Dasar Komputer

Deskripsi Komputer : mesin elektronik yang bisa memproses informasi sesuai dengan perintah (algoritma) yang diberikan. Algoritma : Sederetan langkah tertentu yang digunakan untuk menyelesaikan masalah. input  proses  output Komponen sebuah sistem komputer : Hardware : peranti fisik yang digunakan untuk menunjang proses komputasi. Software : program komputer yang digunakan untuk melakukan operasi komputasi.

Organisasi Komputer MEMORI PRIMER CPU PERANTI MASUKAN PERANTI KELUARAN PERANTI MASUKAN : keyboard, mouse, scanner, kamera, digital devices, dll. MEMORI PRIMER : RAM, ROM. CPU (Central Processing Unit): berupa chip mikroprosesor. PERANTI KELUARAN : printer, monitor, digital devices, dll.

Komponen Utama Komputer 1. CPU (Central Processing Unit) : berupa sebuah chip mikroprosesor yang berfungsi sebagai “otak” dari sistem komputer. Semua kegiatan dan proses yang dilakukan komputer dikendalikan oleh CPU. 2. Memori : berupa media penyimpan data elektronik. Memori langsung berhubungan dengan mikroprosesor. 3. Motherboard : berupa circuit board utama di mana semua komponen internal saling terhubung. Komponen/sistem yang lain seringkali juga langsung terintegrasi di dalamnya atau terkoneksi dengan sebuah interface.

Komponen (lanjut) 4. Power Supply : sumber daya untuk mencatu kebutuhan daya seluruh sub-sistem komputer. 5. Hard Disk : media magnetik penyimpan data permanen berkapasitas besar, baik untuk program atau data yang lain. 6. Sistem Operasi : software dasar yang memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dengan komputer. Tanpa sistem operasi, pengguna mustahil bisa “menggunakan” komputer. 7. IDE (Integrated Drive Electronics) Controller : berupa interface untuk pengendalian hard drive, CD-ROM drive, dan floppy disk drive. 8. Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) : berupa slot di motherboard yang digunakan untuk menghubungkan komponen tambahan ke komputer. Bus adalah jalur data yang ada di dalam motherboard.

Komponen (lanjut) 9. SCSI (Small/Simple Computer System Interface) : interface untuk menambahkan peranti dari luar, seperti scanner, hard drive, CDROM drive, dlsb. ke dalam komputer. Tidak semua peranti luar memiliki fasilitas SCSI. 10. Kartu Grafik (Graphics Card) : berupa kartu yang bekerja menterjemahkan data citra dari komputer ke sebuah format tertentu sehingga bisa ditayangkan di layar monitor. 11. AGP (Accelerated Graphics Port) : interface berkecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk menghubungkan kartu grafik dengan komputer. Berfungsi untuk meningkatkan kualitas tayangan grafis, misalnya untuk tayangan 3D. 12. Kartu Suara (Sound Card) : kartu yang berfungsi untuk merekam atau memainkan rekaman audio, dan membunyikan informasi audio. Kartu ini bekerja atas dasar pengubahan data digital ke analog atau sebaliknya (D/A atau A/D converter).

CPU Merupakan otak dari komputer yang : Mengkoordinasikan seluruh operasi komputasi Melakukan operasi aritmatik Melakukan operasi logika Mengendalikan kerja seluruh sistem 4004 8080

Cara Kerja Mikroprosesor v Mikroprosesor bekerja dengan bahasa assembly. Eksekusi instruksi dilakukan dengan bahasa ini. v Walau sebenarnya pekerjaan mikroprosesor jauh lebih rumit, tetapi pada dasarnya hanya ada 3 pekerjaan yang dilakukan: Menggunakan ALU, mikroprosesor dapat melakukan operasi aritmatik (penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian). Mikroprosesor modern memiliki prosesor-prosesor floating point yang lengkap yang dapat melakukan operasi-operasi yang sangat rumit. Mikroprosesor dapat memindahkan data dari lokasi memori ke peranti lainnya. Mikroprosesor dapat membuat keputusan dan melompat ke set instruksi yang baru, berdasar pada keputusan itu.

Contoh mikroprosesor buatan Intel Sumber The Intel Microprocessor Quick Reference Guide dan TSCP Benchmark Scores . Name Date Transistors Microns Clock speed Data width MIPS 8080 1974 6,000 6 2 MHz 8 bits 0.64 8088 1979 29,000 3 5 MHz 16 bits 8-bit bus 0.33 80286 1982 134,000 1.5 6 MHz 16 bits 1 80386 1985 275,000 1.5 16 MHz 32 bits 5 80486 1989 1,200,000 1 25 MHz 32 bits 20 Pentium 1993 3,100,000 0.8 60 MHz 32 bits 64-bit bus 100 Pentium II 1997 7,500,000 0.35 233 MHz 32 bits 64-bit bus ~300 Pentium III 1999 9,500,000 0.25 450 MHz 32 bits 64-bit bus ~510 Pentium 4 2000 42,000,000 0.18 1.5 GHz 32 bits 64-bit bus ~1,700 Contoh mikroprosesor buatan Intel MIPS : (millions of instructions per second): salah satu parameter pengukur unjuk-kerja sebuah CPU. Ukurannya adalah berapa instruksi manipulasi aritmatik yang bisa dilakukan oleh CPU dalam satu detiknya.

Keterangan : Date : tahun saat prosesor pertamakali diluncurkan. Banyak prosesor di luncurkan kembali (re-introduced) dengan kecepatan clock yang lebih tinggi pada tahun-tahun berikutnya. Contoh : 80486 diluncurkan lagi dengan kecepatan clock 100 MHz (80486-100). Transistors : jumlah transistor yang ada di dalam chip. Microns : lebar kawat terkecil (dalam mikron) yang ada di dalam chip, yang digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen. Selembar rambut manusia memiliki ketebalan sekitar 100 mikron. Clock Speed : laju maksimum clock yang dapat diberikan pada chip. Semakin tinggi clock, semakin cepat proses yang bisa ditangani CPU. Data Width : lebar data dari ALU. Sebuah ALU 8-bit dapat melakukan penjumlahan, pengurangan, perkalian, dlsb dua buah angka 8-bit, sementara ALU 32-bit dapat melakukan manipulasi angka 32-bit.  Dalam banyak hal, bus data eksternal adalah sama dengan lebar dari ALU, walau kadang ada perkecualian. Chip 8088 mempunyai ALU sebanyak 16-bit sementara bus-nya hanya 8-bit, sedangkan Pentium memiliki bus data 64-bit dengan ALU 32-bit.

Memori Elektronik v Hingga saat ini ada banyak jenis memori elektronik yang digunakan secara luas pada peralatan elektronik (telepon selular, televisi, radio mobil, game pads, video recorder, PDA (personal data assistant), dlsb. Memori pada peralatan elektronika pada umumnya berbeda dengan memori untuk komputer. v Beberapa di antaranya khusus digunakan pada sistem komputer, misalnya : RAM ROM Cache Dynamic RAM Static RAM Flash Memory Memory Sticks Virtual Memory Video Memory BIOS

Memori Komputer a. RAM (Random-Access Memory) : memori untuk menyimpan informasi yang bersifat temporer yang digunakan oleh komputer pada suatu saat. Isi memori bisa dengan mudah ditulis dan dihapus. b. ROM (Read-Only Memory) : memori untuk menyimpan informasi secara permanen dan tidak bisa diubah karena hanya bisa dibaca saja. Namun demikian ada jenis ROM yang bisa ditulis dengan cara khusus. c. BIOS (Basic Input-Output System) : termasuk jenis ROM yang digunakan untuk menyimpan informasi yang dikhususkan untuk membentuk komunikasi dasar saat komputer baru dinyalakan. d. Caching : berupa RAM berkecepatan sangat tinggi untuk penyimpanan data-data yang paling sering digunakan oleh mikroprosesor. Memori ini langsung terhubung dengan CPU. e. Virtual Memory : berupa sebuah ruang di hard disk yang digunakan untuk menyimpan data secara temporer. Biasanya isinya segera dihapus jika proses telah selesai.

Random Access Memory (RAM) v RAM : merupakan memori utama di dalam komputer. v Disebut random access (akses sembarang) karena kita bisa mengakses sembarang alamat sel memori langsung ke alamat (kolom dan baris) sel memori tersebut. v Lawan RAM : serial access memory (SAM), menyimpan data dalam satu deretan sel memori yang hanya dapat diakses secara sikuensial (seperti pita kaset). SAM bekerja sangat baik sebagai memory buffer di mana data secara normal disimpan dalam urutan yang sesuai dengan urutan pemakaiannya. Contoh : tekstur buffer memory pada kartu video. v Data RAM, sebagai kebalikannya, bisa diakses pada sembarang urutan. v Memori dinamik harus selalu diisi kembali (recharge) saat berisi informasi “1”. Caranya : pengontrol memori membaca isi memori lalu menuliskannya kembali, sama dengan isi yang tadi dibaca. Operasi refresh dilakukan otomatis ribuan kali per detik, terus-menerus  disebut Dynamic RAM, D-RAM), karena harus di-refresh secara dinamik setiap waktu untuk mempertahankan isinya. Kondisi ini menyebabkan penurunan kecepatan untuk pengaksesan memori.

Jenis-Jenis RAM 1. SRAM (static RAM) : menggunakan transistor jamak, biasanya 4-6 buah untuk setiap sel memori tetapi tidak memiliki kapasitor dalam setiap sel. Digunakan terutama untuk cache. 2. DRAM (dynamic RAM) : setiap sel terdiri dari satu transistor dan satu kapasitor, memerlukan refreshing konstan. 3. FPM DRAM (fast page mode DRAM) : bentuk asli dari DRAM. Laju transfer maksimum untuk cache L2 mendekati 176 MB per detik. 4. EDO DRAM (extended data-out dynamic random access memory) : Memori ini + 5% lebih cepat dibanding FPM. Laju transfer maksimum untuk cache L2 mendekati 264 MB per sekon. 5. SDRAM (synchronous DRAM) : menggunakan burst mode untuk memperbaiki unjuk-kerja. SDRAM 5% lebih cepat dibanding EDORAM dan paling banyak digunakan pada komputer saat ini. Laju transfer maksimum untuk cache L2 + 528 MB per detik. 6. RDRAM (rambus DRAM) : Dirancang oleh Rambus dan berkonfiguransi RIMM (Rambus In-line Memory Module), menggunakan konfigurasi pin dan ukuran yang sama dengan DIMM. RDRAM menggunakan bus data khusus berkecepatan tinggi (disebut Rambus channel). Chip memori RDRAM bekerja paralel untuk mencapai laju data 800 MHz.a

Jenis-Jenis RAM (lanjutan) 7. Credit Card Memory : modul memori self-contained DRAM yang dibuat proprietary, diselipkan ke dalam slot di komputer notebook. 8. Kartu Memori PCMCIA : bentuk lain dari modul self-contained DRAM untuk komputer notebook yang tidak dibuat proprietary dan dapat bekerja dengan berbagai jenis notebook dari berbagai merk yang bus memorinya sesuai dengan bus memori kartu ini. 9. FlashRAM : memori berkapasitas rendah yang digunakan pada perangkat elektronika (TV, VCR, radio mobil, dlsb). Perluk refresh dengan daya yang sangat kecil. Komputer menggunakan FlashRAM untuk mengingat hal-hal kecil seperti hard disk setting. 10. VRAM (Video RAM) : dikenal sebagai multiport dynamic random access memory (MDRAM). Termasuk jenis RAM yang digunakan khusus untuk adaptor video atau akselerator 3-D. Disebut multiport karena VRAM secara normal memiliki dua jenis memori sekaligus : RAM dan SAM. VRAM diletakkan pada kartu grafik dan memiliki berbagai macam format yang kebanyakan dibuat proprietary. Kapasitas VRAM menentukan resolusi dan kedalaman warna display grafis.

Modul RAM v Chip memori umumnya berkonfigurasi pin DIP (dual in line package). Konfigurasi ini dapat disolder ke dalam lubang motherboard komputer atau diselipkan ke dalam soket yang terpasang di motherboard. Pin seperti ini cukup baik untuk jenis komputer yang beroperasi dengan jumlah RAM 2 MB atau kurang, tetapi jika kebutuhan memori bertambah, diperlukan ruang yang lebih banyak di motherboard untuk menambah jumlah chip-nya. Solusi : menempatkan chip memori berikut semua komponen pendukungnya pada sebuah PCB terpisah yang diselipkan ke dalam sebuah konektor khusus yang disebut memory bank pada motherboard. v Chip-chip memori normalnya hanya terdapat dalam bentuk kartu yang disebut modul. Sering dijumpai kartu memori yang terangkai dalam bentuk 8x32 atau 4x16 yang artinya jumlah dari chip dikalikan dengan kapasitas dari setiap chip individual yang diukur dalam megabit (Mb).

SIMM v SIMM (single in-line memory module) menggunakan konektor 30 pin dengan ukuran board seluas 9 x 2 cm. v Dalam kebanyakan komputer, memori jenis SIMM harus dipasang secara berpasangan dengan kapasitas dan kecepatan yang sama. Ini disebabkan lebar dari bus lebih besar dari sebuah SIMM. Contoh : harus dipasang dua buah SIMM 8-MB untuk mendapatkan kapasitas 16 MB. v Setiap SIMM dapat mengirim 8 bit data pada satu saat sementara bus sistem mampu menangani 16 bit dalam satu waktu. Jenis SIMM yang lebih baru memiliki ukuran 11 x 2.5 cm menggunakan konektor 72 pin untuk meningkatkan kapasitas hingga 256 MB.

DIMM v DIMM (dual in-line memory module) : menggunakan konektor 168-pin dan ukuran 14x2.5 cm. v DIMM memiliki kapasitas mulai dari 8 MB hingga 128 MB per modul dan dapat dioperasikan secara tunggal (bukan pasangan). v Kebanyakan modul memori PC beroperasi dengan tegangan 3.3 volt (sistem Mac Intosh menggunakan tegangan 5 volt). v Standar baru yang disebut RIMM (Rambus in-line memory module) menggunakan standar konfigurasi pin DIMM tetapi menggunakan bus memori khusus untuk meningkatkan kecepatannya.

RAMBUS

SODIMM v Komputer notebook menggunakan modul-modul memori proprietary, tetapi beberapa pabrik menggunakan RAM yang berdasar pada konfigurasi SODIMM (small outline dual in-line memory module). v Kartu SODIMM berukuran kecil (sekitar 5x2.5 cm) dan memiliki 144 pin. Kapasitasnya antara 16 MB hingga 256 MB per modul. Khusus untuk komputer desktop Apple iMac memorinya menggunakan SODIMM dan bukan DIMM.

DDR SDRAM (Dual Data Rate SDRAM) Merupakan memori SDRAM dengan kecepatan dua kali kecepatan busnya. Penggandaan kecepatan diperoleh dengan memanfaatkan kedua jenis transisi pulsa clock, yakni transisi naik (dari kondisi “0” ke kondisi “1”) dan transisi turun (dari kondisi “0” ke kondisi “1”). Memori DDR berkembang menjadi XDR DRAM, yang memiliki kecepatan berlipat kali dibanding kecepatan busnya. Transisi naik Transisi turun Pulsa clock

DDR SDRAM

Read Only Memory (ROM) ROM dikenal sebagai firmware, merupakan IC terprogram dengan data khusus saat diproduksi. ROM termasuk jenis memori nonvolatile (data tidak hilang saat energi listrik dimatikan). Ada lima jenis dasar ROM : ROM standar PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Erasable programmable read-only memory) EEPROM (Electrically erasable programmable read-only memory) Flash memory

BIOS menggunakan memori Flash ROM (lanjut) Seperti RAM, chip ROM memiliki kisi-kisi (grid) kolom dan baris. Hanya saja, di tempat persilangan kolom dan baris, chip ROM secara fundamental berbeda dari chip RAM. Jika RAM menggunakan transistor untuk memati-hidupkan akses ke kapasitor pada setiap persilangan, ROM menggunakan sebuah dioda untuk menghubungkan jalur. Jalur terhubung jika nilainya “1”dan tidak terhubung jika nilainya “0”. BIOS menggunakan memori Flash ROM tidak dapat diprogram ulang, sehingga jika datanya ingin diubah maka chip yang lama harus dibuang dan diganti dengan yang baru.

PROM (Programmable ROM) PROM memiliki kolom dan baris seperti ROM. Perbedaannya : setiap persilangan kolom-baris ada sebuah sekering yang menghubungkan keduanya. Sebuah muatan yang dikirim lewat sebuah kolom akan melewati sekering (dalam sebuah sel) ke sebuah baris yang dibumikan yang mengindikasikan nilai “1”. Semua sel memiliki sekering, dan kondisi awal chip PROM adalah “1”. Untuk mengubahnya menjadi “0” digunakan sebuah PROM Programmer untuk mengirimkan sejumlah arus khusus ke sel. Tegangan yang timbul akan memutuskan sekering akan memutuskan koneksi antara kolom dan baris. Proses ini disebut “membakar PROM”. PROM hanya bisa diprogram satu kali, dan lebih rentan dibanding ROM karena listrik statik dapat merusak sekering sehingga mengubah isi bit dari “1” menjadi “0”. Tetapi harga PROM kosong murah sehingga digunakan untuk membuat prototipe sebelum memprosesnya ke dalam ROM yang lebih mahal.

EPROM (Erasable PROM) EPROM bisa ditulis ulang berkali-kali. Menghapus EPROM memerlukan sebuah alat khusus yang memancarkan cahaya ultraviolet dengan frekuensi tertentu. EPROM dikonfigurasikan menggunakan EPROM Programmer yang menghasilkan tegangan pada aras yang tertentu tergantung pada jenis EPROM yang digunakan. EPROM juga memiliki kolom dan baris. Sel pada setiap persilangan memiliki dua transistor. Kedua transistor ini dipisahkan satu sama lain dengan sebuah lapisan oksida tipis. Salah satu transistor disebut floating gate dan yang lain sebagai control gate. Floating gate hanya berhubungan dengan baris (wordline) lewat control gate. Jika hubungan ini terjadi, maka sel memiliki nilai “1”. Untuk mengubah nilai ke “0” memerlukan sebuah proses yang “aneh” yang disebut Fowler-Nordheim tunneling.

EEPROM (Electrically Erasable PROM) EPROM memerlukan peralatan khusus untuk menghapus isinya, sehingga tidak praktis. Apalagi sekali dihapus maka seluruh isi EPROM juga terhapus, tidak bisa memilih. Masalah ini diatasi dengan EEPROM yang memiliki keunggulan : Chip tidak perlu dilepas dari soketnya untuk ditulis ulang. Bisa menghapus isi alamat memori yang dikehendaki. Tidak memerlukan tambahan peralatan khusus. Sebagai ganti sinar UV digunakan medan listrik sehingga bisa ditujukan langsung ke sel yang dipilih. Praktis, tetapi sayangnya kecepatan chip EEPROM terlalu lambat dibanding ROM.

Flash Memory Merupakan salah satu jenis EEPROM yang bisa bekerja jauh lebih cepat. Flash Memory menggunakan in-circuit wiring untuk menghapus isi memori dengan memasang medan listrik pada seluruh chip atau ke bagian khusus dari chip yang disebut blok. Flash memory bekerja jauh lebih cepat dibanding EEPROM tradisional karena ia menulis data dalam “gumpalan”, biasanya 512 byte dan bukan hanya 1 byte untuk setiap waktu.

Contoh-contoh Flash Memory Multimedia Card Memory Stick ATA Flash USB Flash disk Smart Media Compact Flash Secure Digital ATA = AT Attachment

Contoh-contoh Flash Memory                                                                                                                                                                                                                                                         

Flash Memory (aplikasi) Video Camera/MP3 Player Worlds Smallest 512MB USB Memory Drive Digital Camera/MP3 Player Portable USB WMA/MP3 Player WMA = Windows Media Audio

Flash Memory (aplikasi) 1GB USB Flash Memory Drive iAudio Music Player Memory Card Reader SD memory cards

Hierarki memori komputer Dasar Memori Komputer v Jika CPU komputer setiap kali harus mengakses hard drive untuk mengambil/menulis data yang diperlukan, maka ia akan bekerja sangat lambat karena ada kendala mekanis. Untuk mengatasinya : Informasi disimpan ke dalam memori elektronik, sehingga CPU bisa mengakses jauh lebih cepat. v Sebagian besar memori komputer memang dirancang untuk menyimpan data secara temporer agar bisa diakses dengan lebih cepat. Hierarki memori komputer

Hirarki Pengaksesan Memori v CPU mengakses memori sesuai dengan hirarki yang berbeda. Data yang berasal dari penyimpan permanen (hard drive) atau masukan dari keyboard, kebanyakan mula-mula masuk ke RAM. v CPU kemudian menyimpan bagian-bagian data yang akan digunakan untuk mengakses, seringnya dalam sebuah cache, dan mempertahankan instruksi-instruksi tertentu di dalam register. Semua komponen di dalam komputer, misalnya CPU, hard drive, dan sistem operasi bekerja bersama-sama sebagai satu tim, dan memori adalah satu dari bagian yang paling penting dari tim ini. v Selama komputer aktif hingga nanti dimatikan, CPU terus-menerus menggunakan memori.

Memori Sejak Switched “ON”….. Komputer mengambil data dari ROM dan melakukan POST (Power ON Self Test) untuk menguji bahwa seluruh komponen utama dalam keadaan baik. Memory controller mengecek semua alamat memori dengan cara menulis/membaca sebuah bit secara cepat satu-per-satu ke alamat itu untuk meyakinkan bahwa tidak ada kesalahan di dalam chip memori. Komputer memuat BIOS dari ROM. BIOS menghasilkan informasi paling dasar tentang perangkat penyimpan, boot sequence, sistem pengaman, kemampuan Plug and Play dan beberapa hal lain. Komputer memuat sistem operasi (OS) dari hard drive ke RAM. Bagian terkritis dari OS disimpan di RAM selama komputer aktif. Hal ini me-mungkinkan komputer untuk melakukan akses segera ke OS sehingga meningkatkan unjuk-kerja dan fungsionalitas dari seluruh sistem. Jika sebuah program aplikasi dibuka, maka program itu segera dimuat ke dalam RAM. Untuk menghemat RAM, kebanyakan aplikasi hanya dimuat bagian-bagian yang terpenting saja. Setelah program aplikasi dimuat, beberapa file yang dibuka dan akan digunakan dalam aplikasi itu juga dimuat ke RAM. Jika file hasil kerja disimpan dan kemudian aplikasi ditutup, file itu dituliskan ke perangkat penyimpan (hard atau floppy drive). Setelah selesai, semua file dan aplikasi dihapus dari RAM.

Singkatnya…. v Setiap kali sesuatu data dimuat atau dibuka, maka data tersebut ditempatkan di RAM. Berarti : data yang akan diakses oleh komputer diletakkan di area penyimpan temporer sehingga CPU dapat mengakses informasi dengan lebih mudah dan cepat. v CPU meminta data yang diperlukan dari RAM, memprosesnya, dan menuliskan data baru kembali ke RAM dalam siklus kontinyu. Pada kebanyakan komputer, perpindahan bolak-balik data dari CPU ke RAM dan sebaliknya terjadi jutaan kali per detik. v Jika aplikasi ditutup : semua file data dari aplikasi dihapus dari RAM. Jika file tidak disimpan pada sebuah perangkat penyimpan permanen sebelum dihapus, maka data terbaru file itu akan hilang.

Pengaruh Kecepatan v Komputer masa kini memerlukan sangat banyak memori, misalnya : Level 1 dan Level 2 caches, RAM sistem normal, virtual memory, hard disk v Tujuannya : hanya untuk mempercepat proses yang dilakukan oleh CPU sehingga unjuk-kerjanya meningkat. v Jika CPU tidak bisa memperoleh data yang dibutuhkannya, maka ia akan berhenti berproses dan menunggu hingga data itu diperoleh. v Komputer modern dengan CPU yang bekerja hingga 1 GHz dapat berurusan dengan milyaran byte data per detik.

Manajemen Memori v Memori termurah yang bisa dibuat saat ini adalah hard disk. Media ini juga digunakan sebagai virtual memory, yang merupakan tingkat akhir dari hirarki memori CPU. v Hirarki pada aras berikutnya adalah RAM dan Cache. CPU CACHE RAM VIRTUAL DISK MEMORY STORAGE