Arsitektur Von neumann

         1 .   Pengertian Arsitektur von Neumann

            Arsitektur von Neumann (Mesin Von Neumann) adalah arsitektur yang diciptakan oleh John von Neumann (1903-1957). Arsitektur ini digunakan oleh hampir semua komputer saat ini. Dengan unit sederhana ini, sebuah software yang rumit, seperti software pengolah kata Dapat dibuat. Arsitektur Von Neumann menyediakan fitur penyimpanan dan modifikasi program secara mudah.

Mesin von Neumann mempunyai program dan data daerah memory yang sama. Model ini 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

         2.   Diagram Blok Model Von Neuman

      

   Arsitektur Von Neumann terdiri dari 3 elemen sebagai berikut :

o    Prosesor, merupakan pusat dari kontrol dan pemrosesan instruksi pada komputer.

o    Memori, digunakan untuk menyimpan informasi baik program maupun data.

o   Perangkat input-output, berfungsi sebagai media yang menangkap respon dari luar serta menyajikan  informasi keluar sistem komputer.

2.      Cara kerja Model Von Neuman

Cara kerja  arsitektur Model Von Neumann dapat kita lihat pada gambar Diagram Blok. Pada Diagaram Blok  prosesor terdiri atas Unit Kontrol (CU) dan Unit Logika dan Aritmatik (ALU). Memori berfungsi sebagai tempat menyimpan instruksi yang sedang dijalankan oleh prosesor, lalu hasilnya dapat disajikan melalui perangkat input/output.

1.  Memori

o   Memory  digunakan untuk menyimpan informasi baik program maupun data. Peran memori sangat penting supaya program maupun data dapat disimpan pada sistem komputer, sehingga lebih memudahkan dalam pengoperasian komputer. Terdapat dua jenis memori dalam sistem komputer, yaitu memori utama dan memori sekunder.

a.       Memori utama

memori utama berfungsi untuk menyimpan program yang sedang atau akan dijalankan dalam prosesor. Untuk mengimbangi kinerja prosesor yang cenderung sangat cepat, kecepatan akses memori juga harus relatif cepat, meskipun tidak secepat prosesor. Besar kapasitas memori diukur dengan satuan bit atau byte. Satu alamat memori dapat menyimpan 8-32 bit bilangan biner tergantung dari jenis memori.

o   Random Access Memory (RAM)

Random Access Memory  (RAM) memiliki karakteristik akses alamat secara acak untuk menyimpan data dan instruksi program. Struktur RAM terbagi menjadi empat bagian utama, yaitu:

o   Read Only Memory (ROM)

Read Only Memory (ROM)  hanya dapat dibaca saja sehingga program tidak dapat menulis dalam memori ini. Biasanya memori jenis ini sudah terisi dari pabriknya berisi program-program ataupun data. Biasanya program berupa sistem operasi ataupun program bios untuk sebuah sistem komputer yang spesifik.

o   Cache Memory

Cache memory digunakan untuk tujuan mengatasi perbedaan kecepatan antara prosesor dan memori.

b.   Memori Sekunder

Memori sekunder berfungsi untuk menyimpan program maupun data dalam bentuk file dalam ukuran yang cukup besar.

o   Floppy Disk

 Floppy Disk merupakan media penyimpanan eksternal yang bersifat mobile atau dapat dipindah-pindahkan ke tiap komputer. Bentuk fisik floppy disk adalah berbentuk piringan magnetik dan untuk mengoperasikan

o   Hard Disk

Hard disk merupakan media penyimpanan eksternal yang dikhususkan untuk penggunakan tidak mobile atau tidak dapat dipindah-pindahkan. Kecepatan operasi hard disk relatif lebih cepat dibandingkan dengan floppy. Ukuran kecepatan sebuah hard disk tergantung dari kecepatan maksimum bus dan kecepatan putar piringannya yang diukur dengan satuan RPM (Rotation Per Minute). 

o   Optical Disk

Optical disk digunakan media penyimpanan.

o   Magnetic Tape

Magnetic tape merupakan media penyimpanan yang digunakan pada awal munculnya komputer.

o   Smart Card

Smart Card merupakan sistem komputer dengan ukuran kartu nama.

o    Flash Memory

Flash memory merupakan jenis memori utama yang bersifat non-volatile dimana data maupun instruksi dapat disimpan secara permanen meskipun aliran listrik terputus.

o   Online Storage

Online storage merupakan tempat penyimpanan berbasis jaringan komputer, dimana dari sebuah komputer bisa menyimpan data di tempat lain.

2.     Pemrosesan

Unit Pengolah Pusat atau CPU berperanan untuk memproses arahan, melaksanakan pengiraan dan menguruskan laluan informasi menerusi system komputer. Unit atau peranti pemprosesan juga akan berkomunikasi dengan peranti input , output dan storan bagi melaksanakan arahan-arahan .

o   Unit Aritmatika dan Logika, atau Arithmetic Logic Unit (ALU), adalah alat yang melakukan pelaksanaan dasar seperti pelaksanaan aritmatika (tambahan, pengurangan, dan semacamnya), pelaksanaan logis (AND, OR, NOT), dan pelaksanaan perbandingan (misalnya, membandingkan isi sebanyak dua slot untuk kesetaraan).

o   Unit kontrol menyimpan perintah sekarang yang dilakukan oleh komputer, memerintahkan ALU untuk melaksanaan dan mendapat kembali informasi (dari memori) yang diperlukan untuk melaksanakan perintah itu, dan memindahkan kembali hasil ke lokasi memori yang sesuai.

                3.    Masukan dan hasil

I/O membolehkan komputer mendapatkan informasi dari dunia luar, dan menaruh hasil kerjanya di sana, dapat berbentuk fisik (hardcopy) atau non fisik (softcopy). Ada berbagai macam alat I/O, dari yang akrab keyboard, monitor dan disk drive, ke yang lebih tidak biasa seperti webcam (kamera web, pencetak, pemindai, dan sebagainya).

 4.  Instruksi

Perintah  komputer hanya mempunyai dalam jumlah terbatas perintah sederhana yang dirumuskan dengan baik. Perintah biasa yang dipahami kebanyakan komputer ialah "menyalin isi sel 123, dan tempat tiruan di sel 456", "menambahkan isi sel 666 ke sel 042, dan tempat akibat di sel 013", dan "jika isi sel 999 adalah 0, perintah berikutnya anda di sel 345".

                5.  Arsitektur

Komputer kontemporer menaruh ALU dan unit kontrol ke dalam satu sirkuit terpadu yang dikenal sebagai Unit Pemroses Sentral atau CPU. Biasanya, memori komputer ditempatkan di atas beberapa sirkuit terpadu yang kecil dekat UPS. Alat yang menempati sebagian besar ruangan dalam komputer adalah ancilliary sistem (misalnya, untuk menyediakan tenaga listrik) atau alat I/O..

               

6. Program

Program komputer adalah daftar besar perintah untuk dilakukan oleh computer . Banyak program komputer berisi jutaan perintah, dan banyak dari perintah itu dilakukan berulang kali. pemrogram. "Programmer Baik memperkembangkan set-set perintah untuk melakukan tugas biasa (misalnya, menggambar titik di layar) dan lalu membuat set-set perintah itu tersedia kepada programmer lain.

7.      Sistem operasi

Sistem operasi ialah semacam gabungan dari potongan kode yang berguna. Ketika semacam kode komputer dapat dipakai secara bersama oleh beraneka macam program computer. Sistem operasi, menentukan program yang mana dijalankan, kapan, dan alat yang mana (seperti memori atau I/O) yang digunakan.

 3.      Keunggulan dan Kekurangan Model Von Neuman

   a.       Keuntungan dari Von-Neumann Model

 1.      Garis fabrikasi dapat disesuaikan dengan perangkat

 2.      Paket ini dirancang untuk pinout dan kekuatan perangkat

 3.      Jumlah chip memori di komputer adalah independen dari jumlah prosesor

    b.      Kekurangan Von-Neumann Model

1.      Kinerja kesenjangan: CPU (60% setiap tahun) vs DRAM (7% setiap tahun)

2.      Memori Gap Penalti: cache lebih besar (60% on-chip daerah, transistor 90%)

3.      Cache adalah murni mekanisme peningkatan kinerja  Kebenaran tidak  tergantung pada  mereka

4.      Jumlah chip DRAM menyusut untuk konfigurasi PC

5.      Min diperlukan. ukuran memori, berarti aplikasi dan menggunakan OS memori, tumbuh hanya 50 ~     75% dari tingkat kapasitas DRAM.

4.      Contoh Implentasi

Contoh: LC-2 Instruksi ADD  :

• LC-2 memiliki 16-bit instruksi.

Setiap instruksi memiliki opcode empat-bit, bit [15:12].

• LC-2 memiliki delapan register (R0-R7) untuk penyimpanan sementara.

Sumber dan tujuan ADD yang register.

 Contoh: LC-2 LDR Instruksi  :

                Instruksi load - membaca data dari memori

Basis + offset modus:

menambahkan offset ke base register - hasilnya adalah alamat memori

beban dari alamat memori ke tujuan mendaftar