Evolusi Arsitektur komputer dan organisasi komputer 1
EVOLUSI
ARSITEKTUR KOMPUTER DAN ORGANISASI KOMPUTER
1.
Evolusi Arsitektur Komputer
a.
Perkembangan
Arsitektur Komputer
Banyak perkembangan dari komputer yang telah kita ketahui sampai dengan generasi yang terbaru. tetapi ada baiknya kita belajar kmbali sejarah awal nya.Arsitektur komputer
dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni
mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat
menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan
target biayanya. Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah
konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer.
Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional
dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan
sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari
masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU
akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori
cache, RAM, ROM, cakram keras, dll).
Di antara demikian banyak pemahaman tentang
arsitektur, arsitektur dikenal juga sebagai suatu tradisi yang berkembang. Dari
waktu ke waktu wajah arsitektur selalu mengalami perubahan. Hal-hal yang
mempengaruhi perkembangan dan pengembangan arsitektur tidak hanya berupa
keadaan eksternal, tetapi juga keadaan internal. Disini kita membahas mengenai
evolusi arsitektur pada komputer. Arsitektur dari komputer sendiri merupakan
suatu susunan atau rancangan dari komputer tersebut sehingga membentuk suatu
kesatuan yang dinamakan komputer. Komputer sendiri berevolusi dengan cepat
mulai dari generasi pertama hingga sekarang. Evolusi sendiri didasarkan pada
fungsi atau kegunaanya dalam kehidupan. Evolusi pada komputer sendiri ada
karena keinginan atau hal yang dibutuhkan manusia itu sendiri. Sekarang ini
komputer sudah dapat melakaukan perintah yang sulit sekalipun tidak seperti
dulu yang hanya bisa melakukan yang sederhana saja. Itulah yang dinamakan
evolusi arsitektur yaitu perubahan bentuk juga fungsi dan kemampuannya.
b.
KLASIFIKASI
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”.
c.
sistem-komputer
Pada perkembangan komputer modern, setiap prosesor
terdiri dari atas :
·
Arithmetic and
Logic Unit (ALU)
Arithmatic and Logic Unit atau Unit Aritmetika dan
Logika berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan
logika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU menjalankan operasi
penambahan, pengurangan, dan
operasi-operasi sederhana lainnya pada input-inputnya dan memberikan hasilnya
pada register output.
·
Register
Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi,
yang digunakan untuk menyimpan data dan
instruksi yang sedang diproses,
sementara data dan instruksi lainnya yang menunggugiliran untukdiproses
masihdisimpan yang menunggugiliran untukdiproses masihdisimpan di dalam memori
utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah
maksimum tertentu tergantung pada ukurannya.
·
Control Unit
Control Unit atau Unit Kontrol berfungsi
untuk mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer.
Unit kendali akan mengatur kapan alat input
menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat
output. Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program. Unit ini
juga mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari
alat input ke memori utama dan mengambil data dari memori utama untuk diolah.
Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan
mengirim instruksi tersebut ke ALU.
Hasil dari pengolahan data dibawa oleh
unit kendali ke memori utama lagi untuk
disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.
·
Bus
Bus adalah sekelompok lintasan sinyal
yang digunakan untuk menggerakkan bit-bit informasi dari satu tempat ke tempat
lain, dikelompokkan menurut fungsinya Standar bus dari suatu sistem komputer
adalah bus alamat (address bus), bus data (data bus) dan bus kontrol (control bus).
Komputer menggunakan suatu bus atau saluran bus sebagaimana kendaraan bus yang
mengangkut penumpang dari satu tempat ke tempat lain, maka bus komputer
mengangkut data. Bus komputer menghubungkan CPU pada RAM dan periferal. Semua
komputer menggunakan saluran busnya untuk maksud yang sama.
·
Arsitektur RISC
RICS singkatan dari Reduced Instruction
Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor, berbentuk kecil
dan berfungsi untuk negeset istruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.
Reduced Instruction Set Computing (RISC) atau “Komputasi set instruksi yang
disederhanakan” pertama kali digagas oleh John Cocke, peneliti dari IBM di
Yorktown, New York pada tahun 1974 saat ia membuktikan bahwa sekitar 20%
instruksi pada sebuah prosesor ternyata menangani sekitar 80% dari keseluruhan
kerjanya. Komputer pertama yang menggunakan konsep RISC ini adalah IBM PC/XT
pada era 1980-an. Istilah RISC sendiri pertama kali dipopulerkan oleh David
Patterson,pengajar pada University of California di Berkely.
·
risc
masalah-komputasi RISC, yang jika
diterjemahkan berarti “Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan”,
merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan
instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini
digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor.
Selain digunakan dalam komputer vektor,
desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada
beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha
AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari
International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada
Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel
XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari
Hewlett-Packard.
·
Karakteristik
RISC
Siklus
mesin ditentukan oleh waktu yang digunakan untuk mengambil dua buah operand
dari register, melakukan operasi ALU, dan menyimpan hasil operasinya kedalam
register, dengan demikian instruksi mesin RISC tidak boleh lebih kompleks dan
harus dapat mengeksekusi secepat mikroinstruksi pada mesin-mesin CISC
Operasi
berbentuk dari register-ke register yang hanya terdiri dari operasi load dan
store yang mengakses memori . Fitur rancangan ini menyederhanakan set instruksi
sehingga menyederhanakan pula unit control..
d.
Karakteristik-Karakteristik
Eksekusi Instruksi
Salah satu evolusi komputer yang besar
adalah evolusi bahasa pemprograman. Bahasa pemprograman memungkinkan programmer
dapat mengekspresikan algoritma lebih singkat, lebih memperhatikan rincian, dan
mendukung penggunaan pemprograman terstruktur, tetapi ternyata muncul masalah
lain yaitu semantic gap, yaitu perbedaan antara operasi-operasi yang disediakan
oleh HLL dengan yang disediakan oleh arsitektur komputer, ini ditandai dengan
ketidakefisienan eksekusi, program mesin yang berukuran besar,dan kompleksitas
kompiler.
·
Operasi
Beberapa penelitian telah menganalisis
tingkah laku program HLL (High Level Language). Assignment Statement sangat
menonjol yang menyatakan bahwa perpindahan sederhana merupakan satu hal yang
penting. Hasil penelitian ini merupakan hal yang penting bagi perancang set
instruksi mesin yang mengindikasikan jenis instruksi mana yang sering terjadi
karena harus didukung optimal.
·
Operand
Penelitian Paterson telah memperhatikan
[PATT82a] frekuensi dinamik terjadinya kelaskelas variabel. Hasil yang
konsisten diantara program pascal dan C menunjukkan mayoritas referensi
menunjuk ke variable scalar. Penelitian ini telah menguji tingkah laku dinamik
program HLL yang tidak tergantung pada arsitektur tertentu. Penelitian [LUND77]
menguji instruksi DEC-10 dan secara dinamik menemukan setiap instruksi
rata-rata mereferensi 0,5 operand dalam memori dan rata-rata mereferensi 1,4
register. Tentu saja angka ini tergantung pada arsitektur dan kompiler namun
sudah cukup menjelaskan frekuensipengaksesan operand sehingga menyatakan
pentingnya sebuah arsitektur.
·
Procedure Calls
Dalam HLL procedure call dan return
merupakan aspek penting karena merupakan operasi yang membutuhkan banyak waktu
dalam program yang dikompalasi sehingga banyak berguna untuk memperhatikan cara
implementasi opperasi ini secara efisien. Adapun aspeknya yang penting adalah
jumlah parameter dan variabel yang berkaitan dengan prosedur dan kedalaman
pensarangan (nesting).
·
Arsitektur CISC
Complex instruction-set computing atau
Complex Instruction-Set Computer (CISC) “Kumpulan instruksi komputasi
kompleks”) adalah sebuah arsitektur dari set instruksi dimana setiap instruksi
akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari
memory, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus
hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan
bertolak-belakang dengan RISC.
Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya,
banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik”, yaitu bagaimana
cara untuk membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi
dengan menyediakan instruksi “level tinggi” seperti pemanggilan procedure,
proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data
dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik
CISC yg “sarat informasi” ini memberikan keuntungan di mana ukuran
program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan
penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan
komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.
Memang setelah itu banyak desain yang memberikan
hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan
pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya
tidaklah selalu demikian. Contohnya, arsitektur kompleks yang didesain dengan
kurang baik (yang menggunakan kode-kode mikro untuk mengakses fungsi-fungsi
hardware), akan berada pada situasi di mana akan lebih mudah untuk meningkatkan
performansi dengan tidak menggunakan instruksi yang kompleks (seperti instruksi
pemanggilan procedure), tetapi dengan menggunakan urutan instruksi yang
sederhana.
·
Karakteristik
CISC
Sarat
informasi memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan
akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang.
Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi
jauh lebih hemat
Dimaksudkan untuk meminimumkan jumlah perintah yang diperlukan untuk
mengerjakan pekerjaan yang diberikan. (Jumlah perintah sedikit tetapi rumit)
Konsep CISC menjadikan mesin mudah untuk diprogram dalam bahasa rakitan.
·
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
menyediakanorganisasiinternal yang berbeda
sedemikian rupa instruksi dapat diambil dan dikodekan ketika dan data, tetapi
juga menyediakan organisasi internal yang
berbeda sedemikian rupa instruksi dapaLebih 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.t diambil dan dikodekan ketika berbagai
data sedang diambil dan dioperasikan. 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.
·
Arsitektur Blue
Gene
Blue Gene adalah sebuah arsitektur
komputer yang dirancang untuk menciptakan beberapa superkomputer generasi
berikut, yang dirancang untuk mencapai kecepatan operasi petaflop (1 peta = 10
pangkat 15), dan pada 2005 telah mencapai kecepatan lebih dari 100 teraflop (1
tera = 10 pangkat 12). Blue Gene merupakan proyek antara Departemen Energi
Amerika Serikat (yang membiayai projek ini), industri (terutama IBM), dan
kalangan akademi. Ada lima projek Blue Gene dalam pengembangan saat ini, di
antaranya adalah Blue Gene/L, Blue Gene/C, dan Blue Gene/P.
2.
Organisasi computer
a. struktur dasar komputer.
Struktur dasar komputer memiliki beberapa bagian,dan
setiap bagian tesebut mempunyai fungsi yamg berbeda-beda. Berikut ini
bagian-bagian dari struktur dasar komputer.
·
Unit Masukan
(Input Unit)
Berfungsi untuk menerima masukan (input) kemudian
membacanya dan diteruskan ke Memory / penyimpanan. Dalam hubungan ini dikenal
istilah peralatan masukan (input device).
·
Unit Kontrol
(Control Unit)
Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan
pengendalian seluruh sistem komputer. Ia berfungsi seperti pengatur rumah
tangga komputer, memutuskan urutan operasi untuk seluruh sistem.
·
Unit Logika
& Aritmatika (Arithmetical & Logical Unit)
Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan
atau aritmatika & logika seperti menambah, mengurangi, mengalikan, membagi
dan memangkatkan. Selain itu juga melaksanakan pekerjaan seperti pemindahan
data, penyatuan data, pemilihan data, membandingkan data, dll.
·
Unit Memori /
Penyimpan (Memory / Storage unit)
Berfungsi untuk menampung data/program yang diterima
dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah
oleh CPU yang selanjutnya diteruskan ke unit keluaran
·
Unit Keluaran
(Output Unit)
Berfungsi
untuk menerima hasil pengolahan data dari CPU melalui memori. Seperti halnya
pada unit masukan maka pada unit keluaran dikenal juga istilah peralatan
keluaran (Output device) dan media keluaran (Output media).
b.
organisasi
komputer.
Organisasi Komputer adalah bagian yang
terkait erat dengan unit-unit operasional. contohnya teknologi hardware,
perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal
kontrol. Organisasi komputer bisa kita artikan sebagai cara bagi komputer (yang
didesign oleh manusia) dalam menkonsolidasikan diri mereka hingga membentuk
suatu performa yang diinginkan, seperti halnya organisasi yang sering kita
temukan, organisasi komputer ini juga memiliki tujuan, tujannya adalah
menghasilkan kerja komputer seperti yang diinginkan manusia sebagai pembuatnya.
Organisasi komputer berkaitan dengan unit
operasional dan interkoneksi yang merealisasi spesifikasi arsitektural;
·
Atribut
organisasional meliputi rincian teknologi hardware yang diketahui pemrogram
(sinyal kontrol, interface komputer dan peripheral dan teknologi memori yang
digunakan)
-
Contoh : instruksi perkalian akan diimplementasi unit perkalian khusus atau
mekanisme penjumlahan berulang merupakan masalah organisasional.
Referensi :
Komentar
Posting Komentar