Evolusi Arsitektur Komputer

Evolusi Arsitektur Komputer

   Arsitektur komputer  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. 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 von Neumann (atau Mesin Von Neumann) adalah arsitektur yang diciptakan oleh John von Neumann [1903 – 1957]. Arsitektur ini digunakan oleh hampir pada semua komputer pada saat ini. Arsitektur Von Neumann ini menggambarkan komputer dengan 4 (empat) bagian utama, yaitu: Unit Aritmatika & Logis (ALU), unit kontrol, memori, & alat masukan & hasil (secara kolektif dinamakan I/O). Bagian tersebut dihubungkan oleh berkas kawat, “bus”.

A.  Evolusi komputer

  Ada dimensi-dimensi penting dalam evolusi komputer, dan terdapat beberapa alasan yang menyebabkan komputer beserta komponen dan arsitekturnya terus berkembang, yaitu kinerja, kapasitas, harga, maintainability dan kenyamanan pengguna. Kinerja dan kapasitas dipengaruhi oleh faktor teknologi, konsep dan teknik.

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.

·  Uniprograming : hanya satu tugas yang diproses pada satu waktu dan semua resource sistem tersedia secara eksklusif sampai tugas terselesaikan.

·   Paraller processing : kemampuan menjalankan tugas atau aplikasi lebih dari satu aplikasi dan dijalankan menggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan.

·    Multitasking : menjalankan dua atau lebih program dalam sebuah komputer pada saat yang bersamaan. Berapa banyak program yang dapat secara efektif di multitasking, tergantung dari tipe multitasking yang dilakukan(preemptive vs Cooperative), kecepatan CPU dan memori serta kapasitas harddisk.

·  Komputer network : Sistem jaringan kerja komputer, terdiri dari dua atau lebih komputer dan alat pendukung lain yang saling berhubungan melalui saluran komunikasi.

2.  Evolisi Arsitektur CPU

   Berdasarkan organisasinya CPU  komputer dikelompokan ke dalam  3  basis CPU, yaitu :

·    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.

·  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.

·  CPU berbasis stack: dimana pemrogramnya sangat sederhana karena operasi aritmetika dilakukan pada item teratas dari stack tersebut. 

3.  Evolusi Unit Control dan Penerjemahan Intruksi

   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 rangkaiaan.

  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.

  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 :

·   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.

·    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.

B. PERKEMBANGAN ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 

1. Komputer Generasi Pertama (1946-1959)

a. Ciri-ciri komputer generasi pertama :

- Komponen yang digunakan adalah tabung hampa udara (Vacuum tube) untuk sirkuitnya

- Mempunyai ukuran fisik komputer yang besar dan berat sehingga sulit untuk dipindahkan

-  Program hanya dapat dibuat dengan bahasa mesin

-  Menggunakan simpanan luar, magnetic tape & magnetic disk

-  Cepat panas sehingga memerlukan pendingin

-  Prosesnya kurang cepat (relatif lambat)

-  Simpanan/memori berkemampuan kecil

-  Membutuhkan daya listrik yang besar

-  Orientasi utamanya dalam aplikasi bisnis

-  Memakai bahasa Mesin Asembly

b. Jenis-jenis komputer generasi pertama :

-  Tahun 1946 komputer generasi I yang pertama

    Ukuran fisik besar, Terdiri dari 18000 tabung hampa udara 75000 relay dan sakelar serta 10000 kapasitor dan 70000 resistor. Memiliki 1 memory yang terdiri dari 20 buah accumulator dengan masing-masingaccumulator dapat menyimpan 10 digit bilangan (1 digit bilangan membutuhkan 10 tabung hampa udara). Mampu melakukan 5000 buah pertambahan 10 digit angka dalam waktu 1 menit dan 300 perkalian dalam waktu 1 menit. Semua input dan output dilakukan dengan kartu plong.

-  Tahun 1947 Harvard Mark Ii Kemampuan 12x lebih besar dari Havard Mark I

-  Tahun 1947 Transistor yang pertama (dasar komponen untuk komputer generasi II)

-  Tahun 1948 IBM Selective Sequence Electric Calculator

-  Tahun 1949 Komputer yang sepenuhnya Stored-program yang pertama

-  Tahun 1949 Harvard Mark III

-  Tahun 1950 Komputer digital elektronik ukuran besar di Inggris yang pertama

-  Tahun 1950 SE

-  Tahun 1951 Komputer komersial  di Inggris yang pertama

-  Tahun 1951 Komputer yang menggunakan pita magnetik yang pertama

-  Tahun 1952 Komputer yang sepenuhnya stored-program di Amerika yang pertama

-  Tahun 1953 Komputer yang menggunakan core memory yang pertama

-  Tahun 1953 IBM 701

-  Tahun 1954 Komputer komersial generasi pertama paling populer berorientasi pada aplikasi    bisnis

- Tahun 1956 Komputer yang menggunakan simpanan luar dengan akses secara random yang pertama

-  Tahun 1959 IBM 705 (dibuat untuk mengganti IBM 701)

2. Komputer Generasi Kedua (1959-1964)

a. Ciri-ciri komputer generasi kedua :

- Menggunakan teknologi sirkuit berupa transistor dan dioda untuk menggantikan tabung vakum

- Program sudah menggunakan operasi bahasa pemrograman tingkat tinggi seperti Fortran dan Cobol

- Kapasitor memori utama sudah cukup besar dan dikembangkan dari Magnetic Core Storage

- Menggunakan simpanan luar berupa Magnetic Tape dan Magnetic Disk

- Mempunyai kemampuan melakukan real-time & times sharing

- Ukuran fisik lebih kecil dibanding KG I

- Proses operasi sudah cepat dapat memproses jutaan operasi per detik

- Membutuhkan lebih sedikit daya listrik

- Orientasi tidak hanya pada aplikasi bisnis, tetapi juga pada aplikasi teknik

b. Jenis-jenis komputer generasi kedua :

-  Tahun 1959 PDP 1

-  Tahun 1961 Virtual memory yang pertama

-  Tahun 1963 Komputer mini Komersial yang pertama

-  UNIVAC III, UNIVAC SS80, UNIVAC SS90, UNIVAC 1107

-  Burroughs 200

-  IBM 7070, IBM 7080, IBM 1400, IBM 1600

-  NRC 300

-  Honeywell 400 & 800

-  CDC 1604, CDC 160A

-  GE 635, GE 645, GE 200

3. Komputer Generasi Ketiga (1964-1970)

a. Ciri-ciri komputer generasi ketiga :

- Komponen yang dipergunakan adalah IC (Integrated Circuits), yang brbentuk Hybrid Integrated circuits yaitu transistor dan dioda yang diletakkan secara terpisah dalam satu tempat, dan Monolithic System Technology (MST) yaitu elemen-elemen sirkuit yang diletakkan dalam satu chip.

- Peningkatan dari sisi softwarenya karena menggunakan IC maka kinerja komputer menjadi lebih cepat dan lebih tepat.

- Kecepatanya hampir 10000 kali dari komputer generasi pertama

- Kapasitas memori lebih besar, dapat menyimpan ratusan ribu karakter (sebelumnya hanya puluhan ribu)

- Menggunakan media penyimpanan luar disket magnetik (external disk) yang sifat pengaksesan datanya secara acak (random access) dengan kapasitas besar (jutaan karakter)

- Penggunaan listrik lebih hemat

- Memungkinkan untuk melakukan multiprocessing yaitu dapat memproses sejumlah data dari sumber-sumber yang berbeda pada waktu bersamaan dan multiprogramming yaitu dapat mengerjakan beberapa program sekaligus

- Bisa menampilkan gambar dan grafik serta dapat mengeluarkan suara

- Harga semakin murah

- Kemampuan melakukan komunikasi data dari satu komputer dengan komputer lainnya

b. Jenis-jenis komputer generasi ketiga :

-  Tahun 1964 yang pertama IBM S/360

-  Tahun 1969 Komputer mini 16 bit pertama

-  UNIVAC 1108, 9000

-  Burroughs 5700,6700,7700

-  NCR seri Century

-  GE 600. 235

-  CDC 3000,6000, 7000

-  PDP-8, 11

4. Komputer Generasi Keempat (sejak 1970)

a. Ciri ciri komputer generasi keempat :

- IC nya lebih kompleks dan terintegrasi

- Penggunaan LSI (Large Scale Integration) yang merupakan pemadatan beribu ribu  IC yang dijadikan dalam satu chip

- Dikembangkan VLSI (Very Large Scale Integration) yang dapat menampung puluhan ribu hingga ratusan ribu IC

-Dikembangkan komputer mikro yang menggunakan mikroprosesor dan semikonduktor yang berbentuk chip untuk memori komputer (internal memori)

b. Jenis-jenis komputer generaasi keempat :

-  Tahun 1970 KG IV yang pertama (IBM 370)

-  Tahun 1971 Microprosesor yang pertama

-  Tahun 1974 Komputer mikro komersial yang pertama (mikro altair)

-  Tahun 1975 Komputer super Komersial yang pertama (Cray-1)

-  Tahun 1977 Local Area Network (LAN) yang pertama

-  Tahun 1977 PC yang pertama (Apple II, Radio shack)

-  Tahun 1981 komputer sistem windows dan menggunakan mouse pertama (Xerox Corporation)

-  Tahun 1981 Komputer IBM PC yang pertama menggunakan mikroprosesor buatan intel 8088

-  Tahun 1984 IBM PC/AT

-  Tahun 1984 Machintosh dan GUI pertama sangat terkenal karena user friendly

-  Tahun 1987 IBM PS/2

-  Tahun 1988 IBM PC/386 Komputer 32 Bit yang pertama

-  Tahun 1990 IBM PC/486

-  Tahun 1997 Pentium II

Beberapa seri pentium :

o   Pentium 66

o   Pentium 75

o   Pentium 200

          Pada Mei 1997, perusahaan intel memperkenalkan microprosesor pentium II sebagai kelanjutan dari seri pentium :   

o   Intel pentium 233

o   Intel pentium 266

o   Intel pentium 300

-  Tahun 1998 AMD K6 3D

    Pesaing intel meluncurkan AMD K6 3D, mempunyai kecepatan 300 MHz dan 350 MHz. Mempunyai kemampuan memproses aplikasi grafik 3D lebih cepat dibanding prosesor sebelumnya.

5. Komputer Generasi Kelima

Ciri-ciri komputer generasi kelima :

-  Dikembangkan dengan apa yang dinamakan Josephson Junction. Teknologi ini mampu memproses trilyunan operasi per detik, sedang ship hanya mampu memproses milyardan operasi per detik Negara pelopor adalah Jepang. Dengan mendirikan ICOT (Institute for New ComputerTechnology)

-  Menterjemahkan bahasa manusia sehingga manusia dapat bercakap-cakap langsung dengan komputer.

-  Penghematan energi komputer

-  Berbasis Graphic User Interface (GUI), multimedia, dan multikomunikasi

-  Dapat melakukan diagnosa penyakit yang lebih akurat, dan sebagainya

Sumber :

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

http://www.academia.edu/16528454/Evolusi_Komputer

http://evolusiarsitekturkomputerabdulbazar.blogspot.com/2018/10/evolusi-arsitektur-komputer.html