ORGANISASI
KOMPUTER
“ARSITEKTUR
VON NEUMANN”
Oleh:
Nama : Nur fadilah
Nim : 1229041028
Kelas : PTIK 04
PENDIDIKAN
TEKNIK INFORMATIKA DAN KOMPUTER
JURUSAN
PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS
TEKNIK
UNIVERSITAS
NEGERI MAKASSAR
2013/2014
ORGANISASI
KOMPUTER
“ARSITEKTUR
VAN NEUMANN”
A.
PENGERTIAN
ARSITEKTUR VAN NEUMANN
Arsitektur von Neumann
(atau Mesin Von Neumann) adalah arsitektur
yang diciptakan oleh John von Neumann
(1903-1957). Arsitektur ini digunakan oleh hampir semua komputer
saat ini.
Kunci
utama arsitektur von Neumann adalah unit pemrosesan sentral (CPU), yang
memungkinkan seluruh fungsi komputer untuk dikoordinasikan melalui satu sumber
tunggal.
Gambar
2.1
Arsitekture
van neumann
Arsitektur
Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama:
·
Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan instruksi pada
komputer.
·
Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik program maupun data.
·
Perangkat input-output, berfungsi sebagai media yang menangkap respon dari luar serta
menyajikan informasi keluar sistem computer.
B. CARA
KERJA MESIN VON NEUMANN
Kita
dapat menganggap mesin Von Neumann sebagai komputer abstraksi yang menjalankan
instruction, yaitu nilai dalam memori yang memberitahu computer mengenai
operasi yang akan dijalankannya.
Setiap
instruksi mempunyai set instruction field (field instruksi), yang isinya
memberikan detail tertentu untuk mengontrol unit, dan setiap instruksi
mempunyai instruction format (format instruksi)-nya sendiri, yang merupakan
cara penempatan field dalam memori. Instruction size (ukuran instruksi) adalah
jumlah unit memori (biasanya diukur dalam byte) yang digunakan oleh instruksi.
Untuk
instruksi yang beroperasi pada data (contohnya instruksi aritmetik, logika,
shift, karakter dan string), datanya merupakan operand bagi operasi, dan urutan
item data tempat beroperasinya CPU adalah data stream.
Instruction
set dari computer adalah set instruksi yang dapat dijalankan oleh komputer.
Setiap komputer mempunyai set instruksi sendiri. Setiap instruksi mempunyai operation
code (op code), yaitu kode angka yang biasanya bisa dijumpai pada field pertama
dari instruksi, yang memberitahu computer mengenai operasi yang akan
dijalankannya.
Field
instruksi yang lain memberitahu komputer mengenai register yang akan digunakan,
jumlah dan jenis data argumen, (misalnya, untuk operasi aritmetik dan logika),
dan spesifikasi untuk alamat operand. Instruksi juga memberitahu komputer
mengenai bit status prosesor yang akan diuji atau disusun dan mengenai apa yang
harns dilakukan terhadapnya jika terjadi kesalahan. (Bit status prosesor,
yang juga disebut
flag, adalah register
I-bit khusus yang
ada dalam CPU).
Program
adalah urutan instruksi yang akan
dijalankan komputer. Setiap instruksi mempunyai urutan logis dalam program,
yang disebut logical address. Bila program berada dalam memori utama, maka
setiap instruksi juga mempunyai physical address.
C. CARA
KERJA ARSITEKTURE VAN NEUMANN
·
Mereka mendistribusikan pemrosesan ke
sejumlah hardware.
·
Mereka beroperasi secara.bersama-sama
pada beberapa elemen data yang berbeda.
·
Mereka menjalankan komputasi yang sarna
pada semua e1emen data.
D. LANGKAH
KERJA VON NERUMANN
·
Pada
waktu mesin van Neumann
menjalankan suatu program,
maka ia menjalankan instruksi satu per satu secara urut,
kecuali jika ada satu instruksi yang memberita bukan computer untuk tidak
mematuhi urutan tersebut (rnisalnya, instruksi cabang).
·
Urutan instruksi yang dijalankan
komputer adalah instruction stream.
·
Untuk menjaga track instruksi dalam
memori, mesin von Neumann menggunakan PC.
·
PC ini “pointsto” (menyimpan alamat
dari) instruksi berikutnya yang akan dijalankan. Selama operasi biasa, unit
control menjalankan urutan dua operasi dasar secara terus menerus: instruction
fetch dan instruction execution. Urutan ini dinamakan von Neumann machine
cycle. Selama instruction fetch (penjemputan instruksi), unit control menjemput
instruksi berikutnya dari memori utama dengan menggunakan alamat yang disimpan
dalam PC, dan ia menaikkan PC. Oleh
karena itu, setelah
penjemputan instruksi, PC
menyimpan alamat dari
instruksidalam memori yang akan dijalankan CPU berikutnya. Unit kontrol
kemudian menjalankan instruksi pada saat itu, yaitu instruksi yang baru saja
dijemput. Selama eksekusi (penjalanan instruksi), CPU pertama kali akan
menguraikan kode (decode) instruksi tersebut dan menentukan operasi apa yang
akan di jalankan. Ia kemudian menjalankan operasi. Yang terakhir, bila ia telah
selesai menjalankan instruksi, ia
memulai siklus penjemputan
lagi dengan menjemput
instruksi berikutnya dari memori.
Setiap computer mengimplementasikan setinstruksi.
Manual yang menjelaskan set
instruksi computer disebut (menurut berbagai perusahaan komputer)” Principles
of Operation”, Hardware References”, Architecture References”, dan “System
References” .Untuk meningkatkan kecepatan eksekusi, arsitek biasanya menerapkan
arsitektur Von Neumann dengan
prosesor pipelined. Arsitek
juga menggunakan beberapa
unit aritmetik untuk meningkatkan kecepatan CPU, dan ia
menyertakan buffer (memori berkecepatan tinggi tingkat menengah), agar
kecepatan prosesor sesuai dengan kecepatan memori.
E. KEUNGGULAN
DAN KELEMAHAN ARSITEKTUR VAN NEUMAN
1. Keunggulan
Von Neumann
•
Mikroprosesor kecepatan telah meningkat
dengan faktor 1000 +.
•
Program lokalitas.
•
Eksploitasi Program lokalitas melalui
memori
•
Mempunyai hirarki
2. Kekurangan
Von Neumann
Ada kelemahan
untuk desain Von Neumann. Selain hambatan Von Neumann dijelaskan di bawah
ini, modifikasi program
dapat cukup berbahaya,
baik oleh kecelakaan
atau desain. Dalam beberapa program yang disimpan desain
sederhana komputer, sebuah program tidak berfungsi dapat merusak dirinya
sendiri, program lain, atau sistem operasi mungkin mengarah kepada kerusakan
computer, pelindung memori atau yang lainnya dari kontrol akses biasanya dapat
melindungi terhadap kedua disengaja dan modifikasi program berbahaya
F. CONTOH
IMPLEMENTASI VON NEUMANN
Arthur Burks dan lain-lain di perpanjang
karya von Neumann, memberikan banyak dan lebih jelas set lengkap detail
mengenai desain dan operasi dari von Neumann diri replikator. Pekerjaan JW
Thatcher sangat penting, karena ia sangat disederhanakan desain Namun,
pekerjaan mereka tidak
menghasilkan desain yang
lengkap, sel demi
sel, dari konfigurasi
yang mampu menunjukkan
diri-replikasi.
Renato
Nobili dan Umberto
Pesavento diterbitkan pertama
dilaksanakan sepenuhnya
mereproduksi dirinya sendiri selular robot pada tahun 1995, hampir lima puluh
tahun setelah bekerja von Neumann. Mereka menggunakan 32-negara seluler robot
bukan asli von Neumannspesifikasi 29-negara , memperluas untuk memungkinkan
lebih mudah menyeberangi sinyal-dan desain lebih kompak. Mereka juga
menerbitkan sebuah implementasi konstruktor umum dalam 29-keadaan semula CA
tapi tidak salah mampu replikasi lengkap – konfigurasi tidak dapat menduplikasi
kaset nya, juga tidak dapat memicu keturunannya; konfigurasi hanya dapat
membangun.
Pada tahun 2007, diterbitkan Nobili
implementasi 32-negara yang menggunakan run-length encoding untuk sangat
mengurangi ukuran rekaman itu Pada tahun 2008, William R. Buckley diterbitkan
dua konfigurasi yang replikator diri dalam keadaan semula 29-CA dari von
Neumann. Buckley mengklaim bahwa persimpangan sinyal dalam von Neumann
29-selular automata negara tidak perlu konstruksi diri-replikator. Buckley juga
menunjukkan bahwa untuk tujuan evolusi, replikator masing-masing harus kembali
ke konfigurasi semula setelah replikasi, agar mampu (dalam teori) membuat lebih
dari satu salinan. Sebagai diterbitkan, desain tahun 1995 Nobili-Pesavento
tidak memenuhi persyaratan ini tetapi desain 2007 dari Nobili tidak; yang sama
juga berlaku konfigurasi Buckley. Pada tahun 2004, D. Mange dkk, elaporkan
pelaksanaan replikator diri yang konsisten dengan desain dari von Neumann. Pada
tahun 2009, diterbitkan dengan Buckley Waduh konfigurasi ketiga untuk von
Neumann 29- negara otomata selular, yang dapat melakukan baik holistik
self-replikasi, atau self-replikasi oleh konstruksi parsial. This configuration
also demonstrates that signal crossing is not necessary to the construction of
self-replicators within von Neumann 29-state cellular automata. Konfigurasi ini
juga menunjukkan bahwa persimpangan sinyal tidak diperlukan untuk pembangunan
diri replikator dalam von Neumann 29-negara selular automata. CL Nehaniv pada
tahun 2002, dan juga pada tahun 2004,
mengusulkan sebuah konstruktor yang universal langsung diimplementasikan pada
sebuah robot seluler asynchronous, bukan atas sinkron otomat seluler.
G. MESIN
NON VON NEUMANN
Tidak semua komputer merupakan mesin von
Neumann. Flynn, pada tabun 1966, mengklasifIkasikan arsitektur komputer menurut
berbagai sifatnya, yang meliputi jumlah prosesor, jumlah program yang dapat
dijalankan, dan struktur memori. KlasifIkasinyaitu mencakup kategori berikut :
·
Single instruction stream, single data
stream (SISD)/satu aliran instruksi,satu aliran data Arsitektur von Neumann
termasuk dalam klasifIkasi ini. Komputer SISD mempunyaisatu CPU yang
menjalankansatu instruksipadasekali waktu (oleh karenanya disebut aliran
instruksi tunggal) dan menjemput atau menyimpan satu item data pada sekali
waktu (oleh karenanya disebut aliran data tunggal)
·
Single instruction stream, multiple data
stream (SIMD)/ satu aliran instruksi, beberapa aliran data Array prosesor
tennasuk dalam kategori ini. Mesin SIMD mempunyai sebuah CU yang beroperasi
seperti mesin Von Neumann (yaitu, ia menjalankan satu aliran instruksi), namun
mesin SIMD mempunyai lebih dari satu PE. CU menghasilkan signal kontrol untuk
semua PE, yang menjalankan operasi yang sama, biasanya pada lockstep, pada item
data yang berbeda (oleh karenanya disebut aliran data banyak).
·
Multiple instruction stream, single data
stream (MISD)/ beberapa a1iran instruksi, satu aliran data. Secara logis, mesin
dalam kelompok ini akan menjalankan berbagaiprogram pada itemdatayang sama.
Sekarang, telah ada mesin jenis ini, walaupun beberapa sistem MIMD bisa digunakan
dengan cara ini.
·
Multiple instruction stream, multiple
data stream (MIMD)/ beberapa aliran instruksi, beberapa aliran data. Mesin MIMD
juga disebut multiprosesor.Ia mempunyailebih dari satu
prosesor independen,dan
setiap prosesor dapat
menjalankan program yang
berbeda (oleh karenanya disebut aliran data banyak) pada
datanya sendiri (oleh karenanya disebut aliran data banyak).
Note
: Mesin SIMD dan MIMD adalah parallel processor (prosesor paralel), karena
mereka beroperasi secara paralel pada lebih dari satu data sekali waktu.
Arsitektur multiprosesor dapat dibagi menjadi dua kategori, didasarkan pada
susunan sistem memorinya:
·
Global
memory (GM) system
architecture!arsitektur sistem memori
global. Satu sistemmemoriglobaldigunakanbersamaoleh
semuaprosesor. Arsitektur komputer berunjuk kerja tinggi pada saat ini adalah
dari jenis ini, dan ketiga arsitektur yang ada berdasarkan gambar diatas
·
Local-memory (LM) system architecture !arsitektur
system memori lokal. Disini, satu system penyimpanan digunakan
untuk setiap prosesor.
Multi prosesor dengan LM
mungkin juga mempunyai GM dan juga
disebut multiple processor.
·
Pada saat sekarang ini kita akan
membahas tentang SIMD (Single instruction stream, multiple data stream).
H. ARSITEKTUR
VAN NEUMANN VS ARSITEKTUR HARVAD
Ada
dua kelas utama dari arsitektur komputer, yaitu ‘arsitektur Havard’ dan
‘arsitektur Von Neumann (atau Princeton). Banyak desain khusus mikrokontroler
dan DSP Banyak desain khusus mikrokontroler dan DSP
(Digital Signal Processor) menggunakan
arsitektur Havard.
Gambar 1.2
Perbedaan arsitektur van Neumann dan harvad
1. Arsitektur
Harvard
Arsitektur
Havard menggunakan memori terpisah untuk program dan data dengan alamat dan bus
data yang berdiri sendiri. Karena dua perbedaan aliran data dan alamat, maka
tidak diperlukan multiplexing alamat dan bus data.
Arsitektur
ini tidak hanya didukung dengan bus paralel untuk alamat dan data, tetapi juga
menyediakan organisasi internal yang berbeda sedemikian rupa instruksi dapat
diambil dan dikodekan ketika dan data, tetapi juga menyediakan organisasi
internal yang berbeda sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan
ketika berbagai data sedang diambil dan dioperasikan.
Lebih
lanjut lagi, bus data bisa saja memiliki ukuran yang berbeda dari bus alamat.
Hal ini memungkinkan pengoptimalan bus data dan bus alamat dalam pengeksekusian
instruksi yang cepat. Sebagai contoh, mikrokontroler Intel keluarga MCS-51
menggunakan arsitektur Havard karena ada perbedaan kapasitas memori
untukprogram dan data, dan bus terpisah (internal) untuk alamat dan data.Begitu juga dengan keluarga
PIC dari Microchip yang menggunakan arsitektur Havard
2. Arsitektur
van Neumann
Pada arsitektur Von Neumann, program dan
data dibagi pada ruang memori yang sama. Arsitektur Von Neumann menyediakan
fitur penyimpanan dan modifikasi program secara mudah.
Bagaimanapun,penyimpanan program tidak
mungkin optimal dan membutuhkan berbagai pengumpulan program dan data
membutuhkan berbagai pengumpulan program dan data untuk membentuk instruksi.
Pengumpulan program dan data
diselesaikan menggunakan time division multiplexing yang akan berpengaruh pada
performa mikrokontroler itu sendiri. Salah satu contoh mikrokontroler yang
menggunakanarsitektur Von Neumann (princeton) adalah Motorola
68HC11.
DAFTAR
PUSTAKA
http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20100515003710AAge3QF
http://en.wikipedia.org/wiki/ARCHITECTURE_VAN_NEUMAN
http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_architecture
http://en.wikipedia.org/wiki/Von_Neumann_universal_constructor
http://www.cs.nsu.edu/courses/csc295/CSC295-Multithreading.pdf
http://www.dnull.com/cpu/
v
4 komentar:
Terima kasih
Mabes was here
sngt mmbntu jangan lupa kunjungi zonahen.com
Bagaimana kondisi jika salah satu bagian pada arsitektur Von Neumann tidak terpenuhi ?
tolong dijawab
Posting Komentar