Von Neumann Arsitektur
|
|
2. KOMPONEN Von Neumann Model
|
3. Cara Kerja MEMORI dengan CPU Von Neumann Model
Proses Intruksi 
|  |
4. Cara Kerja CPU data-path
- Simplified x86 data path :
5. Cara Kerja ALU, the Processing Unit
|
|
6.Cara Kerja Control Unit, Cont.
7. Keunggulan dan Kekurangn Model Von Neuman
KEUNGGULAN
A. Ia merupakan komputer stored-program (program tersimpan). Sistem memori
utama menyimpan program yang mengontrol operasinya, dan komputer dapat
mengubah programnya sendiri untuk menambah atau mengurangi data lain
yang ada di dalam memori.
B. Ia menjalankan instruksi secara berurutan.CPU menjalankan,atau setidaknya
akan menjalankan, satu operasi dalam sekali waktu.
C. Ia mempunyai, atau paling tidak akan mempunyai, satu path antara sistem
memoriutamadan unit kontrolCPU;hal ini biasanyadinamakan"vonNeumann
bottleneck."
D. Keuntungan lain dengan arrrsitektur Von Neumann adalah pada fleksibilitas pengalamatan program dan data. Biasanya program selalu ada di ROM dan data selalu ada di RAM. Arsitektur Von Neumann memungkinkan prosesor untuk menjalankan program yang ada didalam memori data (RAM). Misalnya pada saat power on, dibuat program inisialisasi yang mengisi byte di dalam RAM. Data di dalam RAM ini pada gilirannya nanti akan dijalankan sebagai program. Sebaliknya data juga dapat disimpan di dalam memori program (ROM).
Kelemahan
Arsitektur Von Neumann bukan tidak punya kelemahan, diantaranya adalah bus tunggalnya itu sendiri. Sehingga instruksi untuk mengakses program dan data harus dijalankan secara sekuensial dan tidak bisa dilakukan overlaping untuk menjalankan dua isntruksi yang berurutan. Selain itu bandwidth program harus sama dengan banwitdh data. Jika memori data adalah 8 bits maka program juga harus 8 bits. Satu instruksi biasanya terdiri dari opcode (instruksinya sendiri) dan diikuti dengan operand (alamat atau data). Karena memori program terbatas hanya 8 bits, maka instruksi yang panjang harus dilakukan dengan 2 atau 3 bytes. Misalnya byte pertama adalah opcode dan byte berikutnya adalah operand. Secara umum prosesor Von Neumann membutuhkan jumlah clock CPI (Clock per Instruction) yang relatif lebih banyak dan walhasil eksekusi instruksi dapat menjadi relatif lebih lama.
8. Penererpan Model Von Neuman
Contoh penerpannya adalah data look-up-table yang ditaruh di ROM. Data ini ditempatkan di ROM agar tidak hilang pada saat catu daya mati. Pada mikroprosesor Von Neumann, instruksi yang membaca data look-up-table atau program pengambilan data di ROM, adalah instruksi pengalamatan biasa. Sebagai contoh, pada mikrokontroler 8bit Motorola 68HC11 program itu ditulis dengan :
LDAA $4000 ; A <-- $4000
Program ini adalah instruksi untuk mengisi accumulator A dengan data yang ada di alamat 4000 (ROM).
Instruksi tersebut singkat hanya perlu satu baris saja. Pada prinsipnya, kode biner yang ada di ROM atau di RAM bisa berupa program dan bisa juga berupa data.
Keuntungan utama dari arsitektur akses simultan murni Harvard untuk lebih dari satu memori sistem-telah dikurangi oleh prosesor modern yang dimodifikasi Harvard menggunakan CPU Cache sistem. Relatif murni arsitektur Harvard mesin digunakan terutama dalam aplikasi mana pengorbanan, seperti biaya dan penghematan daya dari menghilangkan cache, melebihi hukuman pemrograman dari memiliki kode yang berbeda dan ruang data alamat.
HARDVARD ARSITEKTUR
DIAGRAM BLOK ARSITEKTUR HARDVARD
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 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.
8. Cara Kerja
8. Keuntungan dan Kekurangan
Keuntungan utama dari arsitektur akses simultan murni Harvard untuk lebih dari satu memori sistem-telah dikurangi oleh prosesor modern yang dimodifikasi Harvard menggunakan CPU Cache sistem. Relatif murni arsitektur Harvard mesin digunakan terutama dalam aplikasi mana pengorbanan, seperti biaya dan penghematan daya dari menghilangkan cache, melebihi hukuman pemrograman dari memiliki kode yang berbeda dan ruang data alamat.
- Prosesor sinyal digital (DSP) umumnya mengeksekusi kecil, sangat-dioptimalkan audio atau algoritma pemrosesan video. Mereka menghindari cache karena perilaku mereka harus sangat direproduksi. Kesulitan mengatasi beberapa ruang alamat menjadi perhatian sekunder untuk mempercepat eksekusi. Akibatnya, beberapa DSPs memiliki beberapa data yang kenangan dalam ruang alamat yang berbeda untuk memfasilitasi SIMD dan VLIW pengolahan. Texas Instruments TMS320 C55x prosesor, sebagai salah satu contoh, memiliki beberapa bus data paralel (dua menulis, tiga baca) dan satu bus instruksi.
- Microcontrollers ditandai dengan memiliki sejumlah kecil program ( flash memory ) dan data ( SRAM ) memori, dengan cache tidak, dan mengambil keuntungan dari arsitektur Harvard untuk kecepatan pemrosesan dengan instruksi bersamaan dan mengakses data. Penyimpanan terpisah berarti kenangan program dan data dapat memiliki kedalaman sedikit berbeda, misalnya dengan menggunakan 16-bit instruksi dan data lebar lebar 8-bit. Mereka juga berarti bahwa prefetch instruksi dapat dilakukan secara paralel dengan kegiatan lain. Contoh termasuk, AVR dengan Atmel Corp , yang PIC oleh Microchip Technology, Inc dan ARM Cortex-M3 prosesor (tidak semua chip ARM memiliki arsitektur Harvard).
Tetapi ada juga kekurangannya, arsitektur Harvard tidak memungkinkan untuk menempatkan data pada ROM. Kedengarannya aneh, tetapi arsitektur ini memang tidak memungkinkan untuk mengakses data yang ada di ROM. Namun hal ini bisa diatasi dengan cara membuat instruksi dan mekanisme khusus untuk pengalamatan data di ROM. Mikroprosesor yang memiliki instruksi seperti ini biasanya disebut ber-arsitektur Modified Harvard.
8. Implementasi
Sebagai contoh, mikrokontroler Intel keluarga MCS-51 menggunakan arsitektur Havard karena ada perbedaan kapasitas memori untuk program dan data, dan bus terpisah (internal) untuk alamat dan data. Begitu juga dengan keluarga PIC dari Microchip yang menggunakan arsitektur Havard.
Intel MCS-51
Instruksi pada MCS-51 termasuk Intel 80C51, P87CLXX dari Philips dan Atmel AT89LSXX. Tetapi instruksi itu keseluruhannya menjadi program yang lebih panjang seperti contoh program dengan 80C51 berikut ini.
MOV DPTR,#4000 ;DPTR = $4000
CLR A ;@A = 0
MOVC A,@A+DPTR ;A <-- (DPTR+@A)
Urutan program di atas adalah :
1. load/isi data pointer dengan #4000
2. set accumulator A = 0 sebagai offset
3. load/isi accumulator A dengan data di alamat 4000+offset
Bandingkan dengan instruksi 68HC11 yang cukup dengan satu instruksi LDAA $4000.
Seperti yang dikemukan pada tulisan ini, Arsitektur Harvard dan Von Neuman keduanya memiliki kelebihan sekaligus juga kekurangan. Dalam memilih prosesor tentu saja tidak hanya dengan mempertimbangkan arsitekturnya. Motorola dengan varian singlechip-nya ada yang dilengkapi dengan konventer A/D dan D/A, PWM control, port I/O, EEPROM dan sebagainya. Tetapi tidak ketinggalan juga keluarga Intel 80C51 dan klonnya, memperkenalkan bus serial I2C yang sangat praktis untuk penambahan devais eksternal. Intel based MCS-51 adalah arsitektur yang paling banyak diadopsi misalnya oleh Philips dan Atmel, sehingga kompatibilitas diantaranya semakin besar.
Karena desain arsitektur yang demikian, jumlah siklus mesin (machine cycle) per instruksi keluarga 68HC05/11 relatif lebih banyak dari keluarga 80C31/51. Misalnya instruksi 68HC05 Motorola untuk program percabangan, seperti contoh dibawah ini diselesaikan dengan 6 siklus mesin.
Motorola 68HC05/11 :
DECX
BNE LOOP
Intel 80C31/51 :
DJNZ R0,LOOP
Dibandingkan dengan 80C51 Intel, instruksi yang sama dapat diselesaikan dengan 2 siklus mesin saja.
Namun demikian satu siklus instruksi, kecepatannya ditentukan juga oleh peran kristal/osilator. Satu siklus mesin mikrokontroler Motorola adalah frekuensi kristal dibagi 4 sedangkan untuk Intel dibagi 12. Sehingga jika menggunakan kristal yang sesuai, program percabangan itu dapat diselesaikan oleh kedua contoh mikrokontroler di atas dalam waktu yang relatif sama.
DAFTAR PUSTAKA
http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2009/01/mikrokontroler-arsitektur-von-neumann-vs-harvard/
http://www.c-jump.com/CIS77/CPU/VonNeumann/lecture.html
http://bebas.ui.ac.id/v06/Kuliah/SistemOperasi/BUKU/SistemOperasi-4.X-1/ch01s04.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Arsitektur_von_Neumann
http://id.wikipedia.org/wiki/Sejarah_komputer
http://blog.rian.web.id/komputasi_dengan_parallel_processing.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_architecture
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.faqs/ka3839.html
http://id.edaboard.com/topic-3952270.0.html
http://setiawan.blog.uns.ac.id/?p=54
http://putri-resti.blogspot.com/2010/05/cloud-computing-dan-contoh.html
http://ilhamsk.com/pengantar-komputasi-modern/
http://ndoware.com/arsitekturhavarddanvonneumann.html
1 comment
Penjelasannya cukup jelas dan membuat saya jadi lebih paham tetang alur skema komputer.
Posting Komentar