evolusi arsitektur komputer

evolusi arsitektur komputer


  • Pengertian Arsitektur Komputer
Organisasi komputer adalah suatu hal yang mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem komputer, sebagai contoh : sinyal kontrol, prosesor, interface komputer dan peripheral, teknologi memori yang digunakan. Arsitektur komputer mempelajari atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer dan memiliki dampak langsung pada eksekusi logis sebuah program, contoh : set instruksi, jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan bermacam-macam jenis data (misal bilangan, karakter), aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O. Arsitektur komputer dapat bertahan bertahun-tahun tapi organisasi komputer dapat berubah sesuai dengan perkembangan teknologi. Pabrik komputer memproduksi sekelompok model komputer, yang memiliki arsitektur sama tapi berbeda dari segi organisasinya yang mengakibatkan harga dan karakteristik unjuk kerja yang berbeda.
  • Evolusi Komputer
Ada dimensi-dimensi penting dalam evolusi komputer, dan terdapat beberapa alasan yangmenyebabkan komputer beserta komponen dan arsitekturnya terus berkembang, yaitu kinerja,kapasitas, harga, maintainability dan kenyamanan pengguna. Kinerja dan kapasitas dipengaruhioleh faktor teknologi, konsep dan teknik
gambar 1. dimensi penting komputer
1. Evolusi mode-mode penggunaan komputer
Mode-mode penggunaan sistem komputer pada waktu yang berbeda. Pada setiap mode,sistem operasi dan software sistem yang berhubungan mempunyai beberapa fitur-fitur unik.
a. Uniprograming: hanya satu tugas yang diproses pada satu waktu dan semua resource sistem tersedia secara eksklusif sampai tugas terselesaikan
b. Paraller processing: kemampuan menjalankan tugas atau aplikasi lebih dari satu aplikasi dan dijalankan menggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan.
c. Multi processing: kombinasi eksekusi dari dua atau lebih program yang berbeda dalam sebuah CPU.
d. Multitasking: menjalankan dua atau lebih program dalam sebuah komputer pada saat yang bersamaan. Berapa banyak program yang dapat se&ara efektif di multitasking tergantung dari tipe
multitasking yang dilakukan ( preemptive vs Cooperative), kecepatan CPU dan memori serta kapasitas harddisk.
e. Komputer network: sistem jaringan kerja komputer, terdiri dari dua atau lebih komputer dan alat pendukung lain yang saling berhubungan melalui saluran komunikasi.

2.Evolusi Arsitektur CPU dasar
Berdasarkan organisasinya CPU komputer dikelompokan ke dalam 3 basis CPU, yaitu:
a. CPU berbasis akumulator: pada arsitektur berbasis akumulator, jumlah intruksi dalam program meningkat tetapi intruksi menjadi cepat karena operand sudah berada dalam akumulator itu sendiri. Akumulator adalah sebuah register yang berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan aritmatika dan hasil logika, akumulator sangat dibutuhkan untuk menulis perhitungan seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian,maupun pembagian ke memori utama (main memori) yang mungkin untuk dibaca kembali untuk melakukan operasi berikutnya.
b. CPU berbasis register: pada arsitektur berbasis register, operand-operand untuk intruksi disimpan dalam register CPU dan karena itu operand-operand dibaca dengan cepat ketika siklus intruksi. Register adalah sebagian kecil memori komputer yang dipakai untuk tempat penampungan data dengan ketentuan bahwa data yang terdapat dalam register dapat diproses dalam berbagai operasi dengan melihat berapa besar kemampuan menampung register tersebut.
c. CPU berbasis stack: dimana pemrogramnya sangat sederhana karena operasi aritmetika dilakukan pada item teratas dari stack tersebut.

3.Evolusi Unit Control dan Penerjemahan Intruksi
a. Hardwired control unit: Pada implementasi hardwire, unit kontrol berperan sebagai sirkuit terkombinasi yang dibuat berdasarkan kontrol sinyal yang akan dikeluarkan. Jadi untuk setiap kontrol sinyal memiliki rangkaian logika tertentu pada kontrol unit yang dapat menghasilkan kontrol sinyal yang dimaksud. Kelebihan dari hardwireadalah kecepatannya yang tinggi karena logika unit kontrol langsung dibentuk menjadi rangkaian.
b. Microprogrammed control unit: implementasi microprogrammed tidak menggunakan sirkuit terkombinasi namun menggunaka intruksi mikro. berupamenyimpan pola-pola bit untuk setiap instruksi yang sesuai dengan sinyal-sinyal kontrol dalam beberapa mikrointruksi.Kelebihan dari
microprogrammed adalah lebih mudah untuk mengimplementasikan dan mendesain kontrol unit dan jauh lebihmurah.
c. Hybrid control unit: menggunakan kedua gabungan tersebut, dimana bagian dari unit kontrol yang membutuhkan waktu krisis yang digunakan hardwired dan sebaliknya digunakan microprogrammed.

4. Evolusi Teknik-Teknik Memori
Dalam evolusi teknik memori utama terdapat dua konsep:
a. Interleaving concept: salah satu konsep pembagian memori menjadi dua bagian lokasi yaitu alamat ganjil dan genap. Dengan kata lain, lokasi yang berdekatan ditempatkan dalam modul yang terpisah yang dapat diakses secara bersamaan sehingga secara keseluruhan mengurangi waktu akses.
b. Bank switching: merupakan konsep yang mengatasi masalah kapasitas memori yang dibatasi jumlah bit alamat dengan cara tanpa sepengetahuan CPU dengan bantuan atau kerjasama sistem operasi.
5. Evolusi Penanganan Siklus Intuksi
Secara umum kinerja suatu subsistem dapat ditingkatkan dengan teknik paralelisme duplikasi
hardware, paralelisme dengan aksi mendahului, tumpang tindih dan realokasi.

6. Evolusi Teknik-Tenik I/O
Dalam evolusi teknik I/O terdapat teknik-teknik transfer data dengan perangkat peripheral, yaitu polling, mode interupsi, (data channel, mode DMA) front and prosesor. Teknik-teknik I/O tersebut pada setiap perangkat menawarkan kecepatan atau transfer rate yang beragamdan juga biaya hardware yang bermacam-macam.
7. Evolusi Software Sistem 
Sistem operasi dan pengembangan software sistem lainnya telah berkembang bersama dengan
hardware dan arsitektur. Beberapa pengembangan penting software sistem antara lain: bahasa mesin, bahasa rakitan, sistem operasi, Bahasa tingkat tinggi, sistem basis data, sistem pakar dan embedded sistem.
gambar 2. software sistem
Manusia juga menemukan alat-alat mekanik dan elektronik untuk membantu manusia dalam penghitungan dan pengolahan data supaya bisa mendapatkan hasil lebih cepat.Komputer yang kita temui saat ini adalah suatu evolusi panjang dari penemuan-penemuan manusia sejak dahulu kala berupa alat mekanik maupun elektronik. Saat ini komputer dan piranti pendukungnya telah masuk dalam setiap aspek kehidupan dan pekerjaan.Komputer yang ada sekarang memiliki kemampuan yang lebih dari sekedar perhitungan matematik biasa. Diantaranya adalah sistem komputer di sentral telepon yang menangani jutaan panggilan dan komunikasi, jaringan komputer dan internet yang menghubungkan berbagai tempat di dunia. 
Sejarah Komputer menurut generasinya adalah
- Alat Hitung Tradisional
- Komputer Generasi Pertama 
- Komputer Generasi Kedua 
- Komputer Generasi Ketiga 
- Komputer Generasi Keempat 
- Komputer Generasi Kelima
  • Alat Hitung Tradisional
Yang muncul sekitar 5000 tahun yang lalu di Asia kecil dan masih digunakan di beberapa tempat hingga saat ini dapat dianggap sebagai awal mula mesin komputasi. Alat ini memungkinkan penggunanya untuk melakukan perhitungan menggunakan biji-bijian geser yang diatur pada sebuah rak.Para pedagang di masa itu menggunakan abacus untuk menghitung transaksi perdagangan.Seiring dengan munculnya pensil dan kertas,terutama di Eropa,abacus kehilangan popularitasnya. Pada masa berikutnya,beberapa insinyur membuat penemuan baru lainnya.Vannevar Bush (1890-1974) membuat sebuah kalkulator untuk menyelesaikan persamaan differensial di tahun 1931.Mesin tersebut dapat menyelesaikan persamaan differensial kompleks yang selama ini dianggap rumit oleh kalangan akademisi.Mesin tersebut sangat besar dan berat karena ratusan gerigi dan poros yang dibutuhkan untuk melakukan perhitungan.Pada tahun 1903, John V. Atanasoff dan Clifford Berry mencoba membuat komputer elektrik yang menerapkan aljabar Boolean pada sirkuit elektrik.

gambar 3. alat hitung tradisional
  • Komputer Generasi Pertama
Komputer Generasi pertama dikarakteristik dengan fakta bahwa instruksi operasi dibuat secara spesifik untuk suatu tugas tertentu. Setiap komputer memiliki program kode-biner yang berbeda yang disebut "bahasa mesin" (machine language).Hal ini menyebabkan komputer sulit untuk diprogram dan membatasi kecepatannya. Ciri lain komputer generasi pertama adalah penggunaan tube vakum (yang membuat komputer pada masa tersebut berukuran sangat besar) dan silinder magnetik untuk penyimpanan data.

gambar 4. komputer generasi pertama
  • Komputer Generasi Kedua
Komputer generasi kedua sangat mempengaruhi perkembangan komputer. Transistor menggantikan tube vakum di televisi, radio,dan komputer.Akibatnya,ukuran mesin-mesin elektrik berkurang drastis.Transistor mulai digunakan di dalam komputer mulai pada tahun 1956. Beberapa bahasa pemrograman mulai bermunculan pada saat itu. Bahasa pemrograman Common Business-Oriented Language (COBOL) dan Formula Translator (FORTRAN) mulai umum digunakan.

gambar 5. komputer generasi kedua
  • Komputer Generasi Ketiga 
Walaupun transistor dalam banyak hal mengungguli tube vakum, namun transistor menghasilkan panas yang cukup besar. Jack Kilby, seorang insinyur di Texas Instrument,mengembangkan sirkuit terintegrasi (IC: integrated circuit) di tahun 1958. IC mengkombinasikan tiga komponen elektronik dalam sebuah piringan silikon kecil yang terbuat dari pasir kuarsa.Para ilmuwan kemudian berhasil memasukkan lebih banyak komponenkomponen ke dalam suatu chip tunggal yang disebut semikonduktor.Hasilnya, komputer menjadi semakin kecil karena komponen-komponen dapat dipadatkan dalam chip.

gambar 6. komputer generasi ketiga
  • Komputer Generasi Keempat 
Setelah IC,tujuan pengembangan menjadi lebih jelas yaitu mengecilkan ukuran sirkuit dan komponen- komponen elektrik.Large Scale Integration (LSI) dapat memuat ratusan komponen dalam sebuah chip. Perkembangan yang demikian memungkinkan orang-orang biasa untuk menggunakan komputer biasa.Komputer tidak lagi menjadi dominasi perusahaanperusahaan besar atau lembaga pemerintah. Pada masa sekarang, kita mengenal perjalanan IBM compatible dengan pemakaian CPU: IBM PC/486,Pentium,Pentium II,Pentium III,Pentium IV (Serial dari CPU buatan Intel). Juga kita kenal AMD k6,Athlon, dsb.Ini semua masuk dalam golongan komputer generasi keempat. Seiring dengan menjamurnya penggunaan komputer di tempat kerja,cara-cara baru untuk menggali potensi terus dikembangkan.Seiring dengan bertambah kuatnya suatu komputer kecil, komputer-komputer tersebut dapat dihubungkan secara bersamaan dalam suatu jaringan untuk saling berbagi memori, piranti lunak,informasi, dan juga untuk dapat saling berkomunikasi satu dengan yang lainnya. 

gambar 7. komputer generasi keempat
  • Komputer Generasi Kelima 
Mendefinisikan komputer generasi kelima menjadi cukup sulit karena tahap ini masih sangat muda.Contoh imajinatif komputer generasi kelima adalah komputer fiksi HAL9000 dari novel karya Arthur C. Clarke berjudul 2001:Space Odyssey.HAL menampilkan seluruh fungsi yang diinginkan dari sebuah komputer generasi kelima. Dengan kecerdasan buatan (artificial intelligence),HAL dapat cukup memiliki nalar untuk melakukan percapakan dengan manusia, menggunakan masukan visual, dan belajar dari pengalamannya sendiri.

Untuk komputer seperti ini, agak sulit untuk dapat membayangkan bagaimana komputer masa depan.Dengan teknologi yang ada saat ini saja kita seakan sudah dapat “menggenggam dunia”.Dari sisi teknologi beberapa ilmuwan komputer meyakini suatu saat tercipta apa yang disebut dengan biochip yang dibuat dari bahan protein sitetis.Robot yang dibuat dengan bahan ini kelak akan menjadi manusia tiruan. Secara prinsip ciri-ciri komputer masa mendatang adalah lebih canggih dan lebih murah dan memiliki kemampuan diantaranya melihat,mendengar,berbicara,dan berpikir serta mampu membuat kesimpulan seperti manusia.Ini berarti komputer memiliki kecerdasan buatan yang mendekati kemampuan dan prilaku manusia.

gambar 8. komputer generasi kelima
sumber:
nelly_sofi.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/35635/Arsitektur+Komputer.pdf
https://www.academia.edu/16528454/Evolusi_Komputer