Organisasi dan Arsitektur Komputer

Arsitektur  Komputer

1.Pendahuluan

           Komputer adalah alat yang dipakai untuk mengolah data menurut prosedur yang telah dirumuskan. Kata computer semula dipergunakan untuk menggambarkan orang yang perkerjaannya melakukan perhitungan aritmatika, dengan atau tanpa alat bantu, tetapi arti kata ini kemudian dipindahkan kepada mesin itu sendiri. Asal mulanya, pengolahan informasi hampir eksklusif berhubungan dengan masalah aritmatika, tetapi komputer modern dipakai untuk banyak tugas yang tidak berhubungan dengan matematika.

                      

Gambar 1 Arsitektur Komputer

          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. Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, Blue Gene, dll. Arsitektur komputer juga 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.

2.Evolusi Komputer
           Komputer ialah alat bantu perhitungan yang kompleks, 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. namum dalam perkembangann sejarah evolusi komputer mengalami perkembangan. pada tahun 1944 komputer mengeluarkan generasi pertamayaitu tabung vakum yang di namakan ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuatoleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan komputerdigital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. ENIAC dibuat di bawah lembaga Army's Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Sebelumnya tugas ini dilakukanoleh kurang lebih 200 personil dengan menggunakan kalkulator untuk menyelesaikan persamaanmatematis peluru kendali yang memakan waktu lama.

 Gambar 2 Prosesor pada komputer

           ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasimencapai 5.000 operasi penambahan per detik. ENIAC masih merupakan mesin desimal,representasi data bilangan dalam bentuk desimal dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal.Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing – masing akumulatornya mampumenampung 10 digit desimal. Setiap digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buahtabung vakum. Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitudengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIACselesai pada tahun 1946 sejak proposal diajukan tahun 1943, sehingga tahun 1946 merupakangerbang bagi zaman baru komputer elektronik.
           Sejak pesatnya teknologi semikonduktor hingga menghasilkan komponen transistormembawa perubahan besar pada dunia komputer. Komputer era ini tidak lagi menggunakantabung vakum yang memerlukan daya operasional besar, tabung – tabung itu digantikankomponen kecil bernama transistor. Konsumsi daya listrik amat kecil dan bentuknyapun relatifkecil.
         Transistor ditemukan di Bell Labs pada tahun 1947 dan tahun 1950 telah meluncurkanrevolusi elektronika modern. IBM sebagai perusahaan pertama yang meluncurkan produkkomputer dengan transistor sehingga tetap mendominasi pangsa pasar komputer. NCR dan RCAadalah perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil saat itu, kemudian diikutiIBM dengan mengeluarkan seri 7000-nya.
           Dengan adanya transistor membuat hardware komputer saat itu makin cepat prosesnya, Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. Generasi duaini juga terdapat perubahan perkembangan pada ALU yang makin kompleks, lahirnya bahasapemrograman tingkat tinggi maupun tersedianya software sistem operasi.Generasi kedua juga ditandai munculnya Digital Equipment Corporation (DEC) tahun1957 dan meluncurkan komputer pertamanya, yaitu PDP 1. Komputer ini sangat penting bagiperkembangan komputer generasi ketiga. Pada tahun 1958 terjadi revolusi elektronika kembali, yaitu ditemukannya integrated circuit (IC) yang merupakan penggabungan komponen – komponen elektronika dalam suatu paket. Dengan ditemukan IC ini semakin mempercepat proses komputer. Era keempat perkembangan genarasi komputer ditandai adanya VLSI. Paket VLSI dapatmenampung 10.000 komponen lebih per kepingnya dengan kecepatan operasi mencapai 100jutaoperasi per detiknya. mengilustrasikan perkembangan mikroprosesor Pentiumterhadap jumlah transistor per kepingnya. Masa – masa ini diawali peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004. Mikroprosesor 4004dapat menambahkan dua bilangan 4 bit dan hanya dapat mengalikan dengan cara pengulanganpenambahan. Memang masih primitif, namun mikroprosesor ini tonggak perkembanganmikroprosesor – mikroprosesor canggih saat ini. Tidak ada ukuran pasti dalam melihatmikroprosesor, namun ukuran terbaik adalah lebar bus data : jumlah bit data yang dapat dikirim –diterima mikroprosesor. Ukuran lain adalah jumlah bit dalam register.

3.Klarifikasi Arsitektur  

          Komputer memiliki klarifikasi agart lebih terarah dalam pengembangannya, dalam klarifikasi komputer di bagi menjadi dua bagian yaitu Arsitektur von Neumann dan Arsitektur non 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”.

           Taksonomi Flynn, dalam arsitektur komputer, adalah sebuah klasifikasi yang dibuat oleh Michael J.Flynn pada tahun 1966. Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah intruksi yang berjalan simultan dan konkuren, dan juga aliran data yang diprosesnya. dalam Taksonomi Flynn, komputer dibagi menjadi empat buah kelas, yakni
 

a. Single Instruction Single Data Stream (SISD), yaitu sebuah komputer yang tidak memiliki cara untuk melakukan paralelisasi terhadap instruksi atau data. Contoh mesin SISD adalah PC tradisional atau mainframe yang tua.

b. Multiple Instruction, Single Data Sream (MISD), yaitu sebuah komputer yang dapat melakukan banyak instruksi terhadap satu aliran data. Komputer ini, tidak memiliki contoh, karena meski pernah dibuat, hal itu dibuat sebagai purwarupa (prototipe), dan tidak pernah dirilis secara massal.

c. Single Instruction, Multiple Data Stream (SIMD), yaitu sebuah komputer yang mampu memproses banyak aliran data dengan hanya satu instruksi, sehingga operasi yang dilakukan adalah operasi paralel. Contoh dari SIMD adalah prosesor larik (array processor), atau GPU.

d. Multiple Instruction, Multiple Data stream (MIMD), yaitu sebuah komputer yang memiliki beberapa prosesor yang bersifat otonomus yang mampu melakukan instruksi yang berbeda pada data yang berbeda. Sistem terdistribusi umumnya dikenal sebagai MIMD, entah itu menggunakan satu ruangan memori secara bersama-sama atau sebuah ruangan memori yang terdistribusi (MIMD), yaitu sebuah komputer yang memiliki beberapa prosesor yang bersifat otonomus yang mampu melakukan instruksi yang berbeda pada data yang berbeda. Sistem terdistribusi umumnya dikenal sebagai MIMD, entah itu menggunakan satu ruangan memori secara bersama-sama atau sebuah ruangan memori yang terdistribusi.

4.Kualitas arsitektur

Kualitas arsitektur komputer merupakan suatu yang menentukan komputer itu baik atau tidak. Komputer dikatakan baik jika memiliki kualitas yang baik dalam hal apapun. Begitu juga komputer dikatakan tidak baik jika komputer tersebut tidak dapat memenuhi apa yg diperintahkan atau diinginkan pengguna. Hal yang dipenuhi inilah yang disebut dengan kualitas. Adapun kualitas arsitektur komputer yaitu :

1. Generalitas adalah ukuran besamya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur.

2. Daya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakannya.

3. Efisiensi adalah ukuran rata-rata jurnlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa.

4. 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.

5. 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 yang berbeda ukuran dan kinerjanya dari yang lain.

6. 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 dalarn anggota rumpun.

5.Faktor Keberhasilan

Kinerja sistem sebagian ditentukan oleh kecepatan komputer. Untuk mengukur kinerja komputer, para arsitek menjalankan serangakian program yang standart, yang disebut benchmark,pada komputer. Benchmark ini memungkinkan arsitek untuk menentukan kecepatan relatif dari semua komputer yang menjalankan benchmark tersebut dan menentukan kecepatan absolute dari tiap komputer. Hasilnya bermanfaat bagi arsitek untuk melaporkan kinerja sistem dengan menggunakan berbagai performance metrics (metrik kinerja).

Ada dua jenis ukuran benchmark biasa yang digunakan untuk: mengukur kecepatan komputer dalam MFLOPS. Tentu saja, juga ada MFLOPS tertinggi dan GFLOPS tertinggi, seperti MIPS tertinggi Vectorization (vektorisasi) adalah penggabungan program agar mereka dapat berjalan pada komputer yang mempunyai instruksi vektor secara efisien. Satu VUP adalah sekitar 0,5 IBM MIPS. Dua benchmark yang lebih barn adalah SPEC Benchmark Suite dan Perfect Club. Ukuran Kinerja Yang Lain. Ada tiga metrik yang dapat digunakan untuk sistem memori. Memory bandwidth. adalah jumlah megabyte per detik yang dapat dikirimkan oleh memori ke prosesor. Memory access time adalah rata-rata waktu yang dibutuhkan oleh CPU untuk mengakses memori, yang biasanya dinyatakan dalam nanosecond.Memory size adalah volume data yang dapat diampu (disimpan) oleh memori, biasanya dinyatakan dalam megabyte.

6. Struktur dasar komputer & Organisasi Komputer

Suatu sistem komputer terdiri dari lima unit struktur dasar, yaitu:

Unit masukan (Input Unit)
Unit kontrol (Control Unit)
Unit logika dan aritmatika (Arithmetic & Logical Unit / ALU)
Unit memori/penyimpanan (Memory / Storage Unit)
Unit keluaran (Output Unit) 

6.1 CPU
          Control Unit dan ALU membentuk suatu unit tersendiri yang disebut Central Processing Unit (CPU). Hubungan antar masing-masing unit yang membentuk suatu sistem komputer dapat dilihat pada gambar berikut:

 

 

Gambar 3 Struktur dasar sistem komputer

           Data diterima melalui Input Device dan dikirim ke Memory. Di dalam Memory data disimpan dan selanjutnya diproses di ALU. Hasil proses disimpan kembali ke Memory sebelum dikeluarkan melalui Output Device. Kendali dan koordinasi terhadap sistem ini dilakukan oleh Control Unit. Secara ringkas prinsip kerja komputer adalah Input – Proses – Output, yang dikenal dengan singkatan IPO.

Fungsi Utama dari masing-masing Unit akan dijelaskan berikut ini:

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) yaitu alat penerima dan pembaca masukan serta media masukan yaitu perantaranya.
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, membangkitkan dan mengendalikan sinyal-sinyal kontrol untuk menyesuaikan operasi-operasi dan arus data dari bus alamat (address bus) dan bus data (data bus), serta mengendalikan dan menafsirkan sinyal-sinyal kontrol pada bus kontrol (control bus) dari sistem komputer. Pengertian mengenai bus dapat dilihat di bagian bawah halaman ini.
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, sehingga ALU merupakan bagian inti dari suatu sistem komputer. Pada beberapa sistem komputer untuk memperingan dan membantu tugas ALU dari CPU ini diberi suatu peralatan tambahan yang disebut coprocessor sehingga khususnya proses perhitungan serta pelaksanaan pekerjaan pada umumnya menjadi lebih cepat. Pengertian mengenaicoprocessor dapat dilihat di bagian bawah halaman ini.
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. Pada suatu sistem komputer terdapat dua macam memori, yang penamaannya tergantung pada apakah alat tersebut hanya dapat membaca atau dapat membaca dan menulis padanya. Bagian memori yang hanya dapat membaca tanpa bisa menulis padanya disebut ROM (Read Only Memory), sedangkan bagian memori yang dapat melaksanakan membaca dan menulis disebut RAM (Random Access Memory).
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).



6.2 Pengertian 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.

6.3 Pengertian Coprocessor

          Coprocessor adalah Mikroprosesor tambahan (auxiliary processor) untuk membantu tugas dari prosesor utama (CPU). Sebenarnya latar belakang adanya coprocessor ini dimaksudkan untuk menutupi kelemahan dalam perhitungan matematika dan aritmatika pada prosesor Intel 8088. Tugas utamanya untuk melaksanakan perhitungan matematika dan aritmatika sehingga tidak menjadi beban prosesor Intel 8088.

Refrensi:

http://id.wikipedia.org/wiki/Arsitektur_komputer

http://www.scribd.com/doc/34680696/Bab-2-Evolusi-Dan-Kinerja-Komputer-Organisasi-Komputer

http://id.wikipedia.org/wiki/Taksonomi_Flynn

http://rikyaldriasblogspotcom.blogspot.com/

http://radmarssy.wordpress.com/2007/02/07/struktur-dasar-komputer/