ARSITEKTUR KOMPUTER

ARSITEKTUR KOMPUTER

Arsitektur disini dapat didefinisikan sebagai gaya konstruksi dan

organisasi dari komponen-komponen sistem komputer. Walaupun elemenelemen

dasar komputer pada hakekatnya sama atau hampir semuanya

komputer digital, namun terdapat variasi dalam konstruksinya yang

merefleksikan cara penggunaan komputer yang berbeda.

Tingkatan Dalam Arsitektur Komputer

Ada sejumlah tingkatan dalam konstruksi dan organisasi sistem komputer.

Perbedaan paling sederhana diantara tingkatan tersebut adalah perbedaan

antara hardware dan software.

1. Tingkatan Dasar Arsitektur Komputer

Pada tingkatan ini Hardware sebagai tingkatan komputer yang paling

bawah dan paling dasar, dimana pada hardware ini “layer” software

ditambahkan. Software tersebut berada di atas hardware, menggunakannya

dan mengontrolnya. Hardarwe ini mendukung software dengan memberikan

atau menyediakan operasi yang diperlukan software.

Multilayerd Machine

Tingkatan dasar arsitektur komputer kemudian dikembangkan dengan

memandang sistem komputer keseluruhan sebagai “multilayered

machine” yang terdiri dari beberapa layer software di atas beberapa

layer hardware.

2. Machine Layer

Adalah tingkatam yang paling bawah dimana program dapat

dituliskan dan memang hanya instruksi bahasa mesin yang dapat

diinterprestasikan secara langsung oleh hardware.

3. Operating System Layer

Mengontrol cara yang dilakukan oleh semua software dalam

menggunakan hardware yang mendasari (underlying) dan juga

menyembunyikan kompleksitas hardware dari software lain dengan

cara memberikan fasilitasnya sendiri yang memungkinkan software

menggunakan hardware tersebut secara lebih mudah.

4. Higher Order Software Layer

Mencakup semua program dalam bahasa selain bahasa mesin yang

memerlukan penerjemahan ke dalam kode mesin sebelum mereka

dapat dijalankan. Ketika diterjemahkan program seperti itu akan

mengandalkan pada fasilitas sistem operasi yang mendasari maupun

instruksi-instruksi mesin mereka sendiri.

5. Applications Layer

Adalah bahasa komputer seperti yang dilihat oleh end-user.

Klasifikasi Arsitektur komputer (Michael Flynn), berdasarkan karakteristiknya termasuk

banyaknya processor, banyaknya program yang dapat dieksekusi dan struktur memori:

Single Intruction Stream, Single Data Stream (SISD)

Satu CPU yang mengeksekusi instruksi satu persatu dan menjemput atau menyimpan data

satu persatu.

Single Instruction Stream Multiple Data Stream (SIMD)

Satu unit kontrol yang mengeksekusi aliran tunggal instruksi, tetapi lebih dari satu Elemen

Pemroses. Multiple Instruction Stream, Single Data Stream (MISD)

Mengeksekusi beberapa program yang berbeda terhadap data yang sama. Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream (MISD)

Juga disebut multiprocessors, dimana lebih dari satu proses dapat dieksekusi berikut terhadap

dengan datanya masing-masingArsitektur Paralel

Dalam taksonomi arsitektur paralel ada dua keluarga arsitektur paralel yang banyak

diterapkan adalah: SIMD dan MIMD, dimana untuk mesin yang murni MISD tidak ada. Arsitektur SIMD

Mesin SIMD secara umum mempunyai karakteristik sbb:

♦ Mendistribusi proses ke sejumlah besar hardware

♦ Beroperasi terhadap berbagai elemen data yang berbeda

♦ Melaksanakan komputasi yang sama terhadap semua elemen data

Peningkatan kecepatan pada SIMD proporsional dengan jumlah hardware (elemen pemroses)

yang tersedia. Pengertian dasar komputer: yaitu suatu system yang menggabungkan beberapa peralatan elektronik untuk memproses data yang di masukkan oleh peralatan input kemudian diolah oleh unit pemroses dan hasilnya berupa informasi melalui peralatan output. 

Sebagaimana arsitektur bangunan, kualitas atau mutu arsitektur komputer tidak mudah diukur. Seperti halnya atribut yang menjadikan arsitektur bangunan bermutu, sebagian besar atribut berikut sulit dihitung. Pada hakekatnya, suatu arsitektur yang baik untuk satu aplikasi mungkin saja jelek untuk aplikasi yang lain, dan sebaliknya. Pada bagian ini, kita akan membahas enam atribut mutu arsitektur: generalitas (keumuman), daya terap, efisiensi, kemudahan penggunaan, daya tempa, dan daya kembang 

(ekpandabilitas).

Generalitas

Generalitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur. Sebagai contoh, komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi ilmiah dan teknik menggunakan aritmetik floating-point (dengan nomor disimpan dengan penunjuk besarnya dan eksponennya) dan komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis menggunakan aritmetik desimal (dengan nomor ditampilkan sesuai dengan digit desimalnya). Sistem umum memberikan dua jenis aritmetik.

Walaupun nomor instruksi dalam set instruksi bukan merupakan ukuran langsung bagi generalitas komputer, namun ia memberikan indikasi generalitas. Keanekaragaman modepengalamatan juga merupakan indikasi generalitas. Meskipun demikian, RISC begitu umum walau ia mempunyai set instruksi yang kecil dengan mode pengalamatan yang sedikit.

Salah satu pembahasan utama oleh kalangan peneliti komputer selama tahun 1980-an adalah persoalan bagusnya generalitas. Akhir-akhir ini, persoalan ini mengarah pada opini bahwa generalitas adalah tidak bermanfaat. Generalitas cenderung meningkatkan kekompleksan implementasi. Bagi rumpun komputer yang besar dari berbagai perusahaan, kekompleksan ini mengakibatkan sulitnya perancangan mesin. Generalitas juga cenderung membuat compiler optimisasi menjadi lebih kompleks, karena ia harus memilih lebih banyak instruksi ketika menggenerasi (menghasilkan) kode. Juga, generalitas cenderung mengakibatkan kompleksitas, dan desain sistem yang menggunakan komputer akan mengakibatkan kekompleksan software, yang seharusnya developer akan secara mudah mengoreksi kesalahan.

Salah satu argumen komersial dalam menerapkan generalitas adalah bahwa, karena ia menyebabkan perancangan komputer menjadi sulit, maka perusahaan yang melakukan perancangan tersebut bisa mengurangi peniruan rancangan oleh perusahaan lain. Tak ada perusahaan komputer yang besar ingin kehilangan pasamya atas rancangan komputer yang ia buat.

Daya Terap

Daya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakannya. Komputer yang terutama dirancang untuk satu dari dua area aplikasi utama: (1) aplikasi ilmiah dan teknis dan (2) aplikasi komersil biasa. Aplikasi ilmiah dan teknis adalah aplikasi yang biasanya untuk memecahkan persamaan kompleks dan untuk penggunaan aritmetik floating point ekstensif. Mereka ini adalah computation-intensive application(aplikasi komputasi intensit), yang berarti mereka mempunyai rasio operasi CPU ke memori dan operasi I/O yang jauh lebih tinggi dari pada aplikasi lain (walaupun banyak komputasi simbolisnya juga merupakan computation-intensive). Aplikasi komersil umum atau biasa adalah aplikasi yang didukung oleh pusat komputer biasa: menghimpun (compiling), menghitung (accounting), mengedit, penggunaan spreadsheet,dan word prosesing, 

seperti yang ada di komputer secara umum.

Efisiensi

Efisiensi adalah ukuran rata-rata jumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa. Arsitektur yang efisien memungkinkan (namun tidak memastikan) terjadinya implementasi yang efisien. Perlu anda catat, bahwa ada pertentangan antara efisiensi dan generalitas. Juga, karena turunnya harga komponen komputer,maka sekarang efisiensi tidak terlalu dipikirkan seperti halnya pada awal pengembangan komputer.

Namun demikian, arsitektur yang efisien akan memungkinkan terjadinya implementasi berkecepatan sangat tinggi dan berbiaya sangat rendah, dan dalam rumpun komputer yang besar, implementasi yang demikian tersebut sangat diperlukan. Salah satu sifat arsitektur yang efisien adalah bahwa ia secara relatif cenderung sederhana. Karena untuk merancangsistem yang kompleks secara benar begitu sulit, maka kebanyakan komputer mempunyai sebuah komputer inti  (core computer) efisien yang sederhana, yaitu CPU. CPU ini mempunyai layer kontrol disekelilingnya guna memberikan fasilitas yang canggih yang dibutuhkan oleh arsitektur.

Kemudahan Penggunaan

Kemudahan penggunaan arsitektur adalah ukuran kesederhanan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau membuat software untuk arsitektur tersebut, misalnya sistem pengoperasiannya atau compilernya. Oleh karena itu, kemudahan penggunaan ini merupakan fungsi ISA dan berkaitan erat dengan generalitas. Definisi ini jangan dikacaukan dengan istilah ‘mudah untuk digunakan’ (friendly) yang diperuntukkan bagi pemakai dalam menggunakan komputer. Istilah mudah untuk digunakan ini ditentukan oleh sistem pengoperasian dan software yang ada,  bukannya arsitektur dasar. Kita bisa mengambil contoh dari beberapa komputer yang tidak mempunyai kemudahan penggunaan, dengan perancang compiler sulit mengimplementasikan beberapa bahasa pemrograman tingkat tinggi.

Set instruksi dari koniputer awal kadang-kadang kekurangan instruksi untuk melakukan operasi yang penting. Akibatnya, para programmer harus menggunakan urutan instruksi yang kacau untuk mengimplementasi operasi yang penting tersebut. Sekarang ini, arsitek set instruksi telah mempunyai banyak pengalaman untuk merancang set instruksi, sehingga kelemahan tersebut jarang ditemukan.

Daya Tempa (malleability)

Empat ukuran sebelumnya daya terap, generalitas, efisiensi, dan kemudahan penggunaan berlaku untuk arsitekturrumpun komputer. Dua ukuran yang terakhir daya tempa dan daya kembang umumnya berlaku untuk implementasi komputer dalam satu rumpun. Daya terap arsitektur adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk mengimplementasikan komputer (yang mempunyai arsitektur itu) dalam jangkauan yang luas. Lebih spesifik arsitekturnya, maka akan lebih sulit untuk membuat mesin yangberbeda ukuran dan kinerjanya dari yang lain. Secara analogis, bila seseorang menamakan suatu arsitektur rumah sebagai rumah kolonial, maka dimungkinkan rumah tersebut mempunyai ukuran dan gaya yang berbeda dengan yang lain. Sebaliknya, jika arsitektur telah menentukan rencana induknya, maka hanya dimungkinkan sedikit variasi implementasi.

Umumnya, arsitektur mencakup banyak gambaran setiap tingkat dengan detail. Rencana dasar atau induk dari rumah kolonial tersebut meliputi berbagai detail, misalnya tembok, pintu, saluran listrik dan air. Dalam kaitannya dengan komputer personal standart industri, spesifikasinya longgar, seperti halnya spesifikasi pada rumah kolonial tersebut. Pada Apple Macintosh atau IBM PC AT, spesifikasi arsitekturnya jauh lebih lengkap, sehingga semua implementasi hampir sama.

Daya Kembang

Daya kembang (expandability) adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk meningkatkan kemampuan arsitektur, misalnya kemampuan ukuran memori maksimumnya atau kemampuan aritmetiknya. Umumnya, spesifikasi rumpun komputer memungkinkan perancang untuk menggunakan ukuran memori yang berjangkauan luas dalam anggota rumpun. Sebagai contoh, karena arsitektur DEC VAX hanya menentukan ukuran memori secara tidak langsung dan hanya berada dalam batasan luas tertentu, maka komputer VAX mempunyai ukuran memori yang bervariasi yang lebih dari satu faktor 1000.

Para perancang dapat memperoleh daya kembang memori ekstemal dengan berbagai cara: Mereka dapat meningkatkan jurhlah eralatan atau mereka dapat meningkatkan kecepatan peralatan tersebut dalam menggerakkan data ke dan dari dunia luar. Banyak arsitektur yang mengabaikan aspek penentuan struktur I/O. Kurangnya spesifikasi akan meningkatkan daya kembang, namun ia bisa juga meningkatkan jumlah pemrograman kembali yang diperlukan oleh anggota rumpun yang baru.

Beberapa komputer mempunyai lebih dari satu CPU. Dalam hal ini, daya kembang juga berkaitan dengan jumlah CPU yang dapat digunakan oleh sistem secara efektif. Barrier (penyangga) pada komputer yang mempunyai CPU lebih dari satu umumnya tidak jelas. Jika programmer sistem mendapatkan kesulitan untuk menyinkronkan CPU-CPU, misalnya, maka sinkronisasi ini secara efektif akan membatasi jumlah CPU yang dapat digunakan sistem.

-          Sejarah perkembangan komputer :

Selama perang dunia kedua negara-negara maju yang sedang berperang berlomba-lomba menciptakan peralatan canggih yang digunakan untuk media informasi dan radar  untuk keperluan militer.Komputer diperkenalkan pertama kali di universitas Pensylvania dengan berbasis teknologi tabung hampa udara  yang digunakan pada peralatan radio.

1.      Generasi pertama (1945-1955)

Konsep utama arsitektur komputer diperkenalkan oleh john Von Neuman, Program dan datanya diletakkan dalam memori yang sama , operasi aritmatika dasar dilakukan dalam beberapa milidetik menggunakanteknologi tabung hampa udara untuk menerapkanfungsi logika, teknologi ini menghasilkan peningkatan kecepatan  dengan kelipatan 100 hingga 1000 kali relatif terhadap teknologi mekanik dan elektromekanik berbasis relay dan fungsi I/O dilaksanakan oleh alat yang mirip mesin ketik .

2.      Generasai kedua (1955-1965)

Perusahan AT&T Bell laboratories menemukan Transistor pada akhir tahun 1940-an dan dengan cepat menggantikan tabung hampa udara, pada periode ini dikembangkan memori berinti magnetic, bahasa tingkat tinggi, program system yang disebut Compiler, Prosedure I/O terpisah juga dikembangkan . pada periode ini IBM menjadi produsen komputer terbesar.

3.      Generasi ketiga (1965-1975)

Dengan ditemukannya  IC ( Integrated circuit) mulai menggantikan memori berinti magnetic, adanya pengenalan microprogramming, pararelism, software system operasi memungkinkan pembagian yang efisien suatu system komputer oleh beberapa program user (multiuser), selain tiu dikembangkakn memori cache virtual, computer mainframe system 360 dari IBM dan jenis mini komputer PDP dari Digital Equipment Corporation merupakan komersial yang dominan pada generasi ini.

4.      Generasi keempat(1975 – sekarang)

Teknik Fabrikasi Integreted circuit berevolusi  ketitik derah processor utama lengkap dengan pembagian besar dari memori utama suatu komputer kecil yang dapat diimplementasikan pada chip tunggal dengan 10000 transistor.generasi ini terus berkembang dengan ditemukannya Very large scale integration (VLSI) sehingga memungkinkan processor berkembang semakin cepat.dan kemampuan memori mencapai kecepatan 2