EVOLUSI ARSITEKTUR KOMPUTER

Arsitektur komputer merujuk pada atribut sistem yang visible atau terlihat untuk programmer, dengan kata lain atribut – atribut yang memiliki dampak langsung pada eksekusi logis suatu program. Contoh dari atribut meliputi instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk mewakili berbagai jenis data (misal : angka, karakter), mekanisme I/O (Input /Output), dan teknik pengalamatan memori.
Arsitektur komputer adalah desain komputer yang meliputi set instruksi, komponen hardware, dan organisasi atau susunan sistemnya. Ada dua bagian yang pokok untuk untuk arsitektur komputer; instruction-set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi dan hardware-system architecture (HSA)/ arsitektur sistem hardware.
ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi dengan komputer. HSA berkaitan dengan subsistem hardware utama komputer seperti Central Processing Unit (CPU), sistem penyimpananan, dan Input/Output (I/O).

Perspektif Sejarah

Teknologi komputer telah berkembang dengan cepat sejak akhir tahun 1940-an, ketika John Atanasoff dari Iowa State University menciptakan komputer digital elektronik yang digunakan secara khusus, yaitu ABC (Burks and Burks, 1988: Mollenhoff, 1988). Komputer generasi pertama adalah komputer jenis mesin laboratorium dan diantaranya adalah ENIAC (Burks and Burks, 1981), EDV AC, EDSAC (Samuel, 1957), dan Mark-I. J. Presper Eckert dan John Mauchly merancang dan membuat ENIAC, yang bukan merupakan komputer penyimpan program, dan mereka juga mengerjakan perancangan EDSAC, yang semuanya dikerjakan di Moore School of the University of Pennsylvania. John von Neumann adalah konsultan untuk proyek ENIAC tersebut dan ia juga memberikan kontribusi pada rancangan EDV AC. Maurice Wilkes, yang juga bekerja pada proyek EDV AC ini, kembali ke Inggris dan merancang EDSAC, yang ia bangun di Mathematical Laboratory pada University of Cambridge (Wilkes, et aI., 1951). Sementara itu, Howard Aiken mengembangkan Mark-I dan turunannya, yaitu Mark-II, Mark-III, dan Mark-IV di Harvard University. Pada pertengahan tahun 1940-an, von Neumann dan para koleganya (Burks, et aI., 1946), dengan mengikuti proyek ENIAC, menemukan berbagai inovasi arsitektur dan para perancang segera mengambil ide darinya tersebut untuk diterapkan pada mesin mereka yang bam, seperti IAS pada Princeton’s Institute of Advanced Studies.

Cara untuk melakukan perubahan pada arsitektur komputer

Adapun cara untuk melakukan perubahan arsitektur komputer antara lain:
  1. Membangun array processor, yaitu komputer yang mencapai paralelismenya dengan menggunakan beberapa komponen CPU.
  2. Menerapkan proses pipelining, arsitek pertama kali menguraikan instruksi menjadi beberapa tahapan pendek yang kemudian diberikan prosesor khusus.
  3. Membangun komputer multiprosesor, yaitu mesin komputer yang telah menggunakan beberapa prosesor yang terpisah.
  4. Membangun komputer dengan menggunakan arsitektur alternatif, misalnya jaringan inti, arsitektur arus data, arsitekturdemand-driven,dan array systolic.

Faktor yang mempengaruhi keberhasilan arsitektur komputer

  1. Manfaat arsitektural
  2. Kinerja sistem
  3. Biaya Sistem

Klasifikasi Arsitektur Komputer

1. Arsitektur Von Neumann

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. Sebagian besar komputer menggunakan arsitektur 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”.

2. Arsitektur RISC

RISC 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:
  • 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

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.
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.

4. 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.
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.

EVOLUSI KOMPUTER DARI GENERASI KE GENERASI

1. Generasi Pertama ( kira – kira 1943-1956 )

  • Komputer generasi pertama berbentuk sangat besar dan kurang canggih.
  • Menggunakan tabung vakum untuk mengontrol operasi internal
  • Punched Card digunakan untuk dapat memasukkan data
  • Informasi bahasa mesin disimpan dalam magnetic drum
  • Kpasitas penyimpanan utama yang terbatas (1000-4000 Byte)
  • Pemrograman bahasa simbol tingkat rendah
  • Problem panas dan pemeliharaan
  • Aplikasi : perhitungan sains, pemrosesan payroll, penyimpanan record.
  • Waktu siklus : milidetik
  • Kecepatan pemrosesan: 2000 instruksi per detik



Kekurangan Generasi Pertama:

  • Operasi kontrol I/O yang tidak efisien yang menghasilkan unjuk kerja keseluruhan sistem yang buruk
  • Skema modifikasi pengalamatan yang tidak efisien
  • Karena instruksi diorientasikan pada perhitungan angka, pemrograman non-angka dan problem logis menjadi sulit.
  • Tidak adanya fasilitas linking program, seperti instruksi untuk memanggil subrutin yang secara otomatis menyimpan alamat program pemanggil.
  • Aritmatika Floating Point tidak diimplementasikan, khususnya karena harga perangkat keras yang dibutuhkan.

2. Generasi Kedua (1957 – 1964)

  • Menggunakan transistor untuk opersai internal
  • Magnetic core sebagai media penyimpanan internal utama
  • Mempunyai kapasitas penyimpanan lebih banyak (4K-32K byte)
  • I/O lebih cepat : orientasi pita
  • Mempunyai bahasa pemrograman tingkat tinggi (COBOL, FORTRAN, ALGOL)
  • Penurunan yang besar dalam ukuran dan panas yang dihasilkan dibanding generasi 1
  • Peningkatan kecepatan dan keandalan.
  • Aplikasi berorientasi-batch : biling, pemrosesan gaji, pemutakhiran file inventori.
  • Waktu siklus : mikro detik
  • Kecepatan pemrosesan : 1 juta instruksi per detik (mips)

3. Generasi Ketiga (1965 – 1971)

  • Menggunakan Integrated Circuit (IC)
  • Megnetic Core dan penyimpanan utama yang padat (32K-3M Byte)
  • Lebih fleksibel dengan I/O; berorientasi Disk.
  • Ukuran lebih kecil, untuk kerja lebih baik dan handal.
  • Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi lebih luas.
  • Munculnya komputer mini.
  • Pemrosesan jarak jauh dan time-sharing melalui jaringan komunikasi.
  • Tersedianya perangkat lunak sistem operasi untuk mengontrol I/Odan melakukan banyak pekerjaan yang sebelumnya dikerjakan oleh manusia.
  • Aplikasi : sistem reservasi perusahaan penerbangan, peramalan pasar, biling kartu kredit.
  • Waktu siklus ; nanodetik
  • Kecepatan pemrosesan : 10mips

4. Generasi Keempat (1972 – sekarang)

  • Menggunakan large-scale inegrated circuit
  • Peningkatan kapasitas penyimpanan ( lebih dari 3 megabyte) dan kecepatan
  • Peningkatan dalam rancangan modular dan kompatibilitas antara peralatan (perangkat keras) yang disediakan oleh pabrik yang berbeda
  • Tersedianya program yang canggih untuk aplikasi – aplikasi khusus.
  • Kecanggihan peralatan I/O yang meningkat.
  • Penggunaan mini komputer, mikroprosesor dan mikrokomputer yang eksensif
  • Aplikasi; simulasi dan model matematika, transfer dana elektronik, perancangan manufacturing dan instruksi dengan bantuan komputer, komputer yang digunakan dirumah
  • Kecepatan pemrosesan ; 100 mips sampai 1 bips(milyar instruksi per detik)

5. generasi Selanjutnya (Sekarang – Masa Depan)

Aplikasi pertama teknologi IC adalah untuk pembuatan processor (control unit dan ALU), namun pada saat yang sama IC dimanfaatkan pula untuk pembuatan memori semikonduktor. Pada tahun 1970 Fairchild Semiconductor International, Inc. memproduksi memori semikonduktor pertama dengan kapasitas 256 bits. Chip memory yang dihasilkan memiliki karakteristik non-destructive read serta memiliki kecepatan yang lebih tinggi dari magnetic core memory. Memory yang dibuat hanya membutuhkan 70 billionths of a second untuk membaca 1 bit data. Kapasistas memori semikonduktor meningkat rata-rata dua kali setiap tahun.
Pemanfaatan perangkat IC pada processor komputer generasi keempat dan seterusnya merupakan integrase chip yang luar biasa mulai dari LSI, VLSI bahkan hingga kini ULSI. Pada tahun 1971 Intel memproduksi komputer dengan processor dengan ukuran micro (microprocessor) untuk pertama kalinya. Intel seri 4004 telah menggabungkan semua komponen CPU dalam satu chip tunggal serta memiliki 4 jalur bus (4 bit data). Selanjutnya pada tahun 1972 seri 8008 dengan kapasitas pemrosesan 8 bit diluncurkan. Kedua generasi intel tersebut meruppakan komputer yang memiliki aplikasi spesifik. Komputer general purpose microprocessor pertama diterbitkan intel tahun 1974 dengan seri 8080

Mengukur Kualitas Arsitektur Komputer

Kualitas atau mutu arsitektur komputer tidak mudah diukur. Banyak arsitek komputer menggunakan atribut untuk mengevaluasi mutu arsitektur. Antara lain:

1. Generalitas

Generalitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur. Sebagai contoh, komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi ilmiah dan teknik menggunakan floating – point dan komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis.
2. Daya Terap
Daya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakan.
3. Efisiensi
Efisiensi adalah ukuran rata – rata jumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama pengunaan biasa. Arsitektur yang efisien memungkinkan terjadinya implementasi yang efisien.
4. Kemudahan Pengguanaan
Ukuran kesederhanaan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau menbuat software untuk arsitektur tersebut.
5. Daya Tempa (Malleability)
Dua ukuran yang terakhir daya tempa dan daya kembang umumnya berlaku untuk implementasi computer dalam satu rumpun. Daya terap arsitektur adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk mengimplementasikan komputer (yang mempunyai arsitektur itu) dalam jangkauan yang luas. Pada Apple Macintosh atau IBM PC AT, spesifIkasi arsitektumya jauh lebih lengkap, sehingga semua implementasi hampir sama.
6. Daya Kembang
Daya kembang (expandability) adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk meningkatkan kemampuan arsitektur.
Refrensi:

Komentar

Posting Komentar

Postingan Populer