Evolusi Arsitektur Komputer

Evolusi Arsitektur Komputer

I.       Latar Belakang

Seiring berkembangnya zaman manusia selalu berinovasi menemukan sesuatu yang baru. Untuk mempermudah pekerjaan sehari-hari manusia menciptakan sebuah alat yang bisa menginput data serta memproses sebuah data dengan cepat dan mudah. Pada generasi pertama terciptalah sebuah komputer dimana manusia dapat memproses data dengan mudah dengan tempat menyimpan data yang sangat besar. Untuk memproses data, bahasa yang digunakan harus dikonversi ke bahasa mesin yaitu terdiri dari kode-kode biner, tiap-tiap komputer memiliki bahasa mesin yang berbeda-beda sehingga sangat diprogram. Untuk dapat menyimpan data yang besar dibutuhkan tempat penyimpan yang besar pula hal ini menyebabkan sulitnya untuk lahan yang harus disesuaikan. Para ilmuan mencari inovasi bagaimana caranya supaya pengoperasin kompoter tidak memakan tempat. Pada generasi ketiga terciptalah sebuah chip IC sehingga yang tadinya komputer yang terlalu besar menjadi lebih kecil dan simple.  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.

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. 6 | a r s i t e k t u r c o m p u t e r G. Komputer Generasi Keenam Dengan Teknologi Komputer yang ada saat 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.

II.       Pembahasan

III.1         Arsitektur Komputer

Organisasi komputer mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem komputer,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.

Sistem Komputer yang kita ketahui dalam keseharian adalah yang terdapat pada PC. Suatu sistem komputer bekerja dengan ditandai adanya interaksi antara komputer dan peripheral (hadware-nya) dengan program dan sistem operasi (softwarenya). Komputer (CPU) adalah “otak” dari sistem tersebut sedangkan peripheral menghubungkan “otak” tersebut dengan dunia luar. Kerja suatu sistem komputer dioperasikan oleh sistem operasi dan program. Suatu sistem komputer terdiri atas tiga bagian utama:

1.    CPU (Central Processing Unit)

CPU terdiri atas dua bagian yaitu:

a.    CU (Control Unit) :

Ini adalah unit pengendali. Fungsi utama unit pengendali (CU) adalah mengambil, mengkode, dan melaksanakan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori. Unit pengendali mengatur urutan operasi seluruh sistem. Unit ini juga menghasilkan dan mengatur sinyal pengendali yang diperlukan untuk menyerempakkan operasi, juga aliran dan instruksi program.

b.         ALU (Arithmetic Logic Unit):

Unit ini berfungsi melaksanakan operasi aritmatik serta operasi-operasi logika

3.    Memory Unit  (Unit Penyimpan)

Unit-unit ini mengandung program-program yang bersangkutan dan data yang sedang diolah.

2.         I/O (Unit Pengontrol Masukan dan Pengeluaran)

Unit ini melakukan hubungan dengan peripheral

III.2              Bagian-bagian Mikrokomputer

Di atas telah dijelaskan susunan sistem mikrokomputer. Sistem mikrokomputer terdiri dari bagian-bagian yang berfungsi sama penting.

1.      CPU/Mikroprosesor

Mikroprosesor berfungsi sebagai unit pengolah utama (CPU). Unit ini terdiri dari sebuah kalkulator dan unit pengontrol (CU). Unit kalkulator dari mikroprosesor terdiri dari register atau daftar (sebuah memori sementara yang cepat dan kecil), ALU, register status (menunjukkan keadaan sesaat dari perhitungan) dan sebuah pengkode.

2.      Memori

-          RAM (Random Access Memory)

RAM adalah unit memori yang dapat dibaca dan/atau ditulisi. Data dalam RAM bersifat Volatile (akan hilang bila power mati). RAM hanya digunakan untuk menyimpan data sementara, yaitu data yang tidak begitu penting (tidak masalah bila hilang akibat aliran daya listrik terputus). Ada dua macam RAM yaitu RAM statik dan RAM dinamik. RAM static adalah flipflop yang terdiri dari komponen seperti resistor, transistor, dioda dan sebagainya. Setiap 1 bit informasi tersimpan hingga sel “dialamatkan” dan “ditulis-hapuskan”. Keuntungan dari RAM statik adalah akses atau jalan masuk yang bebas ke setiap tempat penyimpanan yang diinginkan, dan karena itu kecepatan masuk ke dalam memori terhitung relatif tinggi. RAM dinamik menyimpan bit informasi sebagai muatan. Sel memori elementer dibuat dari kapasistansi gerbang-substrat transistor MOS. Keuntungan RAM dinamik adalah sel-sel memori yang lebih kecil sehingga memerlukan tempat yang sempit, sehingga kapasistas RAM dinamik menjadi lebih besar dibanding RAM statik. Kerugiannya adalah bertambahnya kerumitan pada papan memori, karena diperlukannya rangkaian untuk proses penyegaran (refresh). Proses penyegaran untuk kapasitor ini dilakukan setiap 1 atau 2 mili detik.

-          ROM (Read Only Memory)

ROM merupakan memori yang hanya dapat dibaca. Data tidak akan terhapus meskipun aliran listrik terputus (non-volatile). Karena sifatnya, program-program disimpan dalam ROM. Beberapa tipe ROM:

1.       ROM Murni : yaitu ROM yang sudah diprogram oleh pabrik atau dapat juga program yang diminta untuk diprogramkan ke ROM oleh pabrik.

2.      PROM (Programmable Random Access Memory) : ROM jenis ini dapat diprogram sendiri akan tetapi hanya sekali pakai (tidak dapat diprogram ulang).

3.      EPROM (Erasable Programmable Random Access Memory) : yaitu jenis ROM yang dapat diprogram dan diprogram ulang.

3.      Input/Output (I/O)

Piranti Input/Output (I/O interface) dibutuhkan untuk menghubungkan piranti di luar sistem. I/O dapat menerima/memberi data dari/ke mikroprosesor. Untuk menghubungkan antara I/O interface dengan mikroprosesor dibutuhkan piranti address. Dua macam I/O interface yang dipakai yaitu: serial dan paralel. Piranti serial (UART/universal asynchronous receiver-transmitter) merupakan pengirim-penerima tunggal (tak serempak). UART mengubah masukanserial menjadi keluaran paralel dan mengubah masukan paralel menjadi keluaran serial. PIO (paralel input output) merupakan pengirim-penerima serempak. PIO dapat diprogram dan menyediakan perantara masukan dan keluaran dasar untuk data paralel 8 bit.

III.3         Perkembangan

Perkembangan processor diawali oleh processor intel pada saat itu hanya satu - satu nya microprocessor yang ada. Tetapi pada saat ini sudah banyak beredar processor dari produsen yang lain, sehingga user sudah bisa mendapatkan processor yang beragam.

1.        Microprocessor 4004 (1971)

Pada awal tahun 1971, Intel Corporatioan & Marcion G.Hoff memperkenalkan mikroprosesor pertama kali yaitu mikroprosesor 4 bit seri 4004, yang memiliki 4096 alamat, masing-masing  4 bit memori dan memiliki 45 buah instruksi yang berbeda serta hanya digunakan untuk keperluan terbatas, misal video game dan beberapa alat kendali (controller) sederhana. Dimana intel mengeluarkan processor pertamanya yang dipakai pada mesin penghitung buscom. Ini adalah penemuan yang memulai memasukan sistem cerdas ke dalam mesin. Chip intel 4004 ini mengawali perkembangan CPU dengan mempelopori peletakan seluruh komponen mesin hitung dalam satu IC.

2.        Microprocessor 8008 (1971)

Pada akhir tahun 1971, dengan menyadari bahwa mikroprosesor adalah produk komersial, Intel Corporation kembali meluncurkan mikroprosesor  8 bit pertama yaitu 8008, dengan  memori yang lebih besar (16 KB x 8 bit) dan jumlah instruksi yang lebih banyak (48 instruksi).

Oleh karena pemakaian mikroprosesor 8008 yang makin meningkat dan meluas maka memori dan jumlah instruksi tersebut menjadi kurang memadai, sehingga Intel Corp tahun 1973 meluncurkan  mikroprosesor 8080 (mikroprosesor 8 bit modern pertama). Setelah itu banyak perusahaan-perusahaan lain yang juga mengeluarkan mikroprosesor 4 bit & 8 bit mereka yang pertama. Keistimewaan mikroprosesor ini, selain alamat memori dan jumlah instruksinya yang lebih besar, peningkatan juga terdapat kecepatan (speed) yang fantastis dibanding dengan mikroprosesor 8008. Mikroprosesor 8008 melakukan satu operasi internal (kecepatan eksekusi) dalam 20mS, sedang mikroprosesor 8080 hanya membutuhkan 2,0mS. 

Versi yang lebih baru dari 8080, yaitu 8085 yang diluncurkan oleh Intel Corp tahun 1977, hanya sedikit peningkatan kinerja yang dimiliki oleh 8085 bila dibandingkan dengan 8080 (alamat memori dan jumlah instruksinya sama, clock-nya 1.3 mS). Microprocessor 8008 yang berkecepatan hitung 2 kali lipat dari microprocessor sebelumnya.

3.        Microprocessor 8080 (1974)

Pada tahun 1974 intel kembali mengeluarkan microprocessor terbaru dengan seri 8080. Pada seri ini intel melakukan perubahan dari microprocessor multivoltage menjadi triple voltage, teknologi yang di pakai NMOS, lebih cepat dari seri sebelumnya yang memakai teknologi PMOS. Microprocessor ini adalah otak pertama bagi komputer yang bernama altair.Pada saat ini pengalamatan memory sudah sampai 64 kilobyte. Kecepatanya sampai 10X microprocessor sebelumnya. Tahun ini juga muncul microprocessor dari produsen lain seperti MC6800 dari Motorola -1974, Z80 dari Zilog -1976 (merupakan dua rival berat), dan prosessor - processor lain seri 6500 buatan MOST, Rockwell, Hyundai, WDC, NCR dst.

4.        Microprocessor 8086 (1978)

Pada 1978 Intel Corp meluncurkan mikroprosesor 8086. Processor 8086 adalah CPU pertama 16 bit tetapi pada saat ini masih banyak di gunakan mainboard standard 8 bit, karena motherboard 16 bit merupakan hal yang mahal. Akhirnya pada tahun 1979 intel merancang ulang processor ini sehingga compatible dengan mainboard 8 bit yang diberi nama 8088 tetapi secara logika bisa di namakan 8086sx. Perusahan komputer IBM menggunakan processor 8086sx ini untuk komputernya karena lebih murah dari harga 8086, dan juga bisa menggunakan mainboard bekas dari processor 8080. Teknologi yang di gunakan pada processor ini juga berbeda dari seri 8080, dimana pada seri 8086 dan 8086sx intel menggunakan teknologi HMOS. Setahun kemudian melepas mikroprosesor 8088 ke pasaran. Keduanya adalah 16 bit, dengan kecepatan eksekusi 400 ns, kapasitas alamat (1 Mb x 8 bit) atau 512 x 16 bit.Satu kemajuan penting yang dicapai oleh mikroprosesor 16 bit ini adalah kemampuan melakukan perkalian dan pembagian secara perangkat keras (hardware multiplication and division) kemampuan ini tidak dimiliki oleh mikroprosesor 8 bit, kecuali Motorola  MC 6809  yang mampu melakukan perkalian, tapi tidak untuk pembagian.

Perkembangan mikroprosesor 16 bit tidak berhenti di sini, Intel Corp kemudian memproduksi 80186, versi 80186 yang lebih canggih (lebih banyak untuk pemakaian pengendalian). Versi terakhir dari mikroprosesor 80186 adalah 80286 yang memiliki alamat memori 16 Mb, kecepatan clock-nya juga mengalami peningkatan menjadi  16 MHz.

5.        Microprocessor 286 (1982)

Intel 286 atau yang lebih dikenal dengan nama 80286 adalah sebuah processor yang pertama kali dapat mengenali dan menggunakan software yang digunakan untuk processor sebelumnya. 286 (1982) juga merupakan prosessor 16 bit. Prosessor ini mempunyai kemajuan yang relatif besar dibanding chip-chip generasi pertama. Frekuensi clock ditingkatkan, tetapi perbaikan yang utama ialah optimasi penanganan perintah. Intel 286 menghasilkan kerja lebih banyak tiap detik clock daripada 8088/8086.

6.    Microprocessor 386 & 486 (1985)

Setelah sukses dengan mikroprosesor 16 bit, Intel Corp meluncurkan  2 versi mikroprosesor 32 bit, yaitu 80386 dan 80486. Kecepatan clock yang lebih tinggi menjadi kelebihan mikroprosesor ini, selain bus datanya yang lebih lebar dan ruang memori yang lebih besar (4 Gb).

Mikroprosesor 80486 adalah hasil pengembangan dari mikroprosesor 80386, dengan prosesor tambahan Co-Processor, untuk keperluan arithmatika, dan 8 Kb internal cache memory. Mikroprosesor 80386 mengeksekusi sebagian besar instruksinya dalam 2 clock, sedang 80486 dalam 1 clock. Generasi berikutnya dari Intel Corp adalah mikroprosesor Pentium, Pentium II dan seterusnya.

Pada kecepatan awal (6 MHz) berunjuk kerja empat kali lebih baik dari 8086 pada 4.77 MHz. Belakangan diperkenalkan dengan kecepatan clock 8, 10,dan 12 MHz yang digunakan pada IBM PC-AT (1984). Pembaharuan yang lain ialah kemampuan untuk bekerja pada protected mode/mode perlindungan – mode kerja baru dengan “24 bit virtual address mode”/mode pengalamatan virtual 24 bit, yang menegaskan arah perpindahan dari DOS ke Windows dan multitasking. Tetapi anda tidak dapat berganti dari protected kembali ke real mode / mode riil tanpa mere-boot PC, dan sistem operasi yang menggunakan hal ini hanyalah OS/2 saat itu.

7.    Microprocessor (1992)

Processor 64-bit telah ada diantara kita sejak 1992, dan pada abad ke-21 mereka semakin populer. Intel dan AMD telah memperkenalkan chip 64-bit, dan Mac G5 merupakan processor 64-bit. Processor 64-bit mempunyai ALU 64-bit, register 64-bit, bus 64-bit, dan seterusnya.

Yang menjadi alasan mengapa perlu processor 64-bit adalah karena ruang pengalamatan mereka yang besar. Mikrprocessor 32-bit mempunyai akses RAM maksimum 2 GB atau 4 GB. Kedengarannya mungkin banyak, apalagi kebanyakan komputer rumahan biasanya hanya menggunakan RAM 256 MB sampai 512 MB. Namun, limit 4 GB bisa menjadi masalah berat bagi mesin server dan mesin yang  menjalankan database besar. Bahkan komputer rumahan dalam waktu singkat mungkin akan terbentur dengan limit 2 GB atau 4 GB jika trend terus berlanjut. Chip 64-bit tidak mempunyai batasan ini karena ruang alamat 64-bit pada dasarnya tak terhingga untuk beberapa tahun mendatang – RAM 264 byte adalah sama dengan kira-kira RAM 18,4 miliar GB !

Dengan address bus 64-bit dan data bus kecepatan tinggi dan lebar pada motherboard, mesin 64-bit juga menawarkan kecepatan I/O (input/output) yang lebih tinggi untuk hard disk dan kartu grafis. Fitur ini secara signifikan dapat meningkatkan kinerja sistem.

Server tentunya bisa mendapatkan keuntungan dari chip 64-bit, tetapi bagaimana dengan pengguna biasa ? Selain solusi RAM, tidak jelas apakah chip 64-bit menawarkan keuntungan yang nyata bagi “pengguna biasa” untuk saat ini. Chip 64-bit dapat memroses data dengan cepat. Mereka yang melakukan video editing dan image editing pada gambar yang sangat besar bisa mendapatkan keuntungan dari tenaga komputasi sebesar ini. Games kelas atas juga bisa mendapatkan keuntungan, setelah mereka dikode ulang untuk memanfaatkan fitur 64-bit. Tetapi pengguna rata-rata yang membaca e-mail, Web browsing dan mengedit dokumen Word tidak benar-benar menggunakan processor sebesar itu. Di tambah lagi, operating system seperti Windows XP belum diupgrade untuk menangani CPU 64-bit. Karena kurangnya manfaat yang dapat dirasakan, mungkin pada tahun 2010 atau lebih, kita baru bisa melihat mesin 64-bit pada setiap desktop.

Sumber :

1.      http://dinus.ac.id/repository/docs/ajar/Arsitektur_Komputer.pdf di akses tanggal (04 Oktober).

2.      https://docplayer.info/31899062-Perkembangan-mikroprosesor.html di akses tanggal (04 Oktober).

3.      http://staffnew.uny.ac.id/upload/132304810/pendidikan/SISTEM+MIKROPROSESOR+-+SEJARAH+MIKROPROSESOR.pdf di akses tanggal (04 Oktober).