Evolusi Arsitektur Komputer

Evolusi Arsitektur Komputer 

A.  Pengertian Komputer

Komputer adalah alat yang dipakai untuk mengolah data menurut prosedur yang telah dirumuskan. Kata computer pada awalnya 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 aritmetika, tetapi komputer modern dipakai untuk banyak tugas yang tidak berhubungan dengan matematika.

B. Fungsi Komputer

• Fungsi dasar sistem komputer adalah sederhana, yaitu:
• Fungsi Operasi Pengolahan Data
• Fungsi Operasi Penyimpanan Data Fungsi Operasi Pemindahan Data
• Fungsi Operasi Kontrol

Arsitektur Komputer 

Sebuah sistem komputer yang berkaitan dengan aribut-atribut sebuah sistem  yang tampak (visible) bagi seorang pemrogram yang berdampak langsung  dengan eksekusi logis sebuah program.

Alat pengolah data bisa digolongkan ke dalam 4 kelompok besar:

1. Peralatan manual: yaitu peralatan pengolahan data yang sangat sederhana, dan faktor terpenting dalam pemakaian alat adalah menggunakan tenaga tangan manusia
2.  Peralatan Mekanik :  yaitu peralatan yang sudah berbentuk mekanik yang  digerakkan dengan tangan secara manual
3.  Peralatan Mekanik  Elektronik:  Peralatan mekanik yang  digerakkan  oleh secara otomatis oleh motor elektronik
4.  Peralatan Elektronik: Peralatan yang bekerjanya secara elektronik penuh

  Perkembangan Komputer

KOMPUTER GENERASI PERTAMA (1941 – 1956)

• Pada tahun 1941, Konrad Zuse, seorang insinyur Jerman membangun  sebuah komputer, Z3, untuk mendesain pesawat terbang dan peluru kendali.

                                             

• Tahun 1943, pihak  Inggris  menyelesaikan  komputer  pemecah  kode   rahasia  yang dinamakan  Colossus  untuk memecahkan kode-rahasia yang   digunakan  Jerman.
•  Howard H. Aiken (1900-1973), seorang insinyur Harvard yang bekerja di  IBM, berhasil memproduksi kalkulator elektronik untuk US Navy. Kalkulator  tersebut berukuran panjang setengah lapangan bola kaki  dan   memiliki   rentang  kabel  sepanjang  500  mil. The  Harvd-IBM  Automatic   Sequence  Controlled   Calculator, atau Mark I, merupakan komputer relai elektronik.   Mesin  tersebut  beroperasi  dengan lambat (ia membutuhkan  3-5 detik   untuk setiap perhitungan)  dan  tidak fleksibel (urutan  kalkulasi tidak   dapat  diubah).                                                                                

             

•  Electronic Numerical Integrator and Komputer (ENIAC), dibuat oleh   kerjasama antara pemerintah Amerika Serikat dan University of  Pennsylvania.  Terdiri dari 18.000 tabung vakum, 70.000 resistor, dan  5  juta titik solder, komputer tersebut merupakan mesin yang sangat besar yang  mengkonsumsi daya sebesar 160kW.

                                                                   

Komputer ini dirancang oleh John Presper Eckert (1919-1995) dan John W.  Mauchly (1907-1980), ENIAC merupakan komputer serbaguna (general  purpose computer) yang bekerja 1000 kali lebih cepat dibandingkan Mark I.

• John von Neumann (1903-1957)  mendesain  Electronic Discrete Variable  Automatic Computer (EDVAC) pada tahun  1945 dengan sebuh memori  untuk  menampung  baik program ataupun data.  Kunci utama arsitektur  von Neumann adalah  unit pemrosesan sentral  (CPU), yang memungkinkan seluruh fungsi komputer untuk  dikoordinasikan melalui satu  sumber tunggal. Tahun 1951, UNIVAC I   (Universal Automatic Computer I) yang dibuat oleh  Remington Rand,   menjadi komputer komersial pertama  yang  memanfaatkan  model  arsitektur von Neumann tersebut.
  
  

KARAKTERISTIK KOMPUTER GENERASI PERTAMA

1. Penggunaan tabung vakum dalam sirkuit elektronik dan mercury delay lines sebagai memory.
2.  Drum Magnetik sebagai media penyimpan internal utama.
3.  Kapasitas penyimpanan utama yang terbatas (1000 – 4000 bytes)
4.  Pemrograman bahasa symbol tingkat rendah. 
5. Problem panas dan pemeliharaan.
6.  Aplikasi : perhitungan sains, pemrosesan payroll, penyimpanan record.
7. Waktu siklus : milidetik 
8.  Kecepatan pemrosesan : 2000 instruksi per detik.

KOMPUTER GENERASI KEDUA (1956 – 1964)

Transistor mulai digunakan di dalam komputer mulai pada tahun 1956. IBM  membuat komputer bernama Stretch, dan Sprery-Rand membuat komputer  bernama LARC dengan menggunakan transistor. Pada awal 1960-an, mulai bermunculan komputer generasi kedua yang sukses  di bidang bisnis, di universitas, dan di pemerintahan.  Salah satu  contoh   penting  komputer pada masa ini  adalah IBM 1401 yang  diterima secaa  luas  di kalangan  industri.  

  

Bahasa pemrograman Common Business-Oriented  Language  (COBOL)  dan    Formula  Translator (FORTRAN) mulai digunakan. Bahasa  pemrograman  ini   menggantikan  kode  mesin  yang  rumit  dengan  kata-kata, kalimat, dan  formula matematika yang lebih mudah dipahami oleh manusia.

KARAKTERISTIK KOMPUTER GENERASI KEDUA

• Penggunaan transistor untuk operasi internal.
•  Magnetic core sebagai media penyimpan internal utama.
•  Mempunyai kapasitas penyimpanan lebih banyak (4K – 32K)
•  I/O lebih cepat, orientasi pita
• Bahasa pemrograman tingkat tinggi (Cobol, Fortran, Algol)
•  Penurunan panas.
•  Waktu siklus mikrodetik
•  Kecepatan pemrosesan : 1 juta instruksi per detik (mips)

KOMPUTER GENERASI KETIGA (1965 – 1971)
IBM S/360

IBM S/360 yang dirancang untuk bisnis dan teknik.
 GE 600 dan GE 235 

General Electric mengeluarkan GE 600 dan GE 235.
 NCR Century

National Cash Register mengeluarkan NCR seri Century

Beberapa perkembangan dari komputer generasi ketiga dari pendahulunya :

1. Integrated Circuit (IC) mulai menggantikan sirkuit transistor.
2. Memory semikonduktor menggantikan  magnetic core sebagai memory internal utama.
3. Teknik Microprogramming mulai digunakan untuk menyederhanakan rancangan prosessor dan meningkatkan fleksibilitas.
4. Diperkenalkan teknik pemrosesan parallel, termasuk pipelining, multiprogramming dan multiprocessing
5.  Menggunakan catu daya bersama. 

CIRI CIRI KOMPUTER GENERASI KETIGA.

1. Menggunakan sirkuit terintegrasi.
2.  Magnetic core dan penyimpanan utama yang padat (32K – 3 Mbyte)
3.  Lebih fleksibel dengan I/0 ; berorientasi disk.
4.  Ukuran lebih kecil, unjuk kerja lebih baik dan handal.
5. Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi lebih luas.
6.  Muncul komputer mini.
7.  Pemrosesan jarak jauh dan time sharing melalui jaringan komunikasi.
8.  Tersedianya perangkat lunak sistem operasi untuk mengontrol I/O.
9. Waktu siklus ; nano detik
10.  kecepatan pemrosesan ; 10 mips.

KOMPUTER GENERASI KEEMPAT (1972 – 1989)

Komponen utama adalah IC. Large Scale Integration (LSI) dapat memuat  ratusan komponen dalam sebuah chip.  Pada tahun 1980-an, Very Large Scale  Integration (VLSI) memuat ribuan komponen dalam sebuah chip tunggal.

Ultra-Large Scale Integration (ULSI) meningkatkan jumlah tersebut menjadi  jutaan. Chip Intel 4004 yang dibuat pada tahun  1971  membawa  kemajuan   pada  IC  dengan  meletakkan  seluruh  komponen  dari  sebuah komputer   (central  processing  unit,  memori, dan kendali  input/output) dalam  sebuah   chip  yang sangat  kecil. Komputer mini dengan fasilitas image mulai  dikembangkan dengan ditunjang oleh software.

KARAKTERISTIK KOMPUTER GENERASI KE EMPAT 

1.  Menggunaan large scale integrated circuit.
2.  Peningkatan kapasitas penyimpanan (lebih 3 Mbyte) dan kecepatan.
3. Dukungan dari bahasa pemrograman yang lebih kompleks.
4.  Perangkat I/O semakin meningkat sehingga mendukung peripheral lainnya.
5.  Penggunaan minikomputer, mikroprosessor, dan mikrokomputer.
6.   Aplikasi ; simulasi model matematika, komunikasi data.
7.  Kecepatan pemrosesan ; 100 mips sampai 1 bips

KOMPUTER GENERASI KELIMA

Pada komputer generasi kelima, perkembangan diutamakan pada pengolahan  citra (image processing), multimedia dan komunikasi data. Dengan semakin  pesat perkembangan networking, perkembangan terpacu pada konsep parallel  computing, data clustering dan Grid Computing.

Paralelisme pada suatu komputer dapat diklasifikasikan pada beberapa tingkatan :

1. Tingkat Pekerjaan, ini menjadi prinsip dari multiprogramming.
2. Tingkat Prosedur, biasanya terdapat pada prosedur-prosedur bahasa  pemrograman.
3. Tingkat Instruksi, fase-fase sebuah instruksi, yaitu fetch, decode, dan eksekusi suatu instruksi.
4. Tingkat Aritmatika dan bit, bit-bit dalam sirkuit aritmatika, missal adder.

Konsep Paralel Cumputing & Data Clustering

Beberapa komputer dihubungkan dengan konsep network

•  Masing-masing komputer memiliki protocol tersendiri yang berbeda satu  sama lainnya.
• Untuk membentuk superkomputer dipakai konsep data clustering, dimana  masing-masing komputer mengolah beberapa data yang berbeda beda.  Selanjutnya pada sebuah sistem akan didapat penggabungan dari beberapa  data yang telah diolah oleh masing masing komputer.

Grid Computing

Konsep paralelisme komputer yang lebih luas disebut sebagai grid computing,  dimana didalamnya sudah terdapat embedded sistem, clustering sistem, individual sistem, maupun data communication.

Grid Computing menggunakan prinsip bahwa masing-masing sistem dapat  berkomunikasi satu sama lainnya tanpa batas, karena seluruh sistem terhubung  secara matriks. 

Aplikasi dari grid computing terlihat pada gambar diatas.  Dalam suatu medan pertempuran, diperlukan system yang canggih untuk  mengoperasikan perangkat militer, terutama untuk komunikasi antar system.  

Klasifikasi Arsitektur Komputer

Pada komputer terdapat berbagai klasifikasinya dalam hal apapun. Setiap komputer tentunya memilik klasifikasi masing-masing. Disini membahas mengenai klasifikasi arsitekturnya menurut Von Neumann dan Non Von Neumann.

Kriteria mesin Von Neumann :

• Mempunyai subsistem hardware dasar yaitu sebuah CPU, sebuah memori dan sebuah I/O sistem.
• Merupakan stored-program computer
• Menjalankan instruksi secara berurutan 
• Mempunyai jalur (path) bus antara memori dan CPU

Pada tahun 1966, Flyyn mengklasifikasikan arsitektur komputer berdasarkan sifatnya yaitu :

• Jumlah prosesor
• Jumlah program yang dapat dijalankan
• Struktur memori

Menurut Flyyn ada 4 klasifikasi komputer :

1. SISD (Single Instruction Stream, Single Data Stream)
2. SIMD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream)
3. MISD (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream)
4.  MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream)

Kualitas Arsitektur Komputer

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 :

Generalitas

Generalitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur. dan komputer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis menggunakan aritmetik decimal. Sistem umum memberikan dua jenis aritmetik.

Daya Terap

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

Efisiensi

Efisiensi adalah ukuran rata-rata jumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa Salah satu sifat arsitektur yang efisien adalah bahwa ia secara relatif cenderung sederhana. Karena untuk merancang sistem yang kompleks secara benar begitu sulit, maka kebanyakan komputer mempunyai sebuah komputer inti (core computer) efisien yang sederhana, yaitu CU.

Kemudahan Penggunaan

Kemudahan penggunaan arsitektur adalah ukuran kesederhanan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau membuat software untuk arsitektur tersebut, misalnya sistem pengoperasiannya atau compilernya.

Daya Terap

 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 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.

Keberhasilan Arsitektur Komputer

1.Manfaat Arsitektural

Ada empat ukuran pokok yang menentukan keberhasilan arsitektur, yaitu manfaat arsitekturalnya (architectural merit) :

1. Daya terap Sebaiknya, arsitektur ditujukan untuk aplikasi yang telah ditentukan.
2. Daya tempa. Bila arsitekturlebih mudah membangunsistem yang kecil, maka  ia akan lebih baik.
3. Daya kembang. Lebih besar daya kembang arsitektur dalam daya komputasi,ukuran memori, kapasitasI/O, dan jumlah prosesor,maka ia kan lebih baik.
4. Kompatibilitas (daya serasi-pasang).

2. Keterbukaan Arsitektur Arsitektur dikatakan open (terbuka) bila perancangnya mempublikasikan        spesifikasinya.

3. Keberadaan model pemrograman yang kompatibel don bisa dipahami. Beberapa komputer yang berparalel tinggi begitu sulit untuk digunakan, sehingga ia hanya menjadi daya tarik bagi para analis untuk menemukan cara baru untuk menggunakannya.  

4. Kualitas implementasi awal.

Ada beberapa komputer yang nampaknya merupakan mesin yang baik, yang mempunyai software dan sifat operasional yang baik.

5. Kinerja Sistem

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).

6. Biaya Sistem

Bagian pokok dari biaya sistem computer adalah biaya peralatan logika dasarnya, yang sangat bervariasi dari peralatan satu dengan yang lainnya.  beberapa aplikasi dengan metrik tersebut diperlukan adalah :

Reliabilitas (keandalan) adalah sangat diperlukan oleh computer yang digunakan untuk mengontrol penerbangan, mengontrol kearnanan instalasi nuklir, atau kegiatan apa saja yang mempertaruhkan keselarnatan manusia.

Kemudahan perbaikan khususnya penting bagi komputer yang mempunyai jumlah komponen yang besar

sumber :
http://debyo.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31390/handout1Organisasi+Komputer+Dasar.pdf

nelly_sofi.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/35635/Arsitektur+Komputer.pdf

https://selawancool.wordpress.com/tag/organisasi-arsitektur-komputer/

Organisasi Komputer Dasar

Organisasi Komputer Dasar 

Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit – unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, dan sinyal – sinyal kontrol.

Arsitektur komputer lebih cenderung pada kajian atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.

Sebagai contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan secara langsung ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional.

Perbedaaan Utama Organisasi Komputer:

A.  Bagian yang terkait dengan erat dengan unit – unit operasional

Contoh : teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal – sinyal kontrol

B. Arsitektur Komputer

Atribut – atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer.

Contoh : Set instruksi, aritmetika yang dipergunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/

Sebuah komputer moderen/digital dengan program yang tersimpan di dalamnya merupakan sebuah sistem yang memanipulasi dan memproses informasi menurut kumpulan instruksi yang diberikan. Sistem tersebut dirancang dari modul-modul hardware seperti :

1. Register

2. Elemen aritmatika dan logika

3. Unit pengendali

4. Unit memori

5. Unit masukan/keluaran (I/O)

Komputer dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu :

1. Unit pengolahan pusat (CPU)

2. Unit masukan/keluaran (I/O)

3. Unit memori

Gambar . Organisasi Dasar Dari Sebuah Komputer

• Struktur Dasar Komputer

 Fungsi komputer didefinisikan sebagai operasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. Adapun fungsi dari masing-masing komponen dalam struktur di atas adalah sebagai berikut:

I/O Ports

      A . I/O Ports

Bagian ini digunakan untuk menerima ataupun mengirim data ke luar sistem. Peralatan input dan output di atas terhubung melalui port ini. IO port seperti USB ports

     B .  Unit masukan (Input Device)

Berfungsi untuk menerima masukan kemudian membacanya dan diteruskan ke memory/penyimpanan. Contoh unit masukan : keyboard, mouse, joystick, mic, scanner.

      C . Unit keluaran (Output Unit)

Berfungsi untuk menerima hasil pengolahan data dari CPU melalui memory. Seperti halnya pada unit masukan maka unit keluaran dikenal juga istilah peralatan keluaran (output device) dan media keluaran (output media).

CPU

Control Unit dan ALU membentuk suatu unit tersendiri yang disebut Central Processing Unit (CPU). Didalam CPU inilah semua kerja komputer dilakukan. Maka CPU sangatlah penting didalam sebuah perangkat komputer. 

Gambar. Struktur Internal CPU

A.Unit kontrol (Control Unit)

Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan pengendalian seluruh sistem komputer. CU disebut juga sebagai pengatur rumah tangga pada suatu komputer. Tugas dari kontrol unit adalah:

1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output
2. Mengambil instruksi-instruksi dari main memory
3.  Mengirim instruksi ke aritmatika dan logic unit
4.  Menyimpan hasil proses ke main memory 

Gambar. Control Unit

B. Unit logika dan aritmatika (Arithmetic & Logical Unit /ALU) 

Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan atau aritmatika dan 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.

Gambar. ALU

C. Registers

Fungsi :

•  Media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
• Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.
•  Mempercepat Proses operasi intruksi pada CPU.

D. CPU Interconnection 

Fungsi :

• Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus – bus eksternal CP
•  Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register.
• Komponen eksternal CPU :sistem lainnya, seperti main memori, piranti masukan/keluaran (I/O)

E. Memori 

Unit memori/penyimpanan (Memory/Storage Unit) berfungsi untuk menampung data/program yang ditrerima dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah oleh CPU yang selanjutnya diteruskan kesuatu unit keluaran. Pada bagian ini terdapat dua buah memory yaitu RAM (Random Access Memory) yaitu bagian memory yang dapat melaksanakan membaca dan menulis, sedangkan ROM (Read Only Memory) yaitu bagian memory yang hanya dapat membaca tanpa bisa menulis. Memory dibagi dalam dua bagian yaitu memory utama dan cadangan.

F. Data Bus

Adalah jalur-jalur perpindahan data dalam sistem komputer. Sifatnya dua arah, artinya CPU dapat membaca dan menirma data melalui data bus ini.

G. Address Bus

Digunakan untuk menandakan lokasi sumber ataupun tujuan pada proses transfer data. Pada jalur ini, CPU akan mengirimkan alamat memori yang akan ditulis atau dibaca.Address bus biasanya terdiri atas 16, 20, 24, atau 32 jalur paralel.

H. Control Bus

Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. Terdiri atas 4 sampai 10 jalur paralel.

Sumber:

https://id.scribd.com/doc/54889800/Pengertian-Arsitektur-Komputer-Dan-Organisasi-Komputer-

TUGAS-1 

http://debyo.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31390/handout4Organisasi+Komputer+Dasar.pdf

https://gunadihamdan.wordpress.com/2016/10/07/organisasi-komputer-dasar-membahas-struktur-dasar-komputer-dan-organisasinya/