Program komputer

Kode sumber untuk program komputer yang ditulis dalam bahasa JavaScript. Program ini mendemonstrasikan metode appendChild(). Metode tersebut menambahkan simpul anak baru ke simpul induk yang sudah ada. Metode ini umum digunakan untuk memodifikasi struktur dokumen HTML secara dinamis.

Program komputer adalah urutan atau sekumpulan instruksi dalam suatu bahasa pemrograman yang harus dijalankan oleh komputer. Program komputer merupakan salah satu komponen perangkat lunak, yang juga mencakup dokumentasi dan komponen tak berwujud lainnya.

Program komputer dalam bentuk yang dapat dibaca manusia disebut kode sumber. Kode sumber memerlukan program komputer lain untuk menjalankannya karena komputer hanya dapat menjalankan instruksi mesin aslinya. Oleh karena itu, kode sumber dapat diterjemahkan menjadi instruksi mesin menggunakan kompilator yang ditulis untuk bahasa tersebut. (Program dalam bahasa rakitan diterjemahkan menggunakan assembler.) Berkas yang dihasilkan disebut berkas dapat dieksekusi. Sebagai alternatif, kode sumber dapat dijalankan di dalam interpreter yang ditulis untuk bahasa tersebut.

Jika berkas dapat dieksekusi diminta untuk dijalankan, sistem operasi memuatnya ke dalam memori dan memulai sebuah proses. Unit pemrosesan pusat kemudian akan segera beralih ke proses tersebut sehingga dapat mengambil, mendekode, lalu menjalankan setiap instruksi mesin.

Jika kode sumber diminta untuk dijalankan, sistem operasi memuat interpreter yang sesuai ke dalam memori dan memulai sebuah proses. Interpreter kemudian memuat kode sumber ke dalam memori untuk menerjemahkan dan menjalankan setiap pernyataan. Menjalankan kode sumber lebih lambat daripada menjalankan berkas dapat dieksekusi. Selain itu, interpreter harus terpasang pada komputer.

Program komputer yang ditulis dalam bahasa imperatif

Bahasa imperatif menentukan algoritma berurutan menggunakan deklarasi, ekspresi, dan pernyataan:

• Sebuah deklarasi memperkenalkan nama variabel ke dalam program komputer dan menetapkannya pada tipe data tertentu – misalnya: var x: integer;
• Sebuah ekspresi menghasilkan suatu nilai – misalnya: 2 + 2 menghasilkan 4
• Sebuah pernyataan dapat menetapkan suatu ekspresi ke variabel atau menggunakan nilai variabel untuk mengubah alur kontrol program – misalnya: x := 2 + 2; if x = 4 then do_something();

FORTRAN (1958) diperkenalkan sebagai "The IBM Mathematical FORmula TRANslating system". Bahasa ini dirancang untuk perhitungan ilmiah, tanpa fasilitas penanganan string. Selain deklarasi, ekspresi, dan pernyataan, bahasa ini mendukung:

• larik.
• Subrutin.
• "do" loop.

Bahasa ini berhasil karena:

• biaya pemrograman dan debugging lebih rendah daripada biaya menjalankan komputer.
• didukung oleh IBM.
• aplikasi pada saat itu bersifat ilmiah.

Namun, vendor non-IBM juga menulis kompilator Fortran, tetapi dengan sintaks yang kemungkinan gagal dikompilasi oleh kompilator IBM. American National Standards Institute (ANSI) mengembangkan standar Fortran pertama pada 1966. Pada 1978, Fortran 77 menjadi standar hingga 1991. Fortran 90 mendukung:

• rekaman.
• pointer ke larik.

COBOL (1959) merupakan singkatan dari "COmmon Business Oriented Language". Fortran memanipulasi simbol. Segera disadari bahwa simbol tidak harus berupa angka, sehingga string diperkenalkan. Departemen Pertahanan Amerika Serikat memengaruhi pengembangan COBOL, dengan Grace Hopper sebagai salah satu kontributor utama. Pernyataannya menyerupai bahasa Inggris dan bersifat panjang. Tujuannya adalah merancang bahasa agar manajer dapat membaca program. Namun, kurangnya pernyataan terstruktur menghambat tujuan tersebut.

Pengembangan COBOL dikendalikan secara ketat, sehingga tidak muncul dialek-dialek yang memerlukan standar ANSI. Akibatnya, COBOL tidak mengalami perubahan selama 15 tahun hingga 1974. Versi tahun 1990-an memang membuat perubahan penting, seperti pemrograman berorientasi objek.

ALGOL (1960) merupakan singkatan dari "ALGOrithmic Language". Bahasa ini memiliki pengaruh besar terhadap desain bahasa pemrograman. Dikembangkan oleh komite ahli bahasa pemrograman dari Eropa dan Amerika, bahasa ini menggunakan notasi matematika standar serta memiliki desain yang mudah dibaca dan terstruktur. Algol merupakan bahasa pertama yang mendefinisikan sintaksnya menggunakan bentuk Backus–Naur. Hal ini menghasilkan kompilator terarah sintaks. Bahasa ini menambahkan fitur seperti:

• struktur blok, tempat variabel bersifat lokal terhadap bloknya.
• larik dengan batas yang dapat berubah.
• "for" loop.
• fungsi.
• rekursi.

Keturunan langsung Algol mencakup Pascal, Modula-2, Ada, Delphi dan Oberon pada satu cabang. Pada cabang lainnya, keturunannya mencakup C, C++ dan Java.

BASIC (1964) merupakan singkatan dari "Beginner's All-Purpose Symbolic Instruction Code". Bahasa ini dikembangkan di Dartmouth College agar semua mahasiswanya dapat mempelajarinya. Jika seorang mahasiswa tidak melanjutkan ke bahasa yang lebih kuat, ia tetap akan mengingat Basic. Sebuah interpreter Basic dipasang pada komputer mikro yang diproduksi pada akhir 1970-an. Seiring pertumbuhan industri komputer mikro, bahasa tersebut juga berkembang.

Basic memelopori sesi interaktif. Bahasa ini menyediakan perintah sistem operasi di dalam lingkungannya:

• Perintah 'new' membuat keadaan kosong.
• Pernyataan dievaluasi segera.
• Pernyataan dapat diprogram dengan menambahkan nomor baris di depannya.
• Perintah 'list' menampilkan program.
• Perintah 'run' menjalankan program.

Namun, sintaks Basic terlalu sederhana untuk program berukuran besar. Dialek-dialek terbaru menambahkan struktur dan ekstensi berorientasi objek. Microsoft Visual Basic masih banyak digunakan dan menghasilkan antarmuka pengguna grafis.

Bahasa pemrograman C (1973) mendapatkan namanya karena bahasa BCPL digantikan oleh B, dan AT&T Bell Labs menyebut versi berikutnya "C". Tujuannya adalah menulis UNIX sistem operasi. C merupakan bahasa yang relatif kecil sehingga memudahkan penulisan kompilator. Pertumbuhannya mengikuti perkembangan perangkat keras pada 1980-an. Pertumbuhannya juga disebabkan oleh fasilitas yang dimilikinya dari bahasa rakitan, tetapi menggunakan sintaks tingkat tinggi. Bahasa ini menambahkan fitur-fitur tingkat lanjut seperti:

• assembler inline
• aritmetika pada pointer
• pointer ke fungsi
• operasi bit
• penggabungan bebas operator kompleks

Peta memori komputer

C memungkinkan pemrogram mengendalikan wilayah memori tempat data disimpan. Variabel global dan variabel statis memerlukan jumlah siklus clock paling sedikit untuk disimpan. Stack digunakan secara otomatis untuk deklarasi variabel standar. Memori heap dikembalikan ke variabel pointer dari fungsi malloc().

• Wilayah data global dan statis terletak tepat di atas wilayah program. (Wilayah program secara teknis disebut wilayah text. Di sinilah instruksi mesin disimpan.)

• Wilayah data global dan statis secara teknis terdiri atas dua wilayah. Salah satunya disebut segmen data terinisialisasi, tempat variabel yang dideklarasikan dengan nilai bawaan disimpan. Wilayah lainnya disebut segmen block started by, tempat variabel yang dideklarasikan tanpa nilai bawaan disimpan.
• Variabel yang disimpan di wilayah data global dan statis memiliki alamat yang ditetapkan pada waktu kompilasi. Nilainya dipertahankan sepanjang masa hidup proses.

• Wilayah global dan statis menyimpan variabel global yang dideklarasikan di atas (di luar) fungsi main(). Variabel global terlihat oleh main() dan setiap fungsi lain dalam kode sumber.

Sebaliknya, deklarasi variabel di dalam main(), fungsi lain, atau di dalam pembatas blok { } merupakan variabel lokal. Variabel lokal juga mencakup variabel parameter formal. Variabel parameter diapit tanda kurung dari definisi fungsi. Parameter menyediakan antarmuka ke fungsi.

• Variabel lokal yang dideklarasikan menggunakan awalan static juga disimpan di wilayah data global dan statis. Berbeda dengan variabel global, variabel statis hanya terlihat di dalam fungsi atau blok. Variabel statis selalu mempertahankan nilainya. Salah satu contoh penggunaannya adalah fungsi berikut:

Sebuah fungsi konstruktor memiliki nama yang sama dengan nama kelas. Fungsi tersebut dijalankan ketika sebuah objek dari suatu kelas dideklarasikan.

Berikut adalah modul untuk kelas Person dalam aplikasi yang memodelkan sebuah sekolah:

Keluaran:

2) Suatu makhluk menyemburkan api jika salah satu induknya menyemburkan api:

5) Norberta adalah seekor naga, dan Puff adalah seekor makhluk. Norberta adalah ibu dari Puff.

Penerapan praktis Prolog adalah representasi pengetahuan dan pemecahan masalah dalam kecerdasan buatan.

Pemrograman berorientasi objek adalah metode pemrograman untuk menjalankan operasi (fungsi) pada objek. Gagasan dasarnya adalah mengelompokkan karakteristik suatu fenomena ke dalam sebuah wadah objek dan memberikan nama kepada wadah tersebut. Operasi pada fenomena tersebut juga dikelompokkan ke dalam wadah. Pemrograman berorientasi objek berkembang dengan menggabungkan kebutuhan akan wadah dan kebutuhan akan pemrograman fungsional yang aman. Metode pemrograman ini tidak harus terbatas pada bahasa berorientasi objek. Dalam bahasa berorientasi objek, wadah objek disebut kelas. Dalam bahasa yang tidak berorientasi objek, sebuah struktur data (yang juga dikenal sebagai rekaman) dapat menjadi wadah objek. Untuk mengubah struktur data menjadi wadah objek, operasi perlu ditulis secara khusus untuk struktur tersebut. Struktur yang dihasilkan disebut tipe data abstrak. Namun, pewarisan tidak tersedia. Meskipun demikian, kekurangan ini dapat diatasi.

Berikut adalah berkas header C untuk tipe data Grade dalam aplikasi yang memodelkan sebuah sekolah:

Berikut adalah berkas sumber C untuk tipe data Person dalam aplikasi yang memodelkan sebuah sekolah:

Berikut adalah berkas header C untuk tipe data Student dalam aplikasi yang memodelkan sebuah sekolah:

Strategi formal untuk membangun objek berorientasi objek adalah:

• Mengidentifikasi objek. Kemungkinan besar objek tersebut berupa kata benda.
• Mengidentifikasi atribut setiap objek. Apa yang membantu mendeskripsikan objek tersebut?
• Mengidentifikasi tindakan setiap objek. Kemungkinan besar tindakan tersebut berupa kata kerja.
• Mengidentifikasi hubungan dari satu objek ke objek lainnya. Kemungkinan besar hubungan tersebut berupa kata kerja.

Sebagai contoh:

• Seseorang adalah manusia yang diidentifikasi berdasarkan nama.
• Nilai adalah suatu pencapaian yang diidentifikasi berdasarkan huruf.
• Siswa adalah seseorang yang memperoleh nilai.

Aturan produksi terdiri atas sekumpulan terminal dan nonterminal.

Sintaks sebuah program komputer adalah daftar aturan produksi yang membentuk tata bahasanya. Tata bahasa sebuah bahasa pemrograman menempatkan deklarasi, ekspresi, dan pernyataan secara benar. Yang melengkapi sintaks suatu bahasa adalah semantiknya. Semantik menjelaskan makna yang melekat pada berbagai konstruksi sintaksis. Suatu konstruksi sintaksis mungkin memerlukan deskripsi semantik karena sebuah aturan produksi dapat memiliki interpretasi yang tidak valid. Selain itu, bahasa yang berbeda mungkin memiliki sintaks yang sama; namun, perilakunya dapat berbeda.

Sintaks sebuah bahasa dijelaskan secara formal dengan mencantumkan aturan produksi. Sementara sintaks bahasa alami sangat rumit, suatu subset bahasa Inggris dapat memiliki daftar aturan produksi berikut:

1. sebuah kalimat terdiri atas frasa nomina yang diikuti oleh frasa verba;
2. sebuah frasa nomina terdiri atas artikel yang diikuti oleh adjektiva yang diikuti oleh nomina;
3. sebuah frasa verba terdiri atas verba yang diikuti oleh frasa nomina;
4. sebuah artikel adalah 'the';
5. sebuah adjektiva adalah 'big' atau
6. sebuah adjektiva adalah 'small';
7. sebuah nomina adalah 'cat' atau
8. sebuah nomina adalah 'mouse';
9. sebuah verba adalah 'eats';

Kata-kata yang dicetak tebal dikenal sebagai nonterminal. Kata-kata dalam 'tanda kutip tunggal' dikenal sebagai terminal.

Dari daftar aturan produksi ini, kalimat lengkap dapat dibentuk menggunakan serangkaian penggantian. Prosesnya adalah mengganti nonterminal dengan nonterminal atau terminal yang valid. Proses penggantian diulangi hingga hanya tersisa terminal. Salah satu kalimat yang valid adalah:

• kalimat
• frasa nomina frasa verba
• artikel adjektiva nomina frasa verba
• the adjektiva nomina frasa verba
• the big nomina frasa verba
• the big cat frasa verba
• the big cat verba frasa nomina
• the big cat eats frasa nomina
• the big cat eats artikel adjektiva nomina
• the big cat eats the adjektiva nomina
• the big cat eats the small nomina
• the big cat eats the small mouse

Namun, kombinasi lain menghasilkan kalimat yang tidak valid:

• the small mouse eats the big cat

Oleh karena itu, diperlukan semantik untuk menjelaskan makna aktivitas eat dengan benar.

Salah satu metode untuk mencantumkan aturan produksi disebut Backus–Naur form (BNF). BNF menjelaskan sintaks suatu bahasa dan BNF sendiri memiliki sintaks. Definisi rekursif ini merupakan contoh metabahasa. Sintaks BNF mencakup:

• ::= yang berarti terdiri atas ketika sebuah nonterminal berada di sebelah kanannya. Simbol tersebut berarti adalah ketika terminal berada di sebelah kanannya.
• | yang berarti atau.
• < dan > yang mengapit nonterminal.

Dengan menggunakan BNF, suatu subset bahasa Inggris dapat memiliki daftar aturan produksi berikut:

Dengan menggunakan BNF, sebuah bilangan bulat bertanda memiliki daftar aturan produksi berikut:

Perhatikan aturan produksi rekursif:

Hal ini memungkinkan jumlah kemungkinan yang tidak terbatas. Oleh karena itu, diperlukan semantik untuk menjelaskan batas jumlah digit.

Perhatikan kemungkinan adanya nol di depan dalam aturan produksi:

Oleh karena itu, diperlukan semantik untuk menjelaskan bahwa nol di depan harus diabaikan.

Terdapat dua metode formal untuk menjelaskan semantik, yaitu semantik denotasional dan semantik aksiomatik.

Sebelum adanya bahasa pemrograman, Betty Jennings dan Fran Bilas memprogram ENIAC dengan memindahkan kabel dan mengatur sakelar.

Rekayasa perangkat lunak adalah berbagai teknik untuk menghasilkan program komputer yang berkualitas. Pemrograman komputer adalah proses menulis atau menyunting kode sumber. Dalam lingkungan formal, seorang analis sistem akan mengumpulkan informasi dari para manajer mengenai seluruh proses organisasi yang akan diotomatisasi. Profesional ini kemudian menyiapkan rencana terperinci untuk sistem baru atau sistem yang dimodifikasi. Rencana tersebut analog dengan cetak biru seorang arsitek.

Analis sistem bertujuan menyampaikan informasi yang tepat kepada orang yang tepat pada waktu yang tepat. Faktor-faktor penting untuk mencapai tujuan ini adalah:

1. Kualitas keluaran. Apakah keluaran berguna untuk pengambilan keputusan?
2. Keakuratan keluaran. Apakah keluaran mencerminkan situasi yang sebenarnya?
3. Format keluaran. Apakah keluaran mudah dipahami?
4. Kecepatan keluaran. Informasi yang peka terhadap waktu penting ketika berkomunikasi dengan pelanggan secara waktu nyata.

Pencapaian tujuan kinerja harus diseimbangkan dengan seluruh biaya, termasuk:

1. Biaya pengembangan.
2. Biaya keunikan. Sistem yang dapat digunakan kembali mungkin mahal. Namun, sistem tersebut mungkin lebih disukai daripada sistem dengan penggunaan terbatas.
3. Biaya perangkat keras.
4. Biaya pengoperasian.

Penerapan proses pengembangan sistem akan mengurangi dampak aksioma: semakin terlambat suatu kesalahan terdeteksi dalam proses, semakin mahal biaya untuk memperbaikinya.

Model air terjun adalah penerapan suatu proses pengembangan sistem. Sebagaimana tersirat dari nama air terjun, fase-fase dasarnya saling tumpang tindih:

1. Fase investigasi bertujuan memahami masalah yang mendasarinya.
2. Fase analisis bertujuan memahami solusi-solusi yang mungkin.
3. Fase desain bertujuan merencanakan solusi terbaik.
4. Fase implementasi bertujuan memprogram solusi terbaik.
5. Fase pemeliharaan berlangsung sepanjang masa hidup sistem. Perubahan pada sistem setelah diterapkan mungkin diperlukan. Kesalahan mungkin ada, termasuk kesalahan spesifikasi, kesalahan desain, atau kesalahan pengodean. Perbaikan mungkin diperlukan. Adaptasi mungkin diperlukan untuk merespons lingkungan yang berubah.

Seorang pemrogram komputer adalah spesialis yang bertanggung jawab untuk menulis atau memodifikasi kode sumber guna menerapkan rencana terperinci. Tim pemrograman kemungkinan diperlukan karena sebagian besar sistem terlalu besar untuk diselesaikan oleh satu pemrogram saja. Namun, menambahkan pemrogram ke suatu proyek belum tentu memperpendek waktu penyelesaian. Sebaliknya, hal tersebut dapat menurunkan kualitas sistem. Agar efektif, modul program perlu didefinisikan dan didistribusikan kepada anggota tim. Selain itu, anggota tim harus berinteraksi satu sama lain dengan cara yang bermakna dan efektif.

Pemrogram komputer dapat melakukan pemrograman dalam skala kecil: pemrograman di dalam satu modul. Kemungkinan besar sebuah modul akan menjalankan modul yang terdapat dalam berkas kode sumber lainnya. Oleh karena itu, pemrogram komputer dapat melakukan pemrograman dalam skala besar: memprogram modul agar dapat saling terhubung secara efektif. Pemrograman dalam skala besar mencakup kontribusi terhadap application programming interface (API).

Pemrograman modular adalah teknik untuk menyempurnakan program bahasa imperatif. Program yang disempurnakan dapat mengurangi ukuran perangkat lunak, memisahkan tanggung jawab, dan dengan demikian mengurangi penuaan perangkat lunak. Sebuah modul program adalah rangkaian pernyataan yang dibatasi di dalam sebuah blok dan secara bersama-sama diidentifikasi dengan sebuah nama. Modul memiliki fungsi, konteks, dan logika:

• Fungsi suatu modul adalah apa yang dilakukannya.
• Konteks suatu modul adalah elemen-elemen yang dikenai operasi.
• Logika suatu modul adalah bagaimana modul tersebut menjalankan fungsinya.

Nama modul harus terlebih dahulu diturunkan dari fungsinya, kemudian dari konteksnya. Logika tidak boleh menjadi bagian dari nama. Sebagai contoh, function compute_square_root( x ) atau function compute_square_root_integer( i : integer ) merupakan nama modul yang sesuai. Namun, function compute_square_root_by_division( x ) tidak sesuai.

Derajat interaksi di dalam sebuah modul adalah tingkat kohesi-nya. Kohesi merupakan penilaian terhadap hubungan antara nama modul dan fungsinya. Derajat interaksi antar modul adalah tingkat kopling. Kopling merupakan penilaian terhadap hubungan antara konteks modul dan elemen-elemen yang dikenai operasi.

Tingkat kohesi dari yang terburuk hingga yang terbaik adalah:

• Kohesi kebetulan (Coincidental Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi kebetulan jika menjalankan banyak fungsi dan fungsi-fungsi tersebut sama sekali tidak berkaitan. Contohnya, function read_sales_record_print_next_line_convert_to_float(). Kohesi kebetulan dapat terjadi dalam praktik jika manajemen memberlakukan aturan yang tidak masuk akal. Misalnya, "Setiap modul harus memiliki antara 35 dan 50 pernyataan yang dapat dieksekusi."
• Kohesi logis (Logical Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi logis jika tersedia serangkaian fungsi, tetapi hanya salah satunya yang dijalankan. Contohnya, function perform_arithmetic( perform_addition, a, b ).
• Kohesi temporal (Temporal Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi temporal jika menjalankan fungsi-fungsi yang berkaitan dengan waktu. Salah satu contohnya adalah function initialize_variables_and_open_files(). Contoh lainnya adalah stage_one(), stage_two(), ...
• Kohesi prosedural (Procedural Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi prosedural jika menjalankan beberapa fungsi yang hanya berkaitan secara longgar. Contohnya, function read_part_number_update_employee_record().
• Kohesi komunikasional (Communicational Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi komunikasional jika menjalankan beberapa fungsi yang berkaitan erat. Contohnya, function read_part_number_update_sales_record().
• Kohesi informasional (Informational Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi informasional jika menjalankan beberapa fungsi, tetapi setiap fungsi memiliki titik masuk dan keluar sendiri. Selain itu, fungsi-fungsi tersebut berbagi struktur data yang sama. Kelas berorientasi objek bekerja pada tingkat ini.
• Kohesi fungsional (Functional Cohesion): Sebuah modul memiliki kohesi fungsional jika mencapai satu tujuan dan hanya bekerja pada variabel lokal. Selain itu, modul tersebut dapat digunakan kembali dalam konteks lain.

Tingkat kopling dari yang terburuk hingga yang terbaik adalah:

• Kopling konten (Content Coupling): Sebuah modul memiliki kopling konten jika memodifikasi variabel lokal dari fungsi lain. COBOL dahulu melakukan hal ini dengan verba alter.
• Kopling umum (Common Coupling): Sebuah modul memiliki kopling umum jika memodifikasi variabel global.
• Kopling kontrol (Control Coupling): Sebuah modul memiliki kopling kontrol jika modul lain dapat memodifikasi alur kontrolnya. Contohnya, perform_arithmetic( perform_addition, a, b ). Sebaliknya, kontrol seharusnya ditentukan oleh susunan objek yang dikembalikan.
• Kopling cap (Stamp Coupling): Sebuah modul memiliki kopling cap jika sebuah elemen dari struktur data yang diberikan sebagai parameter dimodifikasi. Kelas berorientasi objek bekerja pada tingkat ini.
• Kopling data (Data Coupling): Sebuah modul memiliki kopling data jika semua parameter masukan diperlukan dan tidak ada yang dimodifikasi. Selain itu, hasil fungsi dikembalikan sebagai satu objek.

Diagram aliran data tingkat fungsi contoh

Analisis aliran data adalah metode desain yang digunakan untuk mencapai modul dengan kohesi fungsional dan kopling data. Masukan untuk metode ini adalah diagram aliran data. Diagram aliran data adalah sekumpulan oval yang mewakili modul. Nama setiap modul ditampilkan di dalam ovalnya. Modul dapat berada pada tingkat yang dapat dieksekusi atau tingkat fungsi.

Diagram tersebut juga memiliki panah yang menghubungkan modul satu sama lain. Panah yang menunjuk ke dalam modul mewakili sekumpulan masukan. Setiap modul seharusnya hanya memiliki satu panah yang keluar darinya untuk mewakili objek keluaran tunggalnya. (Secara opsional, panah pengecualian tambahan dapat keluar.) Sebuah rangkaian oval berbentuk rantai daisy akan menyampaikan keseluruhan algoritma. Modul masukan harus mengawali diagram. Modul masukan harus terhubung ke modul transformasi. Modul transformasi harus terhubung ke modul keluaran.

Diagram yang menunjukkan bahwa pengguna berinteraksi dengan perangkat lunak aplikasi. Perangkat lunak aplikasi berinteraksi dengan sistem operasi, yang berinteraksi dengan perangkat keras.

Program komputer dapat dikategorikan berdasarkan fungsi. Kategori fungsional utama adalah perangkat lunak aplikasi dan perangkat lunak sistem. Perangkat lunak sistem mencakup sistem operasi, yang menghubungkan perangkat keras komputer dengan perangkat lunak aplikasi. Tujuan sistem operasi adalah menyediakan lingkungan tempat perangkat lunak aplikasi dapat dijalankan secara nyaman dan efisien. Baik perangkat lunak aplikasi maupun perangkat lunak sistem menjalankan program utilitas. Pada tingkat perangkat keras, sebuah program mikrokode mengendalikan rangkaian di seluruh unit pemrosesan pusat.

Sebuah program mikrokode adalah interpreter tingkat paling bawah yang mengendalikan datapath komputer yang digerakkan oleh perangkat lunak. (Kemajuan dalam perangkat keras telah memindahkan operasi ini ke rangkaian eksekusi perangkat keras.) Instruksi mikrokode memungkinkan pemrogram lebih mudah mengimplementasikan tingkat logika digital—perangkat keras komputer yang sebenarnya. Tingkat logika digital merupakan batas antara ilmu komputer dan teknik komputer.

Sebuah gerbang logika adalah transistor kecil yang dapat menghasilkan salah satu dari dua sinyal: hidup atau mati.

• Satu transistor membentuk gerbang NOT.
• Menghubungkan dua transistor secara seri membentuk gerbang NAND.
• Menghubungkan dua transistor secara paralel membentuk gerbang NOR.
• Menghubungkan gerbang NOT ke gerbang NAND membentuk gerbang AND.
• Menghubungkan gerbang NOT ke gerbang NOR membentuk gerbang OR.

Kelima gerbang ini membentuk blok pembangun aljabar biner—fungsi logika digital komputer.

Instruksi mikrokode adalah mnemonik yang dapat digunakan pemrogram untuk menjalankan fungsi logika digital alih-alih membentuknya dalam aljabar biner. Instruksi tersebut disimpan dalam penyimpanan kontrol CPU. Instruksi tingkat perangkat keras ini memindahkan data di seluruh jalur data.

Siklus instruksi mikro dimulai ketika microsequencer menggunakan penghitung program mikronya untuk mengambil instruksi mesin berikutnya dari memori akses acak. Langkah berikutnya adalah mendekode instruksi mesin dengan memilih jalur keluaran yang tepat menuju modul perangkat keras. Langkah terakhir adalah mengeksekusi instruksi menggunakan kumpulan gerbang pada modul perangkat keras.

Representasi simbolis sebuah ALU

Instruksi untuk melakukan aritmetika diteruskan melalui unit logika aritmetika (ALU). ALU memiliki rangkaian untuk melakukan operasi dasar guna menjumlahkan, menggeser, dan membandingkan bilangan bulat. Dengan menggabungkan dan mengulang operasi dasar melalui ALU, CPU menjalankan operasi aritmetika yang kompleks.

Instruksi mikrokode memindahkan data antara CPU dan pengendali memori. Instruksi mikrokode pengendali memori memanipulasi dua register. Register alamat memori digunakan untuk mengakses alamat setiap sel memori. Register data memori digunakan untuk menetapkan dan membaca isi setiap sel.