Perkembangan Arsitektur Komputer
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.
KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER
1. Arsitektur Von Neumann
2. Arsitektur 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
·
Penggunaan mode pengalamatan sederhana, hampir sama dengan instruksi
menggunakan pengalamatan register.
·
Penggunaan format-format instruksi sederhana, panjang instruksinya tetap
dan disesuaikan dengan panjang word.
3. Arsitektur 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.
4. Arsitektur Harvard
5. Arsitektur Blue
Gene
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”.
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.
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, 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
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.
Untuk mengurangi kesenjangan ini para perancang menjawabnya dengan
arsitektur. Fitur-fiturnya meliputi set-set instruksi yang banyak, lusinan mode
pengalamatan, dan statemen –statemen HLL yang diimplementasikan pada perangkat
keras.
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).
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.
Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan
lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC
paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM
telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor-prosesor
sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset
x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan
penyimpanan/pengambilan data dari RISC). Prosesor-prosesor modern x86 juga
telah menyandikan dan membagi lebih banyak lagi instruksi-instruksi kompleks
menjadi beberapa “operasi-mikro” internal yang lebih kecil sehingga dapat
instruksi-instruksi tersebut dapat dilakukan secara paralel, sehingga mencapai
performansi tinggi pada subset instruksi yang lebih besar.
Karakteristik CISC
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.
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.
Komputer pertama dalam seri Blue Gene. Blue Gene/L dikembangkan melalui
sebuah “partnership” dengan Lawrence Livermore National Laboratory menghabiskan
biaya AS$100 juta dan direncanakan dapat mencapai kecepatan ratusan TFLOPS,
dengan kecepatan puncak teoritis 360 TFLOPS. Ini hampir sepuluh kali lebih
cepat dari Earth Simulator, superkomputer tercepat di dunia sebelum Blue Gene.
Pada Juni 2004, dua prototipe Blue Gene/L masuk dalam peringkat 500 besar
superkomputer berada dalam posisi ke-4 dan ke-8.
Pada 29 September 2004 IBM mengumumkan bahwa sebuah prototipe Blue Gene/L
di IBM Rochester (Minnesota) telah menyusul Earth Simulator NEC sebagai
komputer tercepat di dunia, dengan kecepatan 36,01 TFLOPS, mengalahkan Earth
Simulator yang memiliki kecepatan 35,86 TFLOPS. Mesin ini kemudian mencapai
kecepatan 70,72.
Pada 24 Maret 2005, Departemen Energi AS mengumumkan bahwa Blue Gene/L
memecahkan rekor komputer tercepat mencapai 135,5 TFLOPS. Hal ini dimungkinkan
karena menambah jumlah rak menjadi 32 dengan setiap rak berisi 1.024 node
komputasi. Ini masih merupakan setengah dari konfigurasi final yang
direncanakan mencapai 65.536 node.
Pada 27 Oktober, 2005, Lawrence
Livermore National Laboratory dan IBM mengumumkan bahwa Blue Gene/L sekali lagi
telah menciptakan rekor dengan mengalahkan rekornya sendiri setelah mencapai
kecepatan 280.6 TFLOPS.Referensi :
– https://fajarhidayat513.wordpress.com/2016/09/29/evolusi-arsitektur-komputer/
– http://tergesa.blogspot.com/2012/02/sejarah-evolusi-dan-kinerja-komputer.html
– http://www.scribd.com/doc/97383983/40/Klasifikasi-Feng-KLASIFIKASI-FENG
– http://diaz9895.blogspot.com/2011/11/kualitas-arsitektur-komputer.html
– http://next-timexxxx.blogspot.com/2011/10/organisasi-dan-arsitektur-komputer.html
– http://www.scribd.com/doc/52467855/DEFINISI-ORGANISASI-KOMPUTER
Tidak ada komentar:
Posting Komentar