ARSITEKTUR FAMILY COMPUTER IBM PC

ARSITEKTUR FAMILY COMPUTER IBM PC

Sebelum mengenal komputer personal, para pemakai biasanya mengklasifikasikan komputer dengan nama mainframe, minikomputer, atau superkomputer. Mainframe merupakan komputer untuk bisnis dan industri. Ia dirancang untuk memenuhi kebutuhan perusahaan besar, memberikan atau menyediakan ribuan terminal, menyediakan penyimpan dalam jumlah gigabyte, dan memberi pasokan sumber untuk mengelola database yang besar. Namun demikian, harganya juga ratusan ribu sampai jutaan dolar. Minikomputer, yang umumnya lebih kecil dari pada mainframe, dirancang untuk memenuhi kebutuhan perusahaan kecil, laboratorium, dan departemen. Mesin ini dapat digunakan oleh beberapa pemakai sampai sekitar 100 pemakai, dan umumnya harganya antara $50.000 sampai $1 juta. Superkomputer adalah mesin tercepat dan terbesar yang ada pada saat itu dan oleh karenanya, harganya juga paling mahal. Jelasnya, bila secara perorangan kita tidak akan mampu menyediakan minikomputer, mainframe, atau superkomputer.

Komputer personal pertama kali muncul setelah diperkenalkannya mikroprosesor, yaitu CPU chip tunggal yang terdiri atas set register, ALU, dan unit kontrol komputer. Intel Corporation mengenalkan mikroprosesor yang pertama, yaitu chip kalkulator 4-bit yang disebut 4004, pada tahun 1971, yang kemudian pada tahun 1975 ia mengenalkan 8080, yaitu chip CPU penggunaan umum 8-bit. Perusahaan lain, seperti Rockwell dan Motorola, memunculkan mikroprosesor pesaing pada waktu yang hampir bersamaan. Perusahaan komputer dengan mudah dapat membuat komputer personal yang tidak mahal dengan menggunakan mikroprosesor sebagai CPU, yang dikombinasikan dengan komponen pendukung yang lain. Komponen lain tersebut meliputi power supply, sistem memori utama, bus sistem, terminal tampilan video, dan sistem I/O.

Komputer personal pertama yang menjangkau pasar meliputi Altair 8800 dari MITS, TRS-80 dari Radio Shack, dan PET PC (Personal Electronic Transacter) dari Commodore, yang semuanya muncul sekitar tahun 1977. Bulan Agustus 1981, IBM telah memperkenalkan IBM PC. IBM, yang sekarang telah menjadi raksasa industri komputer, membidikkan atau memfokuskan pada sumber manufaktur dan marketing yang belum banyak terdapat dalam pasaran komputer personal. Ia juga memunculkan sistem pengoperasian MS DOS (Microsoft Corporation's Disk Operating System), yang secara cepat menjadi standard industri.

Tujuan awal penggunaan PC adalah untuk perusahaan bisnis kecil dan aplikasi permainan. Pada waktu IBM memperkenalkan PC, pola penggunaan komputer personalnya sangat berbeda dengan apa yang kita jumpai sekarang ini. Spreadsheet dan word prosesor, yang merupakan dua aplikasi utama komputer personal sekarang ini, pada waktu itu belum sempurna dan belum banyak digunakan. aplikasi grafik, seperti komputer untuk desain dan desktop publishing, hanya digunakan pada mainframe dan minikomputer. Penggunaan untuk bisnis utama yang diperkirakan oleh perusahaan komputer pada saat itu adalah menggunakan versi program kecil yang dapat dijalankan pada mainframe dan minikomputer, seperti program accounting dan perpajakan untuk perusahaan kecil.

1. IBM PC DAN TURUNANNYA

IBM PC merupakan arsitektur bus tunggal. Jika otak PC adalah mikroprosesor 8088, maka sistem syarafnya adalah bus lokal yang diperluas, yang menurut IBM disebut PC I/O Channel Bus (Bus Channel I/O PC), atau hanya disebut PC Bus. PC Bus melengkapi PC dengan delapan jalur data, 20 jalur alamat, dan sejumlah jalur kontrol dan jalur daya untuk memberikan fleksibilitas. Ruang alamat fisik PC adalah 1 MB.

Keberhasilan sistem tergantung pada kehandalan (reliabilitas) dan keberadaan suku cadang komponennya, dan IBM telah menentukan PC sebagai dasar untuk pembuatan famili komponen yang reliabel dan telah ditetapkan dengan baik. Komponen tersebut tidak hanya meliputi mikroprosesor, namun juga pengontrol bus, pengontrol interrupt, timer, pengontrol DMA, dan interface I/O serial dan paralel.

Pada tahun 1983, Intel memunculkan famili 8086/8088 pada waktu ia memperkenalkan mikroprosesor 80286, dan segera setelah itu IBM menggabungkannya ke dalam famili PC-nya untuk memanfaatkan kemampuan proteksi memori dan kecepatan yang meningkat dari mikroprosesor itu. Pada tahun 1984, IBM memperkenalkan PC AT, yang merupakan PC hasil dari peningkatan kinerja utama yang pertama dari IBM PC. 80286 pada dasarnya mempunyai ISA yang sama dengan yang dimiliki 8086 dan 8088, namun ia mempunyai dukungan tambahan terhadap hardware yang digunakan untuk segmentasi dan proteksi memori. Ia dapat beroperasi dalam Real Address mode (mode Real Address), yang merupakan mode kompatibilitas 8088, dan ia dapat berjalan pada semua software yang didasarkan pada 8088 asli (kecuali untuk software yang digunakan untuk segmentasi). Lebih dari itu, 80286 menggunakan lintasan (path) I/O 16-bit, bukan path 8-bit, dan ia mempunyai jalur 24 alamat, sehingga ia mempunyai ruang alamat fisik 16 MB.

Dengan munculnya AT, IBM harus mengupgrade PC Bus-nya. IBM menamakan bus barunya ini PC AT I/O Channel Bus (Bus Channel I/O PC AT), atau hanya disebut PC AT Bus. Struktur bus antara PC dan PC AT mempunyai perbedaan pokok, dan kita akan membahas perbedaan tersebut pada bab berikutnya.

Selain menetapkan standard bus untuk industri komputer personal, famili PC dari IBM juga menyusun standard untuk tampilan video. IBM PC muncul dengan standard Monochrome Display Adapter (MDA), yang mempunyai satu warna dasar (bagian depan) dan satu warna background, misalnya hijau pada hitam. IBM PC juga mempunyai adapter tampilan warna pilihan yang disebut Color Graphics Adapter (CGA). Namun demikian, CGA mempunyai resolusi yang begitu rendah (320 x 200 pixel dengan empat warna), sehingga kebanyakan perusahaan bisnis mengandalkan pada resolusi MDA yang lebih tinggi (720 x 350 pixel). IBM PC AT muncul dengan Enhanced Graphics Adapter (EGA), dengan resolusi 640 x 350 pixel dan 16 warna.

IBM PS/2

Pada tahun 1987, IBM memperkenalkan famili komputer personal baru, yaitu famili PS/2, untuk mengganti famili PC. Famili PS/2 berbeda dengan famili PC dalam beberapa hal, dua yang paling pokok adalah bahwa ia menggunakan bus yang dirancang kembali yang disebut Micro Channel Architecture (MCA), dan ia menggunakan tampilan video resolusi lebih tinggi yang disebut Video Graphics Array (VGA). VGA memiliki resolusi 640 x 480 pixel dengan 16 warna. Meskipun demikian, famili PS/2 menggunakan famili chip CPU Intel yang sama dan menjalankan hampir semua software yang sama.

PC CLONE

PC clone (anggota kelompok PC) adalah komputer yang software dan hardware-nya kompatibel dengan IBM PC.

Untuk bisa kompatibel dengan PC atau PC AT, clone ini Harus mempunyai set instruksi 8086 (atau80386) secara keseluruhan dan pada dasarnya harus mempunyai hardware interrupt yang sama. Ia juga harus mempunyai struktur I/O yang menggunakan call sistem yang kompatibel dengan basic input-output system (BIOS) PC.

Pada waktu IBM menghentikan memproduksi mesin PC AT Bus, industri komputer tidak mempunyai standard bus 32-bit. Pada kenyataannya, IBM tidak pernah mengeluarkan spesifikasi detail mengenai PC AT Bus. Untuk mengatasi tidak adanya atau kurangnya standard PC 32-bit, pada tahun 1988 konsorsium dari beberapa perusahaan melakukan standarddisasi bus AT extended 32-bit, yang disebut Extended Industry Standardd Architecture (EISA) bus. Spesifikasi EISA mencakup semua karakteristik timing bus baru. Sebaliknya, PC AT Bus sekarang dikenal sebagai industry standardd architecture (lSA) bus.

2. KONFIGURASI MIKROKOMPUTER DASAR

Komputer biasanya terdiri atas casis (rangka) yang berisi power supply dan system board (papan sistem), yang juga disebut mother board. Papan sistem biasanya menyagga CPU dan chip pendukung primernya, seperti jam (clock), buffer data dan alamat, pengontrol interrupt, dan beberapa memori utama. Papan sistem juga mempunyai slot, yaitu konektor yang di dalamnya berisi beberapa hubungan atau koneksi. Slot ini menyangga cards (atau daughter board) yang ia sendiri menyangga circuitry, seperti memori tambahan, hard disk, pengontrol untuk floppy disk (disket) dan hard disk, pengontrol monitor, pengontrol mouse, dan sejumlah opsion lain. Para perancang menstandarddisasi slot dan menghubungkannya secara parallel pada mother board.

3. KOMPONEN IBM PC

Komponen dari IBM PC terdiri dari:

-Mikroprosesor 8088.

-Interface kontrol mikroprosesor PC.

-Bus, PC AT Bus, dan sistem interrupt.

-Sistem I/O dan chip pendukung I/O programmable yang menjalankan berbagai tugas I/O secara efisien.

-Koprosesor aritemtik titik ambang.

Komponen utama IBM PC

4. SISTEM SOFTWARE

Hal yang perlu diperhatikan dalam sistem software dari family IBM PC adalah penetapan alamat port I/O, penetapan vektor interrupt, ROM BIOS, dan penetapan memori utama.

Tabel alamat port I/O standard

Tabel vector interrupt IBM PC

Referensi

http://wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/36820/%281%29+Organisasi+%26+Arsitektur.ppt         25 Nov 2018 20.31

http://www.elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/index-arkomp.htm              25 Nov 2018 20.43

http://www.elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/index-organisasi_sistem_komputer.htm     25 Nov 2018 21.03

http://ymukhlis.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/folder/0.1            25 Nov 2018 19.43

UNIT INPUT OUTPUT

UNIT I/O

Sistem I/O berfungsi untuk mentransfer informasi atau CPU atau memori utama dengan piranti I/O.

Sistem I/O terdiri atas piranti I/O (peripheral), pengendali piranti yang dilalui piranti I/O untuk berkomunikasi dengan CPU atau memori utama dalam suatu aturan yang baku (protocol) dan perangkat lunak untuk operasi I/O untuk pelayanan. Dalam berhubungan dengan sistem I/O, penting untuk menyadari ketiga point ini:

1. CPU dan piranti I/O biasanya tidak dapat disinkronkan. Karena itu operasi I/O harus dikoordinasikan.

2. Secara umum, piranti I/O lebih lambat dari CPU. Karena itu biasanya piranti I/O berkomunikasi secara asynchronous dengan CPU.

3. CPU menangani informasi bahasa mesin sedangkan piranti I/O biasanya membawa informasi yang berorientasi kepada pemakai (manusia). Karena data itu harus di-encode dan di-decode (diformat).

Proses transfer informasi antara CPU dan sebuah peripheral terdiri dari empat langkah:

1. Memilih sebuah piranti I/O dan menguji apakah ia siap atau mempunyai reaksi.

2. Menginisialisasi transfer tersebut dan mengkoordinasikan pengaturan waktu operasi I/O tersebut.

3. Mentransfer informasi tersebut.

4. Memberhentikan transfer informasi tersebut.

Klasifikasi piranti I/O dikelompokkan menjadi tiga:

1. Piranti yang memasukkan informasi ke komputer.

2. Piranti yang mengeluarkan (menampilkan) informasi dari komputer.

3. Piranti yang melayani input dan output.

Struktur Modul I/O

Pengaksesan I/O

Ada dua jenis pengaksesan I/O: memory-mapped I/O dimana piranti I/O dihubungkan sebagai memori virtual, atau I/O-mapped I/O dimana port I/O tidak tergantung pada memori utama. Setiap memory-mapped I/O, port I/O dihubungkan ke bus alamat. Piranti input sebagai bagian memori yang memberikan data ke bus data. Piranti output sebagai bagian memori yang memiliki data yang tersimpan di dalamnya. Port I/O menempati lokasi tertentu pada ruang alamat dan diakses seolah-olah mereka adalah lokasi memori. Semua instruksi referensi memori dalam kumpulan instruksi pada sebuah komputer dapat juga mereferensikan port I/O. Dengan demikian prosedur memory-mapped I/O tidak membutuhkan instruksi khusus. Sebuah instruksi untuk mem-fetch atau menyimpan data pada alamat memori tertentu menjadi sebuah instruksi I/O jika alamatnya adalah sebuah port I/O. Karena memory-mapped I/O tidak membeda-bedakan register memori dan  piranti I/O, ruang alamat dibagi di antara mereka dan demikian ruang memori yang tersedia untuk program dan data menjadi berkurang.

Sebaliknya, pada I/O-mapped I/O, port I/O tidak tergantung memori dan tidak butuh referensi langsung ke alamat memori. Transfer informasi dilakukan di bawah kendali sinyal kontrol yang mengguna­kan instruksi INPUT dan OUTPUT. Operasi I/O tergantung sinyal kendali dari CPU. lnstruksi I/O mengaktifkan baris kendali read/write pada port I/O, sedangkan instruksi memori akan mengaktifkan baris kendali read/write pada memori. Ruang memori dan ruang alamat I/O menyatu, sehingga dapat memiliki alamat yang sama.

Operasi I/O terbagi menjadi 3 metode : I/O Terprogram, I/O Interupt, dan Direct Memory Access (DMA).

I/O Terprogram

Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu:

1. Perintah control.

2. Perintah test.

3. Perintah read.

4. Perintah write.

Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam implementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi I/O, yaitu: memory-mapped I/O dan isolated I/O.

I/O Interupt

Masalah pada programmed I/O adalah bahwa processor harus menunggu hingga modul I/O siap untuk melakukan transfer yang mengakibatkan processor harus melakukan pengecekan yang berulang-ulang atas status modul I/O. Alternatifnya, processor menerbitkan perintah ke modul I/O dan kemudian processor melanjutkan eksekusinya atas instruksi yang lain. Modul I/O akan melakukan interrupt ke processor untuk meminta layanan jika modul I/O telah siap saling bertukar data dengan processor. Processor kemudian melakukan eksekusi atas instruksi perpindahan data. Setelah selesai, processor akan melanjutkan eksekusi instruksi sebelumnya, sebelum peocessor di interrupt oleh modul I/O.

Pada perangkat I/O telah menyelesaikan sebuah operasi I/O, maka urutan kejadian hardware di bawah akan terjadi :

Perangkat angkat mngeluarkan signal interrupt ke CPU.

Prosesor menyelesaikan eksekui intruksi yang sedang dilakukan sebelum memberikan respon terhadap interrupt.

Prosesor memerikasa interrupt, menetapkan bahwa memang ada, dan mengirim signal acknowledgment ke parangkat yang mengeluarkan interrupt, acknowledgment memungkinkan meghapus dignal interrupt.

Sekarang prosesor perlu menyiapkan pengontrolan transfer routine interrupt, prosesor perlu menyimpan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan program yang dikerjakan saat itu pada posisi interrupt. Informasi minimum yang diperlukan adalah a.status prosesor, yang berisi register yang dipanggil program status word (PSW), dan b. lokasi instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

Direct Memory Access (DMA)

Direct Memory Access (DMA) adalah suatu metode transfer data dari memori komputer atau RAM ke suatu bagian dari komputer tanpa memprosesnya menggunakan CPU. Sebagian besar data yang merupakan input atau output dari komputer memang diproses di CPU, tetapi terdapat beberapa data yang tidak perlu diproses, ataupun dapat diproses oleh alat lainnya.

Perbandingan antara Programmed I/O dan Direct Memory Access

Interfacing Piranti

Untuk berkomunikasi dengan CPU, piranti-piranti tersebut memerlukan antar-muka (interface) dan mengendalikan perangkat keras dan perangkat lunak untuk menghubungkan ke bus, interface biasanya mengacu pada perangkat keras yang diperlukan untuk menghubungkan piranti dan sirkuit kendalinya ke bus yang semestinya. Fungsi pokok sebuah interface adalah untuk mensinkronkan transfer data antara CPU dan peripheral.

Diagram blok unit interface I/O

Ada tiga bus dalam interface piranti:

1. Bus Receiver adalah register menyimpan data input selama dibutuhkan.

2. Bus Transceiver adalah suatu sirkuit yang digunakan bersama bus dua-arah (bidirectional) yang dapat berfungsi dalam mode pengiriman maupun mode penerimaan.

3. Driver/Buffer bus diperlukan untuk menempatkan informasi pada bus.

Sistem Bus

Bus membawa informasi diantara komponen dari satu peralatan atau diantara subsistem. Bus dapat dibagi menjadi dua kelompok utama yang didasarkan pada kontrolnya, yaitu bus local dan bus sistem (local buses and system buses). Kelompok hybrid (turunan), yaitu bus lokal yang diperluas, mengkombinasikan fasilitas dari dua bus yang lain.

Bus Lokal

Bus yang paling sederhana terdiri atas set kawat/kabel (atau jejak/ trace jika ia diproduksi sebagai bagian dari papan sirkuit). Bus ini disebut local bus (bus lokal), karena ia merupakan bagian dari peralatan yang menggunakan dan mengontrolnya.

Dalam CPU, bus lokal umumnya terbagi dalam tiga jenis, yaitu bus alamat, bus data, atau bus kontrol. Address buses (bus alamat) cenderung dikhususkan untuk suatu tujuan dan biasanya bersifat unidireksional. Ia paling sering mentransfer alamat dari counter program (PC), register stack, atau putaran komputasi alamat ke memori, namun bukan sebaliknya. Data buses (bus data) cenderung bersifat umum dalam penggunaannya dan bersifat bidireksional. Ia bisa membawa data, instruksi, dan juga alamat, dan ia menyampaikan data ke dan dari sistem memori utama, peralatan I/O yang dilengkapkan, dan ALU. Control buses (bus kontrol) membawa signal dari unit kontrol ke komponen lain dari komputer dan kembali ke unit kontrol. Signal kontrol yang ia bawa akan mengontroloperasi dari komponen yang menerima signal tersebut.

Bus Sistem

Bus sistem adalah Bus yang mempunyai putaran kontrol sendiri dan berubah-ubah (menyesuaikan diri) terhadap berbagai komponen, termasuk CPU, yang ingin menggunakannya.

Bus Lokal Yang Diperluas

Expanded local buses (bus lokal yang diperluas), yang kebanyakan dijumpai dalam sistem mikrokomputer, adalah bus lokal dengan ekstensi khusus untuk penggunaan di luar CPU. Ia sarna dengan bus sistem, dalam hal bahwa ia memberikan signal kontrol standart selain memberikan lintasan (pathway) data dan alamat; namun ia bersifat lokal, dalam artian bahwa jam CPU dan sirkuit waktu mengaturnya, sehingga ia merupakan processor-specific.

Referensi

http://wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/36820/%281%29+Organisasi+%26+Arsitektur.ppt         25 Nov 2018 20.31

http://www.elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/index-arkomp.htm              25 Nov 2018 20.43

http://www.elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/index-organisasi_sistem_komputer.htm     25 Nov 2018 21.03

http://ymukhlis.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/folder/0.1            25 Nov 2018 19.43