Arsitektur Komputer

Arsitektur von 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.

Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer dengan empat bagian utama: Unit Aritmatika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian ini dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”

                                                                          Diagram Blok 

                                                   CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU)

Arsitektur dasar mesin tipe von  neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. 3 bagian fundamental tersebut adalah:

                                                            Sebuah mesin tipe von neumann

 Cara Kerja

Program disimpan dalam unit memori utama yang berhadapan dengan piranti I/O melalui CPU. CPU membaca dari atau menulis ke memori, dengan mengirimkan alamat word ke unit memori melalui
bus address kemudian menerima atau mengirimkan data melalui bus data. Data dipertukarkan antara CPU dan Unit I/O juga dengan menggunakan  bus data. Operasi disinkronisasikan oleh dua  bus control dengan sinyal kendali yang dikirimkan oleh CPU dan sinyal acknowledgment serta sinyal interupsi yang diterima oleh CPU.

'Gambar diatas disebut jalur data dan berisi register-register (terutama 1 sampai 32), ALU (Arithmetic Logic Unit) dan beberapa bus yang menghubungkan bagian-bagian tersebut. Register-register tersebut melengkapi dua register untuk input ALU, yang dalam gambar diberi label A dan B. Register-register ini menyimpan input
ALU sementara ALU menjalankan fungsi perhitungan.

ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

Ide mengenai satu adder umum yang mampu menambahkan dua register bersama-sama dan menyimpan hasilnya dalam register lainnya merupakan prinsip yang mendasar pada ALU. Sehingga ALU didefinisikan sebagai sebuah unit yang berisi sirkuit untuk menjalankan sekumpulan operasi mikro aritmatika dan logika.

Fungsi Aritmatika pada sebuah ALU biasanya mencakup integer, floating-point (real) dan desimal berkode biner. Disini operasi yang terjadi adalah penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian.
Fungsi Logika pada ALU lebih sederhana. Untuk segala operasi logika yang ingin diterapkan, maka hanya perlu memuat sejumlah n gerbang logika tertentu untuk operasi tersebut (satu untuk setiap pasangan bit input). Selain itu pula ALU dapat digunakan sebagai  Pergeseran, dengan menerapkan sirkuit geser kombinasional yang  dikenal sebagai skalar posisi. Karena kita ingin menjalankan pergeseran bersamaan dengan fungsi aritmatika atau logika, seperti pada perkalian atau pengepakan string, maka akan lebih efisien untuk men-set penggeser diluar ALU. Dengan cara ini dapat ditambahkandua angka dan menggeser seluruh hasil dalam satu langkah daripada meneruskan hasilnya ke input  ALU lagi dan kemudian mensetup ALU untuk menggeser angka tersebut. 

Implementasi dari arsitektur von neumaan ini yaitu pada keluarga 68HC05 dan 68HC11 dan motorola

arsitektur von neumann adalah arsitektur komputer yang menempatkan program (ROM = Random Only Memory) dan data (RAM= Random Acses memory) dalam peta memory yang sama.arsitektur ini memiliki addres dan data bus tunggal untuk mengalamati program instruksi dan data

Keunggulan dan Kekurangan dari Arsitektur von neumaan

dengan arsitektur von neumann prosesor tidak perlu membedakan program dan data. prosesor tipe ini tidak memerlukan control bus tambahan berupa pin I/O khusu untuk membedakan program dan data, karna kemudahan ini tidak terlalu sulit bagi prosesor yang beraksitektur Von Neumann untuk menambahkan pheriperalexsternal seperti A/D converter, LCD, EEPROM dan devies I/O lainnya.

Von Neumann Non Arsitektur
 
Salah satu contoh adalah arsitektur MIMD Beberapa instruksi / data Beberapa Beberapa prosesor berjalan secara paralel Contoh lain adalah Komputer Analog, Komputer Optik, Komputer Quantum, Prosesor your, DNA, Neural Nets (di Silicon). 
Kebanyakan non Von Neumann model mendistribusikan komputasi diantara unit pengolahan - untuk FPGA contoh atau jaringan saraf. Contoh-contoh tipikalnya adalah terinspirasi alami genetik, DNA dan Neural Nets. Mereka dapat dianggap sebagai program komputer kelas idealnya cocok untuk komputasi paralel.Pada prinsipnya setiap Von Neumann Non representasi adalah Turing lengkap, dan dapat melakukan perhitungan sewenang-wenang.

Arsitektur Harvard
Mikrokontroler yang menggunakan arsitektur ini memiliki dua bus yang berbeda. Satu bus 8-bit dan menghubungkan CPU ke RAM. Yang lain terdiri dari beberapa jalur (12, 14 atau 16) dan menghubungkan CPU ke ROM. Dengan demikian, CPU dapat membaca instruksi dan mengakses memori data pada saat yang bersamaan. Karena semua register memori RAM lebarnya 8-bit, semua pertukaran data dalam mikrokontroler menggunakan format yang sama, sehingga selama eksekusi penulisan data, hanya 8-bit yang diperhatikan. Dengan kata lain, yang perlu Anda perhatikan saat merancang program adalah lebar data yang bisa dipertukarkan atau diproses hanya selebar 8-bit, ya hanya selebar 8-bit saja.
Program yang Anda buat untuk beberapa mikrokontroler ini akan tersimpan di dalam ROM internal (Flash ROM) setelah dilakukan kompilasi ke bahasa mesin. Lokasi memori ini dinyatakan dalam 12, 14 atau 16-bit. Sebagian dari bit, 4, 6 atau 8-bit digunakan sebagai instruksinya sendiri dan diikuti dengan data 8-bit.
Kelebihan-kelebihan:

• Semua data di dalam program selebar 1 byte (8-bit). Karena bus data yang digunakan dalam pembacaa program memiliki beberapa jalur (12, 14 atau 16), instruksi dan data dapat dibaca dibaca sekaligus. Dengan demikian, semua instruksi dapat dieksekusi hanya dengan satu siklus instruksi, kecuali instruksi lompat (jump) yang dieksekusi dalam dua siklus.
• Kenyataan bahwa program (ROM) dan data sementara (RAM) terpisah, CPU dapat mengeksekusi dua instruksi sekaligus. Gampangnya, selama proses pembacaan dan penulisan RAM (akhir dari suatu instruksi), instruksi berikutnya dibaca melalui bus yang lain.
• Jika menggunakan mikrokontrole menggunakan arsitektur Von-Neumann kita tidak bisa tahu seberapa banyak memori yang dibutuhkan oleh beberapa instruksi. Pada dasarnya, masing-masing instruksi program membutuhkan dua lokasi memori (satu mengandung instruksi APA yang harus dilakukan, sedangkan sisanya mengandung informasi data YANG MANA akan diproses).

Pada mikrokontroler dengan arsitektur Harvard, bus program biasanya lebih dari 1 byte, yang membolehkan masing-masing word mengandung instruksi dan data, dengan kata lain satu word - satu instruksi.