EVOLUSI ARSITEKTUR KOMPUTER
Evolusi
Komputer
1. KOMPUTER GENERASI PERTAMA (1941)
-Penggunaan Vacum Tube dan
instruksi menggunakan bahasa mesin.
-ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Komputer) : menggunakan 18000 tabung yang beratnya mencapai 30
ton.
-Memerlukan tempat yang luas.
2. KOMPUTER GENERASI KEDUA (1948)
-Menggunakan Transistor ( IBM 1401 ).
-Sudah memiliki Sistem Operasi,
program dan media penyimpan (disket).
-Munculnya Bahasa pemrograman COBOL,
FORTRAN.
-Software house, programmer, analyst.
-Pemanfaatan pada skala industri.
3. KOMPUTER GENERASI KETIGA (1958)
-Penggunaan IC (Integrated Circuit ).
-Mengkombinasikan tiga komponen elektronik
dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa.
-Munculnya chip semikonduktor : gabungan
banyak IC dalam 1 chip yang dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan.
4. KOMPUTER GENERASI KEEMPAT (1980)
-Setelah IC, tujuan pengembangan
menjadi lebih jelas: mengecilkan ukuran sirkuit dan komponen-komponen elektrik
dalam suatu penskalaan.
-Large Scale
Integration (LSI) dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip.
-Very Large
Scale Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah chip tunggal.
-Mikroprosesor : penggabungan
seluruh komponen komputer ( CPU , memori, kendali I/O) dan diprogram sesuai dengan
kebutuhan.
-Munculnya PC.
5. Komputer Generasi Kelima
-Sudah tidak berorientasi pada
kecepatan atau ukuran fisik, namun lebih menonjolkan performance Artificial
Intelegence.
-Patern recognation,
bioinformatika.
Evolusi Arsitektur
Komputer
°1950 - 1960: Arsitektur komputer berupa
komputer aritmatik.
° 1970 - pertengahan 1980:
Arsitektur komputer berupa desain set intruksi untuk suatu kompiler tertentu.
° 1990 : Arsitektur komputer berupa
bentuk desain CPU, sistem memori, sistem I/O, Multiprosesor, dan Network
komputer.
° 2010 : Arsitektur komputer berupa
sistem yang dapat beradaptasi sendiri, struktur yang dapat mengorganisasikan
sendiri, sistem DNA / Komputansi Quantum.
Arsitektur Komputer
Arsitektur komputer berkaitan dengan
hubungan antara unit hardware sebagai perangkat elektronik digital dan
unit software.
Menurut [William Stalling] Arsitektur
komputer berkaitan dengan atribut – atribut yang mempunyai dampak langsung pada
eksekusi logis sebuah program.
Misal : Set instruksi, jumlah bit yang
digunakan untuk penyajian data, mekanisme I/O, teknik pengalamantan.
Klasifikasi arsitektur komputer
terbagi menjadi 2 bagian besar, yaitu:
-Arsitektur
mesin VON NEUMANN
-Arsitektur
mesin NON-VON NEUMANN
KLASIFIKASI ARSITEKTURAL SISTEM KOMPUTER
KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER NON-VON
NEUMANN
Ada 3 skema klasifikasi arsitektural
sistem komputer NON-VON NEUMANN, yaitu:
1. Klasifikasi
Flynn
Didasarkan pada
penggandaan alur instruksi dan alur data dalam sistem komputer.
2. Klasifikasi
Feng
Didasarkan pada
pemrosesan paralel dan serial
3. Klasifikasi
Händler
Didasarkan pada
derajat keparalelan dan pipelining dalam berbagai tingkat subsistem.
1. Klasifikasi Flynn
-Klasifikasi sistem komputer yang
didasarkan pada penggandaan alur instruksi dan alur data diperkenalkan oleh
Michael J. Flynn.
Alur instruksi
(instruction stream) adalah urutan instruksi yang dilaksanakan oleh mesin.
Alur data
adalah urutan data yang dipanggil oleh alur instruksi.
-Baik instruksi maupun data diambil
dari modul memori.
-Instruksi didecode (diartikan) oleh
Control Unit.
-Alur data mengalir dua arah antara
prosesor dan memori.
Ada 4 kategori sistem komputer dalam
klasifikasi Flynn:
1. Single Instruction stream –
Single Data stream (SISD)
2. Single Instruction stream –
Multiple Data stream (SIMD)
3. Multiple Instruction stream –
Single Data stream (MISD)
4. Multiple Instruction stream –
Multiple Data stream (MIMD)
2. Klasifikasi Feng
-Tse Yun Feng mengusulkan pembagian
klasifikasi arsitektur komputer berdasarkan derajat keparalelan (degree of
parallelism). Yaitu Jumlah bit maksimum
yang dapat diproses dalam satu satuan waktu.
-Derajat keparalelan rata-rata (Pa)
adalah :
-Bila Pi adalah jumlah bit yang
dapat diproses dalam siklus prosesor ke – i (atau periode clock ke – i),
-Siklus prosesor (T) dinyatakan oleh
i = 1,2,3, ......, T
-Laju utilisasi (utilization rate)
(μ) sistem komputer dalam siklus T
adalah :
dimana
P : derajat keparalelan maksimum
-Jika daya komputasi prosesor
dipakai penuh, maka Pi = P untuk semua i dan μ = 1 untuk 100% utilisasi.
→
Laju utilisasi bergantung pada program aplikasi yang dieksekusi.
Feng mengklasifikasi sistem komputer
juga menggunakan parameter panjang word n, panjang bit slice m.
Bit-slice adalah string of bits,
yaitu satu dari setiap word pada posisi bit vertikal yang sama.
Ada 4 tipe Metode Pemrosesan :
1. Word Serial and Bit Serial (WSBS)
2. Word Paralel and Bit Setial
(WPBS)
3. Word Serial and Bit Paralel
(WSBP)
4. Word Paralel and Bit Paralel
(WPBP)
-WSBS disebut Bit serial procesing
karena satu bit (n=m=1) diproses pada satu satuan waktu.
Proses : lambat
Komputer
generasi pertama
-WPBS (n=1, m>1) disebut BIS
procesing ( Bit Slice Procesing) karena sejumlah m bit slice diproses pada satu
satuan waktu.
-WSBP (n>1, m=1) disebut Word
slice processing karena satu word pada n bit diproses pada satu satuan waktu.
Ditetapkan pada
kebanyakan komputer sekarang.
-WPBP (n>1, m>1) disebut Fully
Paralel Processing (Paralell Processing) disini array dari n,m bits diproses
pada satu satuan waktu.
Proses : paling
cepat.
KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER
1. 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”.
Berikut kriteria komputer dengan
arsitektur Von Neumann:
1. Mempunyai tiga subsistem hardware
dasar:
sebuah CPU
sebuah sistem
memori utama
sebuah sistem
I/O
2. 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.
3. Menjalankan instruksi secara
berurutan. CPU menjalankan, atau setidaknya
akan menjalankan, satu operasi dalam
sekali waktu.
4. Mempunyai, atau paling tidak akan
mempunyai, satu path antara sistem
Memori utama dan unit kontrol CPU; hal
ini biasanya dinamakan "vonNeumann
bottleneck."
2. Arsitektur RISC
Konsep arsitektur RISC banyak
menerapkan proses eksekusi pipeline. Meskipun jumlah perintah tunggal yang
diperlukan untuk melakukan pekerjaan yang diberikan mungkin lebih besar,
eksekusi secara pipeline memerlukan waktu yang lebih singkat daripada waktu
untuk melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan perintah yang lebih
rumit. Mesin RISC memerlukan memori yang lebih besar untuk mengakomodasi
program yang lebih besar. IBM 801 adalah prosesor komersial pertama yang
menggunakan pendekatan RISC.Lebih lanjut untuk memahami RISC, diawali dengan
tinjauan singkat tentang karakteristik eksekusi instruksi.
3. Arsitektur CISC
CISC sendiri adalah salah satu
bentuk arsitektur yang menjalani beberapa instruksi dengan tingkat yang rendah.
Misalnya intruksi tingakt rendah tersebut adalah operasi aritmetika,
penyimpanan-pengambilan dari memory dll. CISC memang memiliki instruksi yang
complex dan memang dirasa berpengaruh pada kinerjanya yang lebih lambat. CISC
menawarkan set intruksi yang powerful, kuat, tangguh, maka tak heran jika CISC
memang hanya mengenal bahasa asembly yang sebenarnya ia tujukan bagi para
programmer.
4. 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.
5. 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.
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.
Kesimpulan dari arsitektur komputer:
-Arsitektur komputer membahas
tentang hubungan antara hardware dan software.
-Meliputi spesifikasi sekumpulan
instruksi dan unit hardware yang melaksanakan instruksi tersebut.
-Dalam tulisan ini dibahas pula
banyak aspek pemrograman dan komponen software dalam sistem komputer.
-Sangatlah penting mempertimbangkan
aspek hardware dan software pada desain berbagai komponen
komputer guna mencapai pemahaman yang baik pada suatu sistem komputer.
Referensi:
http://wahyukr.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/36820/%281%29+Organisasi+%26+Arsitektur.ppt 9 Okt 2018 19.31
