mereka. Ini membantu mencegah akses yang tidak sah dan menjaga privasi data. Menerapkan sistem auditing dan pemantauan memungkinkan deteksi cepat terhadap aktivitas yang mencurigakan. Log keamanan dapat membantu mengidentifikasi upaya akses ilegal atau serangan keamanan lainnya. Menerapkan proses identifikasi dan otentikasi yang kuat adalah langkah awal penting dalam melindungi memori komputer. Ini mencakup penggunaan kata sandi yang kuat, autentikasi dua faktor, dan metode identifikasi lainnya untuk memastikan bahwa hanya pihak yang sah yang dapat mengakses data. Dengan semakin banyak organisasi yang beralih ke layanan
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 47 cloud, keamanan data di memori terdistribusi menjadi isu yang mendesak. Perlindungan data selama transfer ke dan dari cloud, serta selama penyimpanan di cloud, adalah tantangan utama (Sun, 2020). Sistem terdistribusi sering melibatkan pertukaran data melalui jaringan yang rentan terhadap serangan. Mengamankan komunikasi antara komponen-komponen sistem dan memastikan keamanan data selama transfer menjadi fokus utama. Perencanaan keamanan yang cermat melibatkan mengidentifikasi potensi ancama, menentukan lapisan keamanan yang diperlukan, dan merancang sistem dengan mempertimbangkan langkah-langkah perlindungan yang sesuai. Menerapkan kebijakan backup dan pemulihan yang efektif adalah langkah kunci dalam menangani ancaman terhadap data di memori. Dengan memiliki salinan cadangan data yang teratur, organisasi dapat memulihkan informasi setelah kejadian keamanan. Tidak hanya teknologi, tetapi juga faktor manusia memainkan peran penting dalam keamanan memori. Pelatihan karyawan tentang prinsipprinsip keamanan dan praktik terbaik dapat membantu mencegah serangan yang disebabkan oleh kesalahan manusia. Dengan perkembangan komputer kuantum, keamanan data yang saat ini diandalkan pada kriptografi klasik dapat menjadi rentan. Quantum-safe cryptography, atau kriptografi tahan quantum, sedang dikembangkan untuk mengatasi tantangan ini. Pengembangan terus-menerus dalam teknologi keamanan, seperti deteksi ancaman cerdas dan kecerdasan buatan, akan menjadi bagian penting dari melindungi memori di masa depan. Ini mencakup analisis perilaku dan
48 | Arsitektur dan Organisasi Komputer deteksi anomali untuk mendeteksi serangan yang tidak dikenal sebelumnya (Wang et al., 2022). Perkembangan teknologi yang terus berlanjut, memori komputer harus terus beradaptasi untuk memenuhi tuntutan kinerja yang semakin tinggi dan kebutuhan aplikasi yang semakin kompleks. Dalam menghadapi masa depan, kita perlu memahami tantangan yang muncul dan tren inovatif yang dapat membentuk evolusi sistem memori. Dengan volume data yang terus meningkat, tantangan utama adalah memastikan kapasitas memori dapat mengakomodasi kebutuhan penyimpanan yang berkembang pesat. Di samping itu, memori juga harus memiliki kapabilitas untuk mengatasi aplikasi yang semakin kompleks, termasuk kecerdasan buatan, analisis big data, dan komputasi tingkat tinggi. Tantangan signifikan lainnya adalah mengurangi latensi dan meningkatkan kecepatan transfer data. Aplikasi modern memerlukan akses data yang lebih cepat, dan meningkatkan kinerja memori adalah kunci untuk mendukung sistem yang responsif dan efisien. Dengan ancaman keamanan yang semakin kompleks, perlindungan data di memori harus ditingkatkan. Tantangan melibatkan pengembangan sistem keamanan yang tangguh dan inovasi dalam teknik enkripsi yang dapat mengatasi potensi serangan yang semakin canggih. Salah satu tren paling revolusioner dalam pengembangan memori komputer adalah memori kuantum. Dengan memanfaatkan prinsipprinsip mekanika kuantum, memori kuantum memiliki potensi untuk menyediakan kapasitas dan kecepatan yang
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 49 jauh melampaui sistem konvensional. Meskipun masih dalam tahap pengembangan, memori kuantum dapat menjadi tonggak penting dalam evolusi teknologi computer (Wang et al., 2019). Tren lain yang menjanjikan adalah komputasi berbasis cahaya atau optical computing. Dalam sistem ini, cahaya digunakan sebagai media untuk mentransfer dan memproses informasi. Kecepatan cahaya yang tinggi dapat membuka pintu untuk kinerja komputasi yang lebih cepat dibandingkan dengan elektronika konvensional. Pengembangan memori persisten yang semakin canggih adalah tren yang dapat memengaruhi cara data disimpan dalam sistem. Memori nonvolatil yang mempertahankan data bahkan tanpa daya listrik memungkinkan perangkat untuk memulai lebih cepat dan menyederhanakan manajemen data. Dengan pertumbuhan pusat data dan perangkat seluler, efisiensi energi menjadi perhatian utama. Pengembangan memori dengan konsumsi energi yang lebih rendah dapat membantu mengurangi jejak karbon dan meningkatkan keberlanjutan sistem komputer. Tren menuju teknologi ramah lingkungan akan memengaruhi perkembangan memori. Bahan-bahan ramah lingkungan dan proses produksi yang lebih berkelanjutan dapat menjadi fokus dalam menciptakan solusi memori yang lebih bertanggung jawab secara lingkungan. Integrasi kecerdasan buatan dalam memori, dikenal sebagai pemrosesan dalam memori, dapat membawa tingkat efisiensi yang lebih tinggi dalam eksekusi algoritma dan tugas kecerdasan buatan. Ini melibatkan menjalankan operasi langsung pada data di dalam memori tanpa perlu mentrans-
50 | Arsitektur dan Organisasi Komputer fernya ke CPU. Dengan perkembangan pem-belajaran mesin dan kecerdasan buatan, sistem memori harus dapat mendukung aplikasi yang memerlukan pemrosesan distribusi dan penyimpanan data yang besar. Pengembangan memori yang dapat berintegrasi secara mulus dengan algoritma pembelajaran mesin akan menjadi tren penting.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 51
52 | Arsitektur dan Organisasi Komputer EBELUM kita membahas lebih lanjut proses kerja dari Central Processing Unit (CPU), sebaiknya kita mengenal dulu apa itu CPU, dan bentuknya seperti apa, agar kita dapat mengetahui seperti apa CPU. CPU adalah sebagian komponen yang ada pada komputer, tugas dari CPU membantu komputer untuk melakukan operasi aritmetika, logika, pengendalian dan input/output (I/O) dan yang ditentukan oleh perintah dalam program (Wikipedia, 2023b). CPU bertanggung jawab untuk melaksanakan instruksi yang diberikan kepadanya dalam suatu program (Waller, 2020). Gambar 1. ENIAC, komputer pertama, memiliki tinggi 8 kaki dan panjang 100 kaki serta jauh lebih lemah dibandingkan laptop masa kini (Wikipedia, 2023a). Metode di mana CPU merancang dan menjalankan instruksi program dikenal sebagai 'Arsitektur Von Neumann'. Pada tahun 1945, John von Neumann, memperkenalkan konsepnya untuk komputer 'program tersimpan' yang mana program dan data berada di memori. Sebelumnya, komputer harus direkonstruksi untuk setiap program baru yang diperlukan. Pada gambar 2 mengilustrasikan cara perakitannya. Amati komponen-komponennya, fungsinya akan dijelaskan saat kita S
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 53 mengeksplorasi bagaimana instruksi program dijalankan (Waller, 2020). Gambar 2. Arsitektur Von Neumann (Waller, 2020). Berdasarkan Arsitektur Von Neumann proses CPU dapat jelaskan. Bus adalah kumpulan kabel yang membawa sinyal atau komunikasi antara berbagai komponen sistem komputer. Control Bus menghubungkan Control Unit (CU) dengan komponen lain dari CPU dan perangkat dalam sistem komputer. Control Unit menggunakannya untuk mengirimkan instruksi ke komponen lain di komputer. Komponen juga menggunakan bus untuk mengirim informasi kembali ke CPU. Data Bus digunakan untuk transfer data antara CPU dan RAM dan Address Bus untuk CPU untuk mengakses lokasi memori di memori utama (Waller, 2020).
54 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Cara 'Arsitektur Von Neumann' mengeksekusi instruksi program adalah melalui siklus pengambilan-eksekusi. Sebelum siklus dimulai, instruksi program disalin dari perangkat penyimpanan seperti hard disk drive atau DVD ke penyimpanan utama atau Random Access Memory (RAM). Pada bagian proses pengambilan dari siklus, instruksi dan data dipindahkan dari Random Access Memory menuju ke CPU. Proses tersebut dapat terlihat pada gambar 3. Gambar 3. Siklus Pengambilan Instruksi dan Data (Waller, 2020). Pada bagian eksekusi siklus, unit kontrol menerjemahkan atau menafsirkan instruksi dan memutuskan tindakan apa yang akan dilakukan. Instruksi ini kemudian dilaksanakan. Proses tersebut dapat terlihat pada gambar 4. Gambar 4. Siklus Eksekusi Pada Unit Kontrol (Waller, 2020). Central Processing Unit (CPU) CPU mengirimkan sinyal ke RAM meminta instruksi selanjutnya atau data yang akan digunakan. Instruksi atau data dikirim ke CPU. Random Access Memory Instruksi program dan data yang akan digunakan disimpan dalam RAM Address Bus Data Bus Instruksi Central Processing Unit (CPU) Control Unit (CU) Unit kontrol menerjemahkan instruksi, memutuskan apa artinya dan melaksanakannya. Jika perhitungan perlu dilakukan maka ia menginstruksikan ALU. Arithmetic and Logic Unit (ALU) Jika perlu dilakukan perhitungan maka dilakukan oleh ALU.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 55 Arithmetic and Logic Unit (ALU), Control Unit (CU) dan Registers termasuk ke dalam komponen Central Processing Unit (CPU). Aktivitas ALU melakukan kegiatan operasi aritmetika dan logika, seperti operasi: penambahan, pengurangan, perkalian, pembagian, tes logika menggunakan gerbang logika, dan proses perbandingan. Sedang CU bertugas mengoordinasikan tindakan komputer dan mengontrol siklus pengambilan-eksekusi dengan mengirimkan sinyal kontrol ke bagian lain dari CPU seperti ALU dan register. Ia juga mengirimkan sinyal ke komponen lain dari sistem komputer seperti perangkat input dan output. Register adalah lokasi penyimpanan dalam CPU itu sendiri. Mereka dapat diakses lebih cepat daripada Random Access Memory. Fungsi register ini adalah untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang digunakan dalam siklus pengambilan-eksekusi. Beberapa register melayani fungsi tertentu, namun beberapa di antaranya adalah register tujuan umum yang digunakan untuk penyimpanan cepat item data. Kinerja CPU, semua orang ingin komputer mereka bekerja lebih cepat dan lebih cepat sehingga produsen terus meningkatkan kecepatan kerja mereka. Kecepatan pemrosesan instruksi dikendalikan oleh kecepatan clock. Semakin cepat kecepatan clock, semakin cepat pula laju pemrosesan. Kecepatan clock telah meningkat dan kecepatan 3 GHz adalah hal biasa pada prosesor komputer modern. Namun meningkatkan kecepatan clock untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan memiliki keterbatasan: 1. Mikroprosesor menghasilkan panas dalam jumlah besar dan ini meningkat seiring dengan kecepatan clock. Meskipun panas dibuang oleh kipas dan unit pendingin
56 | Arsitektur dan Organisasi Komputer untuk mencegahnya tidak berfungsi atau bahkan meleleh, namun ada batasan pada laju pendinginan. 2. Mikroprosesor dengan kecepatan clock 9 GHz memerlukan pendinginan dengan nitrogen cair. Ukuran cache, kemacetan terjadi ketika salah satu komponen tidak dapat bekerja secepat komponen lainnya sehingga menghambat kemajuan. Dalam siklus pengambilan-eksekusi hambatan ini disebabkan oleh RAM dinamis (DRAM) yang digunakan untuk menyimpan instruksi dan data. Meskipun mengambil instruksi dari DRAM jauh lebih cepat dibandingkan dari hard disk drive, RAM masih jauh lebih lambat dibandingkan CPU dan kemudian instruksi tersebut harus ditransfer melalui bus data. Kecepatan pemrosesan akan dibatasi oleh RAM yang memberikan instruksi terlepas dari berapa banyak kecepatan clock yang ditingkatkan atau berapa banyak core yang digunakan. Solusi terhadap masalah kemacetan ini adalah dengan menggunakan memori yang lebih cepat di dekat, atau bahkan didalam, CPU. Memori ini digunakan untuk menyimpan data yang baru saja digunakan dan data yang mungkin sering digunakan dan disebut cache. Kebanyakan CPU dirancang dengan instruksi dan cache data terpisah. Cache data memerlukan operasi baca dan tulis, sedangkan cache instruksi hanya dibaca oleh CPU. Cache memungkinkan CPU dengan cepat mencari data yang dibutuhkannya tanpa menunggu pengambilan DRAM yang lebih lambat, karena cache menggunakan SRAM yang lebih cepat yang terletak pada chip prosesor itu sendiri. Cache Level 1 adalah yang terkecil dan tercepat, diikuti oleh cache Level 2 dan Level 3 yang lebih besar. CPU memeriksa cache L1 terlebih dahulu, lalu L2, dan terakhir L3. Dalam prosesor multi-inti, masing-masing inti
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 57 memiliki cache L1 dan L2 masing-masing, namun Cache Tingkat Terakhir biasanya dibagikan ke semua inti. Gambar 5. Cache Dalam Prosesor Multicore (Waller, 2020). Jumlah inti, produsen memperkenalkan prosesor multi-core pada tahun 2006 untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan. Prosesor multi-core memiliki lebih dari satu CPU. Gambar 6 berikut menggambarkan struktur prosesor dual-core. Gambar 6. Struktur Prosesor Dual-core (Waller, 2020). 1. Prosesor multicore memiliki dua atau lebih prosesor di sirkuit terintegrasi yang sama (Cisco, 2023).
58 | Arsitektur dan Organisasi Komputer 2. Mengintegrasikan prosesor pada chip yang sama menciptakan koneksi yang sangat cepat di antara keduanya (Cisco, 2023). a. Prosesor multicore menjalankan instruksi lebih cepat daripada prosesor single-core. Instruksi dapat didistribusikan ke semua prosesor secara bersamaan. b. RAM dibagi di antara prosesor karena core berada pada chip yang sama. c. Prosesor multicore menghemat daya dan menghasilkan lebih sedikit panas dibandingkan dengan beberapa prosesor inti tunggal, sehingga meningkatkan kinerja dan efisiensi. 3. Fitur lain yang ditemukan di beberapa CPU adalah unit pengolah grafis atau GPU (graphics processing unit) terintegrasi (Cisco, 2023). 4. GPU adalah chip yang melakukan kalkulasi matematis cepat yang diperlukan untuk melakukan render grafik (Cisco, 2023). 5. GPU dapat diintegrasikan atau didedikasikan (Cisco, 2023). a. GPU terintegrasi sering kali langsung tertanam pada CPU dan bergantung pada RAM sistem, sedangkan GPU khusus adalah chip terpisah dengan memori video sendiri yang didedikasikan khusus untuk pemrosesan grafis. b. Manfaat GPU terintegrasi adalah biaya dan pembuangan panas yang lebih sedikit.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 59 c. GPU terintegrasi bagus untuk tugas yang tidak terlalu rumit seperti menonton video dan memproses dokumen grafis, tetapi tidak cocok untuk aplikasi game yang intens atau image-nya kompleks.
60 | Arsitektur dan Organisasi Komputer
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 61
62 | Arsitektur dan Organisasi Komputer ODUL Input / Output yaitu piranti antarmuka (Interface) dalam sistem BUS atau pada switch central untuk dapat mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral yang terdapat pada sebuah sistem teknologi komputer. Modul I/O bukan sekedar berfungsi sebagai penghubung atau jembatan pertama komunikasi antara pengguna (user) dengan komputer, tetapi sebuah piranti (interface) yang berisi logika-logika dalam menyelesaikan komunikasi untuk dapat menyelesaikan sebuah instruksi antara peripheral dan BUS komputer. Terdapat beberapa faktor kenapa perangkat I/O tidak terhubung langsung dengan BUS sistem komputer, diantaranya terdapatnya berbagai bentuk operasi perangkat peripheral, sehingga tidak praktis jika sistem komputer harus menyelesaikan berbagai macam sistem operasi perangkat peripheral tersebut, faktor selanjutnya adalah terdapat pada kecepatan transfer data perangkat peripheral pada umumnya lebih lambat dibandingkan dengan laju transfer data pada CPU maupun pada memori dan faktor terakhir yaitu format data serta panjang data pada sebuah komponen peripheral sering berbeda dengan CPU, sehingga diperlukan adanya interaksi modul untuk dapat menyelaraskan. Input / Output (I/O) merupakan bagian dari sebuah sistem mikroprosesor yang berfungsi untuk dapat berinteraksi dengan berbagai peripheral perangkat luar. Unit input merupakan unit luar yang berfungsi sebagai unit yang dapat memberikan sebuah instruksi atau memasukan sebuah data dari perangkat eksternal ke dalam mikroprosesor, sebagai Contoh dari unit input adalah sebuah data yang bersumber dari perangkat input berupa keyboard atau
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 63 mouse. Sedangkan unit output adalah sebuah unit yang berfungsi untuk dapat menampilkan sebuah data yang dikirimkan dari mikroprosesor, sebagai Contoh dari unit output adalah sebuah hasil pengolahan data yang dapat diterjemahkan oleh pengguna baik berupa gambar, suara, visual atau hasil cetak yaitu berupa monitor, printer atau sound audio. 1. Sistem I/O Pada sistem I/O (input / Output) dapat kita ketahui secara umum bahwa bagaimana sebuah modul I/O dapat menyelesaikan atau mengeksekusi tugasnya baik berupa intruksi atau data yang bersumber dari unit input. Dimana modul I/O dapat berfungsi untuk dapat menjembatani sebuah piranti CPU dan piranti memori dengan perangkat eksternal yang dikelola oleh user. Sistem I/O dalam suatu komputer dapat mengetahui sebuah fungsi dan struktur modul I/O itu sendiri. Alur sitem I/O berupa sistem BUS yang teridri dari Address line, Data line dan control line yang selanjutnya dimana sebuah data berasal dari modul I/O yang bersumber dari perangkat peripheral lainya. Dapat kita perhatikan pada gambar model generic pada modul I/O berikut ini. Gambar 1. Model Generik Modul I/O
64 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Fungsi Modul I/O Modul I/O merupakan suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggungjawab dalam pertukaran data antara perangkat luar dengan memori dan dengan register-register pada CPU. Antar muka internal komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka perangkat eksternal yang merupakan bagianbagian dari elemen komputer saling berkomunikasi untuk dapat menjalankan fungsi-fungsi pada sistem pengontrolan. Adapun fungsi untuk dapat menyelesaikan tugas pada modul I/O dikelompokan menjadi beberapa kategori : a. Kontrol dan penjadwalan; b. Komunikasi CPU; c. Komunikasi perangkat eksternal; d. Pem-Buffer-an data ; e. Deteksi kesalahan. Fungsi pada kategori control dan penjadwalan (control & timing) adalah suatu proses yang penting untuk dapat mensinkronkan kerja di setiap komponen penyusun komputer, dimana komponen CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan bentuk pola tidak dapat diprediksi atau tidak menentu dan kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan komponen perangkat internal (register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral). Seluruh proses tersebut dapat berjalan dengan sempurna jika terdapat fungsi control dan timing yang dapat mengatur sistem secara keseluruhan. Berikut
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 65 ini Contoh perpindahan data dari peripheral ke CPU melewati komponen modul I/O dapat meliputi langkah sebagai berikut : a. Terdapat request (permintaan) dan inspection (pemeriksaan) status perangkat dari CPU ke modu; I/O ; b. Modul I/O merespon untuk memberikan jawaban pada permintaan CPU ; c. Apabila perangkat external sudah siap untuk transfer data, maka CPU dapat mengirimkan instruction kepada modul I/O ; d. Selanjutnya modul I/O menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral; e. Data dikirim ke CPU setelah menyelesaikan sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket-paket data dapat diterima CPU dengan sempurna. Transfer data tidak dapat terlepas pada sebuah proses sistem BUS, maka sebuah interaksi CPU dan modul I/O melibatkan control & penjadwalan pada sebuah arbitrasi BUS atau lebih. Adapun komunikasi yang terjadi antara CPU dengan modul I/O meliputi proses-proses sebagai berikut : a. Command Decoding dimana sebuah modul I/O menerima perintah – perintah dari CPU yang dikirimkan berbentuk signal pada BUS control, Misal : sebuah modul I/O untuk disk dapat menerima instruksi berupa : Read Sector, Scan Record ID, Format Disk ;
66 | Arsitektur dan Organisasi Komputer b. Data, pertukaran data antara CPU dengan modul I/O melalui BUS data ; c. Status reporting, yaitu pelaporan kondisi pada sebuah status modul I/O atau perangkat peripheral, pada umumnya berupa status kondisi Busy atau Ready dan juga terdapat bermacam-macam status pada kondisi kesalahan (error) d. Address Recognition, bahwa komponen penyusun komputer dapat dihubungi atau dipanggil memiliki alamat, sehingga komponen tersebut harus memiliki alamat yang unik, begitu juga pada perangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O dapat mengetahui alamat yang dikontrolnya. Jika kita dapat perhatikan pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terjadi sebuah bentuk komunikasi yang meliputi komunikasi data, control atau status, dapat terlihat dan perhatikan pada gambar di bawah ini : Gambar 2. Skema Perangkat Peripheral
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 67 Fungsi selanjutnya adalah buffering. Tujuan utama buffering yaitu mendapatkan penyesuaian data yang terjadi disesuaikan dengan laju transfer data dari perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan pada CPU. Pada umumnya laju transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU dan media penyimpanan data. Fungsi terakhir yaitu deteksi error (kesalahan) jika terdapat perangkat peripheral mengalami masalah maka proses tidak dapat dijalankan, sehingga modul I/O dapat memberikan laporan kesalahan tersebut, misalkan informasi kesalahan pada peripheral printer adanya kertas habis, tinta habis dan lain-lain maka perintah print tidak dapat diselesaikan sehingga memberikan pesan informasi oleh sistem terhadap masalah tersebut. Bit paritas merupakan teknik umum yang digunakan untuk deteksi sebuah kesalahan. Seiring perkembangan komputer terdapat berbagai macam modul I/O misalkan pada Intel 8255A sering disebut PPI (Programmable Peripheral Interface). Dari berbagai macam modul I/O terdapat kemiripan pada sebuah struktur, dapat terlihat pada gambar berikut ini : Gambar 3. Diagram Struktur I/O
68 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Antarmuka modul I/O ke CPU melalui saluran BUS sistem komputer melewati 3 (tiga) saluran yatiu saluran data, saluran alamat dan saluran control. Blok logika I/O merupakan bagian utama atau penting karena berhubungan dengan seluruh peralatan antarmuka peripheral dan memiliki pengaturan switching pada blok logika ini. 1. I/O Terprogram Data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O dalam I/O terprogram. Program yang memberikan operasi I/O pada CPU secara langsung termasuk pemindahan data, pengiriman perintah baca dan tulis, dan pengawasan perangkat. Teknik ini memiliki kelemahan karena CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan oleh modul I/O, yang membutuhkan banyak waktu dan membuat CPU lebih cepat proses operasinya. Selain itu, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi pada CPU terhadap proses yang diinstruksikan padanya; sebaliknya, seluruh proses ditanggung oleh CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan. CPU akan mengeluarkan alamat bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya untuk melaksanakan perintah I/O tertentu. Perintah I/O dikategorikan dalam empat kategori, yaitu : a. Perintah Control, pada perintah ini digunakan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan menginformasikan tugas yang diinstruksikan. b. Perintah Test, pada perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan peripheralnya. CPU harus mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap untuk
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 69 digunakan, juga mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta dapat mendeteksi kesalahannya. c. Perintah Baca(read) mengambil suatu paket data selanjutnya menyimpan dalam buffer internal untuk proses selanjutnya paket data dapat dikirim melalui saluran BUS data setelah dilakukan sinkronisasi data dan kecepatan transfernya. d. Perintah Tulis (write) pada perintah ini kebalikan dari perintah baca (read) dimana CPU menginstruksikan modul I/O untuk mengambil data dari BUS data untuk dilanjutkan kepada perangkat peripheral pada tujuan data tersebut. Dalam teknik I/O terprogram, ada dua jenis implementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi I/O. Diantaranya I/O yang terhubung ke memori dan I/O yang terisolasi. Dalam I/O yang terhubung ke memori, ada ruang tunggal untuk lokasi perangkat I/O dan memori; CPU memperlakukan register status dan data modul I/O sebagai lokasi memori, dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses kedua memori dan perangkat I/O. Akibatnya, saluran tunggal diperlukan untuk pembacaan dan untuk penulisan. keuntungan pada memori-mapped I/O sangat efektif dalam pemrograman, namun membutuhkan banyak ruang memori alamat. Untuk teknik isolated I/O, ruang pengalamatan untuk I/O dan memori terpisah satu sama lain. Teknik ini membutuhkan BUS yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan pada memori ditambah saluran intruksi atau perintah output
70 | Arsitektur dan Organisasi Komputer keuntungan pada isolated I/O adalah terdapat sedikitnya instruksi I/O. Aplikasi Antar Muka I/O Lapisan driver perangkat menutupi perbedaan – perbedaan I/O controller dari kernel. Terdapat perbedaan device dari beberapa sisi character-stream atau block, Sequential atau random-access, Synchronous atau asynchronous,Shareable atau dedicated, Speed atau operation, Read-write, read only, write only Dalam teknik interrupt-driven I/O memungkinkan dalam sebuah proses untuk menghindari terjadinya pemborosan waktu. Dimana pada proses ini, CPU mengirimkan perintah I/O ke modul I/O, yang kemudian melakukan eksekusi perintah tambahan saat modul I/O menjalankan perintah tersebut. Dan apabila modul I/O selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya, maka selanjutnya akan melakukan interupsi untuk memberi tahu CPU bahwa tugasnya telah selesai. Pada teknik ini dimana teknik ini tetap memberikan kendali perintah yang menjadi tanggung jawab pada CPU, ini mencakup pengambilan perintah dari memori dan pelaksanaan isi perintah. Jika kita bandingkan dengan menggunakan metode sebelumnya, dimana CPU dapat melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus, sehingga CPU tidak perlu menunggu lebih lama. Adapun teknik interupsi yang digunakan oleh modul I/O sebagai berikut. Pertama, modul I/O menerima perintah, seperti
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 71 membaca, kemudian melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan memasukkan paket data ke register data modul I/O. Selanjutnya, melalui saluran kontrol, modul mengirimkan sinyal interupsi ke CPU. Kemudian modul menunggu permintaan data dari CPU. Saat permintaan terjadi, data dimasukkan ke bus data, dan modul siap untuk perintah berikutnya. Pengolahan interupsi ketika perangkat I/O telah menyelesaikan operasi I/O adalah sebagai berikut : 1. Dimana perangkat I/O akan mengirimkan bentuk sinyal interupsi ke CPU; 2. CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankan selanjutnya merespon instruksi; 3. CPU memeriksa interupsinya jika valid maka CPU dapat melanjutkan dengan mengirimkan sinyal acknowledgment kepada perangkat I/O untuk dapat menghentikan interupsinya; 4. Selanjutnya CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Hal ini dibutuhkan untuk dapat menyimpan informasi yang dibutuhkan dalam melanjutkan operasi yang sedang dijalankan sebelum adanya interupsi, adapun informasi yang diperlukan berupa status prosesor (berisi register yang dipanggil PSW (program status word) dan lokasi instruksi selanjutnya yang akan dieksekusi; 5. Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum interupsi ke stack pengontrol bersama informasi PSW, maka selanjutnya mempersiapkan PC untuk penanganan interupsi.
72 | Arsitektur dan Organisasi Komputer 6. CPU dapat memproses sampai selesai ; 7. Jika pengolahan interupsi selesai, mak CPU akan memanggil kembali informasi yang telah disimpan pada stack pengontrol untuk dapat melanjutkan operasi sebelum interupsi. Terdapat teknik yang digunakan oleh CPU untuk menangani program interupsi, diantaranya : 1. Multiple Interrupt Lines dimana teknik ini paling sederhana karena menggunakan saluran interupsi yang berjumlah banyak antara CPU dan modul - modul I/O. Hanya belum praktis dalam penggunaan saluran BUS atau pin CPU seluruh saluran interupsi pada modul – modul I/O. 2. Software poll pada prosesnya apabila CPU mengetahui terdapat sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routine layanan interupsi dimana tugasnya melakukan poll keseluruh modul I/O untuk dapat menentukan modul yang melakukan interupsi. Kelemahan pada teknik ini masih membutuhkan waktu lama karena harus melakukan identifikasi kepada seluruh modul untuk dapat mengetahui modul I/O yang melakukan interupsi. 3. Daisy Chain merupakan teknik yang lebih efisien, karena pada teknik ini menggunakan hardware poll dimana seluruh modul I/O tersambung dalam saluran interrupt CPU secara melingkar (chain). Apabila terdapat permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal acknowledge yang berjalan pada saluran interupsi sampai bertemu ke modul I/O yang mengirimkan interupsinya.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 73 4. Arbitrasi BUS pada teknik ini modul I/O mendapatkan control BUS sebelum menggunakan saluran permintaan intrupsi, sehingga hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan intrupsi. Gambar 4. Interrupt-Driven I/O Cycle Sebelumnya dapat kita pahami I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O yang memiliki kekurangan dimana proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara langsung sehingga hal tersebut berdampak pada : 1. Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan proses CPU
74 | Arsitektur dan Organisasi Komputer 2. Proses kerja CPU terganggu dikarenakan adanya interupsi secara langsung Berdasarkan hal tersebut apabila menangani transfer data yang memiliki volume besar maka di rekomendasikan untuk dapat dikembangkan teknik yang lebih baik, teknik ini adalah Direct Memory Access (DMA). Dimana sebuah prinsip kerja pada DMA yaitu perangkat pemroses komputer (CPU) akan mendelegasikan kerja I/O pada DMA, sehingga alat pemproses (CPU) hanya terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan akhir prosesnya saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainya tanpa banyak terganggu dengan interupsi. Kita dapat perhatikan pada gambar blok diagram dan gambar konfigurasi modul DMA berikut ini : Gambar 5. Blok Diagram
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 75 Gambar 6. Konfigurasi Modul DMA Dalam menjalankan transfer data secara mandiri, DMA membutuhkan pengambilalihan pada control BUS dari CPU. Oleh karena itu maka DMA dapat menggunakan BUS jika CPU tidak menggunakannya atau DMA mengharuskan CPU untuk dapat menghentikan sementara penggunaan BUS. Cyclestealing dimana teknik ini lebih umum digunakan karena pada teknik ini modul DMA dapat mengambil alih siklus BUS. Penghentian sementara penggunaan BUS tidak berbentuk instruksi, melainkan hanya penghentian pada sebuah proses sesaat atau sementara yang berdampak pada kelambatan eksekusi CPU saja. Terdapat 3 (tiga) bentuk konfigurasi pada odu DMA seperti pada gambar berikut ini :
76 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Gambar 7. I/O Stream I/O stream merupakan mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus melalui aliran data (dua arah) yang biasa digunakan pada sebuah network protocol, Asynchronous, menggunakan sebuah pesan message passing dalam mentransfer data untuk memasukan kedalam stream digunakan ioctl system call, untuk dapat memasukan atau menuliskan data dari device digunakan red / getmsg system call. Bagaimana bisa komputer dapat melakukan suatu operasi jika komputer tidak dapat berinteraksi dengan dunia luar (perangkat Input) dikarenakan tidak adanya instruksi atau sebuah data dapat masuk dan diproses oleh perangkat pemroses (CPU), bagaimana kita dapat melihat hasil pemrosesan data jika tidak ada intakasi ke dunia luar (perangkat Output). Perangkat Input dan Output merupakan perangkat eksternal atau peripheral yang tersambung dalam sistem CPU melalui perangkat pengendalinya, yaitu modul
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 77 I/O. perangkat eksternal dapat dikelompokan menjadi 3 (tiga) kategori : 1. Human Readable yaitu perangkat eksternal yang berhubungan langsung dengan manusia atau pengguna. Contoh : monitor, keyboard, mouse, printer 2. Machine Readable yaitu perangkat eksternal yang bersumber dari perangkat penunjang lainya. Biasanya berupa modul sensor yang dapat memberikan sebuah data atau perintah kepada alat pemproses. Contoh : sensor, tranduser 3. Communication yaitu perangkat yang dapat terhubung dengan perangkat lainya atau dapat berkomunikasi secara jarak jauh. Contoh : NIC, Modem Pengelompokan perangkat eksternal komputer ini juga dapat dilihat berdasarkan arah datanya yaitu perangkat input dan perangkat output. Perangkat input dimana perangkat eksternal komputer yang berfungsi untuk memberikan instruksi atau perintah atau data oleh pengguna kepada sistem komputer (Keyboard, Mouse, Joystik) sedangkan perangkat output adalah perangkat eksternal komputer yang dapat menampilkan berupa hasil pengolahan data dari alat pemproses kepada pengguna berbentuk informasi (Monitor, Sound, Printer).
78 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Latihan Soal : 1. Apa peran dari perangkat eksternal terhadap sistem komputer 2. Bagaimana modul I/O ini bekerja dalam sebuah sistem komputer 3. Apa fungsi dari DMA
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 79
80 | Arsitektur dan Organisasi Komputer Dunia jaringan komputer dan komunikasi data adalah bidang studi yang sangat luas dan semakin signifikan. Sekarang, bukan hanya insinyur jaringan dan teknisi saja yang terlibat, tetapi juga manajer bisnis, programmer komputer, perancang sistem, manajer kantor, pengguna komputer di rumah, dan warga sehari-hari. Hampir tidak mungkin bagi orang biasa di jalanan untuk menghabiskan 24 jam tanpa secara langsung atau tidak langsung menggunakan bentuk jaringan komputer. Jadi, mari kita memulai perjalanan ini untuk mengungkap kompleksitas struktur interkoneksi komputer. Struktur interkoneksi komputer mengacu pada susunan, konfigurasi, dan organisasi dari koneksi atau jalur yang menghubungkan berbagai komponen dalam suatu sistem komputer atau antara beberapa sistem komputer. Ini menentukan bagaimana elemen-elemen berbeda, seperti prosesor, unit memori, perangkat input-output, dan subsistem lainnya, saling terhubung untuk memfasilitasi komunikasi, transfer data, dan koordinasi tugas. Desain struktur interkoneksi komputer memainkan peran penting dalam menentukan kinerja keseluruhan, skalabilitas, dan efisiensi sistem komputer. Ini melibatkan keputusan tentang jenis topologi interkoneksi, protokol komunikasi yang digunakan, dan jalur yang dilalui oleh data antara komponen-komponen yang berbeda. Berbagai jenis struktur interkoneksi komputer melibatkan sistem berbasis bus, sakelar crossbar, koneksi titik-ketitik, dan topologi jaringan yang lebih kompleks. Pemilihan
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 81 struktur interkoneksi tertentu tergantung pada faktor-faktor seperti penggunaan yang dimaksudkan dari sistem, skala lingkungan komputasi, dan persyaratan kinerja. Secara ringkas, struktur interkoneksi komputer mencakup desain dan susunan koneksi yang memungkinkan komunikasi dan transfer data antara berbagai komponen dalam suatu sistem komputer, memengaruhi fungsionalitas dan kinerjanya secara keseluruhan. Struktur interkoneksi komputer sangat penting dengan beberapa alasan, memengaruhi fungsionalitas dan kinerja keseluruhan dari suatu sistem komputer. Sistem interkoneksi berfungsi untuk menghubungkan semua bagian yang ada pada komputer seperti CPU, memori utama, dan I/O agar pemrosesan di dalam komputer berjalan dengan lancar. Dalam era modern yang didominasi oleh teknologi informasi, struktur interkoneksi komputer memegang peran kunci dalam memastikan kinerja, keandalan, dan efisiensi jaringan. Tanpa adanya susunan yang terorganisir, kompleksitas jaringan komputer dan sistem organisasi dapat menjadi sulit untuk dikelola. Berikut adalah beberapa alasan mengapa struktur interkoneksi komputer memiliki peran yang sangat penting: 1. Optimalisasi Kinerja Struktur interkoneksi komputer membantu mengoptimalkan kinerja jaringan. Dengan menyusun lapisanlapisan, mulai dari inti (core) hingga akses (access), jaringan dapat dipisahkan menjadi fungsi-fungsi yang
82 | Arsitektur dan Organisasi Komputer terpisah. Hal ini memungkinkan peningkatan kinerja, pengelolaan lalu lintas yang lebih baik, dan distribusi sumber daya secara efisien. Skalabilitas yang Efisien Dengan merinci fungsi-fungsi ke dalam lapisanlapisan, struktur interkoneksi mendukung skalabilitas yang efisien. Jaringan dapat diperluas tanpa perubahan besar pada lapisan inti, memungkinkan pertumbuhan yang lancar dan adaptasi terhadap perubahan kebutuhan. Manajemen yang Mudah Struktur interkoneksi menyederhanakan manajemen jaringan. Dengan membagi tanggung jawab di antara lapisan-lapisan, pengelola dapat dengan mudah memantau dan mengelola fungsi-fungsi tertentu tanpa mempengaruhi operasi keseluruhan. Ini memudahkan identifikasi masalah dan implementasi perubahan. Dengan memahami dan menerapkan prinsip-prinsip struktur interkoneksi komputer, organisasi dapat membangun dan memelihara jaringan yang tangguh, efisien, dan dapat diandalkan. Konsep ini membantu menjembatani kesenjangan antara kompleksitas jaringan modern dan kebutuhan untuk mengelolanya dengan lebih efektif dalam dunia yang terus berubah ini.
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 83 1. Sistem Bus Komputer terdiri dari beberapa komponen penting, seperti CPU, memori, dan perangkat I/O. Jaringan interkoneksi memfasilitasi komunikasi di antara ketiga komponen ini, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 1. Jaringan interkoneksi ini disebut sebagai bus sistem. System Bus, juga dikenal sebagai bus sistem, terhubung ke bus sistem dalam arsitektur komputer, yang memungkinkan semua komponen komputer terhubung satu sama lain saat menjalankan tugasnya. Bus adalah jalur yang memungkinkan data mengalir dalam komputer dan digunakan untuk berkomunikasi antara dua komponen atau lebih. CPU dapat mengakses dan mengeksekusi program atau data yang tersimpan dalam memori melalui perantara sistem bus. Gambar 1 Tiga komponen utama dari sistem komputer saling terhubung melalui sebuah bus. Istilah "bus" digunakan untuk mewakili sekelompok sinyal listrik atau kabel yang membawa sinyal-sinyal tersebut. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, bus
84 | Arsitektur dan Organisasi Komputer sistem terdiri dari tiga komponen utama: bus alamat, bus data, dan bus kontrol. Umumnya suatu bus terdiri dari berbagai lintasan komunikasi, atau saluran. Umumnya, suatu bus terdiri dari berbagai lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran mampu mentransmisikan sinyal yang mewakili biner 1 dan biner 0. Dari waktu ke waktu suatu urutan digit biner dapat ditransmisikan melalui lintasan tunggal. Dengan mengumpulkannya, beberapa lintasan bus dapat digunakan untuk mentransmisikan digit biner secara simultan (pararel). Sebagai contoh, suatu junit data 8 bit dapat ditansmisikan melalui delapan saluran bus. 2. Struktur Bus Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi khusus walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol, seperti terlihat pada Gambar 2. Gambar 2 Pola Interkoneksi Bus a. Saluran data (data bus) Bus data mentransfer data dari satu lokasi ke lokasi lain di seluruh komputer. Data yang bermakna yang akan dikirimkan atau diambil dari suatu perangkat ditempat-
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 85 kan pada jalur-jalur ini. CPU menggunakan bus data untuk mentransfer data. Ini dapat menjadi bus data 16- bit atau 32-bit. Ini merupakan jalur listrik yang menghubungkan CPU, memori, dan perangkat keras lainnya di motherboard. Jalur-jalur ini bersifat dua arah, aliran data bergerak ke arah yang berlawanan antara prosesor dan memori serta perangkat peripheral. Jumlah kabel dalam bus memengaruhi kecepatan di mana data dapat bergerak antara komponen perangkat keras, sama seperti jumlah jalur di jalan raya memengaruhi waktu yang diperlukan orang untuk mencapai tujuan mereka. Setiap kabel dapat mentransfer 1 bit data pada satu waktu, sebuah bus 8 kabel dapat memindahkan 8 bit pada satu waktu, yang merupakan 1 byte data pada satu waktu. Bus 16-bit dapat mentransfer 2 byte. Bus 32- bit dapat mentransfer 4 byte, dan seterusnya. Mikroprosesor Intel 80286 menggunakan 16 bit bus data. Intel 80386 menggunakan 32-bit bus data. Seiring lebarnya bus data, lebih banyak data dapat ditransfer. b. Saluran alamat (address bus) Bus alamat membawa alamat memori dalam perangkat. Ini memungkinkan CPU untuk merujuk lokasi memori dalam perangkat tersebut. Bus ini menghubungkan CPU dan perangkat peripheral lainnya dan hanya membawa alamat memori. Dalam sistem komputer, setiap peripheral atau lokasi memori diidentifikasi oleh nilai numerik, disebut alamat, dan bus alamat digunakan untuk membawa nilai numerik ini serta beberapa jalur kontrol untuk membawa perintah kontrol. Bus alamat bersifat unidireksional, bit mengalir ke satu arah, dari prosesor ke peripheral atau lokasi memori. Bus alamat
86 | Arsitektur dan Organisasi Komputer berisi koneksi antara prosesor dan memori yang membawa sinyal terkait alamat yang sedang diproses oleh CPU pada saat itu, seperti lokasi yang sedang dibaca atau ditulis oleh CPU. Prosesor menggunakan bus alamat untuk melakukan identifikasi pada peripheral atau lokasi memori. Jika bus alamat dapat membawa 8 bit pada satu waktu, CPU hanya dapat mengakses (yaitu 2^8) 256 byte RAM. Sebagian besar PC awal memiliki bus alamat 20 bit, sehingga CPU dapat mengakses 2^20 byte (1 MB) data. Saat ini dengan bus alamat 32 bit, CPU dapat mengakses 4 GB (lebih dari satu miliar byte) RAM. Semakin lebar jalur bus, lebih banyak informasi yang dapat diproses dalam satu waktu, dan oleh karena itu ini juga memengaruhi kecepatan pemrosesan komputer. c. Saluran kontrol (control bus) Bus kontrol membawa sinyal kontrol. Sinyal kontrol digunakan untuk mengontrol dan mengkoordinasikan berbagai aktivitas di seluruh komputer. Sinyal ini dihasilkan dari unit kontrol dalam CPU. Arsitektur yang berbeda menghasilkan jumlah kabel yang berbeda dalam bus kontrol, karena setiap kabel digunakan untuk melakukan tugas tertentu. Sebagai contoh, kabel-kabel spesifik yang berbeda digunakan untuk setiap permintaan baca, tulis, dan reset. Ini bukan kelompok kabel seperti bus alamat dan bus data, tetapi kabel-kabel individual yang memberikan sinyal untuk menunjukkan operasi mikroprosesor. Unit kontrol menghasilkan sinyal kontrol tertentu untuk setiap operasi, seperti baca memori atau operasi input/output. Sinyal ini juga diguna-
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 87 kan untuk mengidentifikasi jenis perangkat, dengan mana mikroprosesor bermaksud untuk berkomunikasi. 1. Hierarki Struktur Interkoneksi Sistem komputer modern tidak hanya terdiri dari komponen utama seperti prosesor, memori, dan perangkat I/O, tetapi juga memerlukan struktur yang efisien untuk menghubungkan dan mengkoordinasikan interaksi antara komponen-komponen ini. Hierarki Struktur Interkoneksi menjadi kritis dalam mengelola kompleksitas dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan. Hierarki struktur interkoneksi merujuk pada pengaturan atau organisasi berjenjang dari sistem atau komponen yang saling terhubung dalam suatu sistem lebih besar. Dalam konteks yang lebih umum, hierarki ini dapat diterapkan pada berbagai bidang, termasuk dalam dunia teknologi dan jaringan. Sebagai contoh, mari kita lihat hierarki struktur interkoneksi dalam konteks jaringan komputer: a. Tier 1 (Core Layer) Lapisan teratas dari hierarki struktur interkoneksi adalah Tier 1, juga dikenal sebagai Core Layer. Fungsi utamanya adalah menangani pengiriman data antar lokasi yang jauh atau besar. Di sini, perangkat keras dan perangkat lunak khusus bekerja sama untuk menyediakan kapasitas bandwidth tinggi, kinerja optimal, dan ketersediaan yang sangat baik. Tier 1
88 | Arsitektur dan Organisasi Komputer menjadi pusat utama yang mengatur aliran data dalam jaringan. b. Tier 2 (Distribution Layer) Lapisan kedua, atau Tier 2, dikenal sebagai Distribution Layer. Tugas utamanya adalah menghubungkan Tier 1 dengan Tier 3. Distribution Layer menangani distribusi lalu lintas di dalam lokasi atau antar lokasi. Dengan melakukan ini, lapisan ini memastikan ketersediaan dan efisiensi lalu lintas di seluruh jaringan. Fungsi distribusi ini membantu mengoptimalkan performa dan mengurangi beban pada lapisan inti. c. Tier 3 (Access Layer) Lapisan terbawah, Access Layer atau Tier 3, fokus pada keterhubungan langsung dengan pengguna dan perangkat akhir. Melalui perangkat keras seperti switch dan router, Tier 3 mengelola akses lokal dan menyediakan konektivitas ke sumber daya jaringan yang lebih besar. Ini adalah lapisan yang berinteraksi langsung dengan pengguna dan mendukung konektivitas individu ke jaringan. 1. Pengiriman Data dalam Bus System Sistem bus, dalam konteks komputasi, adalah metode pengiriman data yang mendasarkan pada struktur jalur tunggal yang digunakan bersama oleh berbagai komponen sistem. Pengiriman data dalam bus system memiliki peran krusial dalam menghubungkan dan mengkoordinasikan berbagai elemen perangkat keras dalam suatu sistem komputer. Pengiriman data
Arsitektur dan Organisasi Komputer | 89 dalam bus system menjadi tulang punggung jaringan komputer modern, memberikan fondasi yang kokoh untuk koordinasi dan pertukaran informasi antar berbagai perangkat. Dengan struktur jalur tunggal yang efisien, bus system memungkinkan komunikasi yang lancar antara komponen-komponen yang terhubung. Mari kita menjelajahi mekanisme pengiriman data dalam bus system, menggali bagaimana struktur ini memfasilitasi arus informasi di dalam dunia digital. a. Struktur Jalur Tunggal Sistem bus dirancang dengan prinsip struktur jalur tunggal. Artinya, terdapat jalur komunikasi tunggal yang digunakan bersama oleh berbagai komponen dalam jaringan. Dalam konteks ini, jalur tersebut berperan sebagai saluran untuk mentransmisikan data, alamat, dan sinyal kontrol. Struktur jalur tunggal memiliki keunggulan dalam kesederhanaan. Dengan memusatkan semua transmisi melalui satu jalur, kompleksitas perangkat keras dapat dikurangi, dan perawatan sistem menjadi lebih mudah. b. Metode Multiplexing Teknik multiplexing merupakan inti dari mekanisme pengiriman data dalam bus system. Data dari berbagai sumber dikumpulkan dan dikirimkan melalui bus menggunakan teknik ini. Dengan demikian, sinyal-sinyal yang berbeda, seperti data, alamat, dan kontrol, dapat dikirimkan secara bersamaan melalui jalur tunggal. Multiplexing memungkinkan penggunaan sumber daya secara lebih efisien, karena satu jalur dapat mendukung transmisi multipleks dari berbagai informasi pada waktu yang bersamaan. Ini memberikan keuntungan tambahan
90 | Arsitektur dan Organisasi Komputer dalam hal pemanfaatan bandwidth dan kecepatan transmisi. c. Keamanan dalam Pengiriman Data: Menjaga Kerahasiaan dan Integritas Keamanan merupakan aspek krusial dalam pengiriman data, terutama dalam lingkungan yang menggunakan bus system. Protokol keamanan diterapkan untuk melindungi data dari akses tidak sah dan pengintipan. Langkah-langkah keamanan melibatkan enkripsi data, autentikasi perangkat, dan pengelolaan hak akses. Dengan demikian, bus system tidak hanya menjadi jalur efisien untuk pengiriman data tetapi juga aman dari potensi ancaman keamanan. Pengiriman data dalam bus system bukan hanya sebuah mekanisme, tetapi fondasi utama bagi jaringan komputer modern. Dengan struktur jalur tunggal, teknik multiplexing, protokol komunikasi, arbitrasi, dan kontrol akses, bus system menciptakan lingkungan yang mendukung koordinasi yang efisien antar perangkat. Sementara itu, upaya keamanan menegaskan bahwa pengiriman data tidak hanya efisien tetapi juga aman dan andal. Dengan terus berkembangnya teknologi, mekanisme ini terus disempurnakan untuk memenuhi tuntutan masyarakat digital yang semakin kompleks. Dengan demikian, bus system tetap menjadi tulang punggung yang vital dalam memastikan arus informasi yang lancar dan aman di dunia yang terus berkembang ini.