Arsitektur Komputer

ISTILAH KUNCI

a) Architectural merit (manfaat arsitektur) Penilaian kualitas arsitektur komputer
yang terutama didasarkan pada daya terapnya untuk pemakai yang dimaksud, daya
tempanya, dan daya kembangnya.

b) Benchmark Program standart yang digunakan untuk mengukur kecepatan suatu
komputer dibandingkan dengan kecepatan komputer lain yang menjalankan program
yang sama.

c) Kompatibilitas Kemampuan berbagai komputer yang berbeda untuk
menjalankan program yang sarna.

d) Multiprosesor Komputer yang memiliki lebih dari satu prosesor, seperti array
prosesor, prosesor asosiatif, atau komputer multiple-prosesor.
Metrik kinerja Ukuran kecepatan komputer; yang kadang-kadang ini diberi
istilah yang sudah tertentu, misalnya millions of instructions or per second (MIPS)
atau millions of floating-point operations per second (MFLOPS), dan kadang-kadang
istilahnya berkaitan dengan komputer standart, misalnya VAX 11/780.
e) Prosesor pipeline Prosesor yang mencapai paralelisme dengan cara saling
melengkapi operasi dari beberapa instruksi, masing-masing berada dalam tahap
eksekusi yang berbeda.

f) Set Register Set register operasional dari suatu komputer, yang dapat diubah
oleh programmer dengan menggunakan set instruksi komputer tersebut.
Arsitektur komputer adalah desain komputer yang meliputi set instruksi,
komponen hardware, dan organisasi atau susunan sistemnya. Ada dua bagian yang
pokok untuk arsitektur komputer: instruction-set architecture (ISA)/ arsitektur set
instruksi dan hardware-system architecture (HSA)/ arsitektur sistem hardware.

g) ISA meliputi spesifIkasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan
berinteraksi dengan komputer. HSA berkaitan
dengan subsistem hardware utama komputer, yang meliputi central processing unit
(CPU)/ unit pemrosesan sentral, sistem penyimpanan, dan input-output (I/O) system/
sistem input-outputnya (yang merupakan interface komputer terhadap dunia
luar). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem, dan oleh
karenanya tingkat HSA yang luas akan menjadikan mesin dapat beroperasi secara
efIsien.

h) Implementasi adalah realisasi komputer dalarn hardware dan mencakup
pilihan teknologi, kecepatan, biaya, dan sebagainya.

i) arsitektur rumpun System/360-nya ini mempunyai jalur komputer yang
lengkap, yang meliputi model 20, 30, 40, 44, 50, 65, dan 91. Digital Equipment
Corporation (DEC), yang merupakan pelopor dalam minikomputer,
mengenalkan rumpun PDP-8 pada tabun 1965, rumpun PDP-ll pada tabun 1970,
dan rumpun VAX-ll pada tabun 1978. CDC memunculkan rumpun CDC 6000
pada awal tabun 1960-an, yang berkembang menjadi seri CYBER 170 pada tabun
1970-an. Umumnya, arsitek merancang upward compatibility (kompabilitas meningkat), yang memungkinkan anggota rumpun yang
berunjuk-kerja tinggi untuk menjalankan program yang sarna seperti yang dijalankan
oleh anggota yang berunjuk-kerja rendah. Lawannya adalah downward compatibility
(kompatibillitas menurun), yang tidak selalu bisa didapatkan, karena anggota
rumpun yang berkinerja tinggi biasanya memiliki fasilitas yang tidak dimiliki oleh
anggota yang berkinerja rendah.



1.2 KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER

1.2.1 Mesin Von Neumann

Sebagian besar, atau mungkin semua, komputer yang anda kenal adalah von
Neumann machines (mesin von Neumann), Dalam sebagian besar konteks, istilah
computer dan von Neumann machine adalah sinonil. (mesin von Neumann)
jika komputer tersebut memenuhi kriteria berikut:

a) Ia mempunyai tiga subsistem hardware dasar:

1) sebuah CPU
2) sebuah sistem memori utama
3) sebuah sistem I/O

b) Ia 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.

c) Ia menjalankan instruksi secara berurutan.CPU menjalankan,atau setidaknya
akan menjalankan, satu operasi dalam sekali waktu.

d) Ia mempunyai, atau paling tidak akan mempunyai, satu path antara sistem
memoriutamadan unit kontrolCPU;hal ini biasanyadinamakan"vonNeumann
bottleneck."

Harvard architecture termasuk dalam kelompok mesin yon Neumann Harvard architecture (arsitektur Harvard) memungkinkan CPU untuk mengakses instruksi dan data secara serentak. Komponen utama CPU adalah:

a) Control unit (CU), yang mengontrol operasi komputer.
b) Arithmetic dan logic unit (ALU), yang menjalankan operasi aritmetik, logika,
dan shift untuk menghasilkan sesuatu.
c) Register set, yang menyimpan berbagai macam nilai selama operasi komputer.
Program counter (PC) (kadang-kadang disebut sebagai instruction counter),
yang menyimpan alamat memori utarna dari suatu instruksi. PC adalah bagian
dari register set (set register).

Arsitektur Harvard

Setiap instruksi mempunyai operation code (op code), yaitu kode angka yang
biasanya bisa dijumpai pada field pertama dari instruksi, yang memberitahu komputer
mengenai operasi yang akan dijalankannya.
Program adalah urutan instruksi yang akan dijalankan komputer.

Urutan instruksi yang dijalankan komputer adalah instruction stream. Untuk
menjaga track instruksi dalam memori, mesin von Neumann menggunakanPC. PC
ini "points to" (menyimpanalamat dari) instruksiberikutnyayang akan dijalankan.
terus menerus: instruction fetch dan instruction execution. Urutan ini dinamakan
Untuk meningkatkan kecepatan eksekusi, arsitek biasanya menerapkan arsitektur
von Neumann dengan prosesor pipelined. Arsitek juga menggunakan beberapa unit
aritmetik untuk meningkatkan kecepatan CPU, dan ia menyertakan buffer (memori
berkecepatan tinggi tingkat menengah), agar kecepatan prosesor sesuai dengan
kecepatan memori.

1.2.2 Mesin non-van Neumann

Tidak semua komputer merupakan mesin von Neumann. Flynn, pada tahun
1966, mengklasifIkasikan arsitektur komputer menurut berbagai sifatnya, yang
meliputi jumlah prosesor, jumlah program yang dapat dijalankan, dan struktur
memori. KlasifIkasinyaitu mencakup kategori berikut :

a) Single instructionstream, single data stream (SISD) satu aliran instruksi, satu
aliran data. Arsitektur von Neumann termasuk dalam klasifIkasi ini.
Komputer SISD mempunyai satu CPU yang menjalankan satu instruksi pada
sekali waktu (oleh karenanya disebut aliran instruksi tunggal) dan menjemput
atau menyimpan satu item data pada sekali waktu (oleh karenanya disebut
aliran data tunggal).

b) Single instruction stream, multiple data stream (SIMD satu aliran instruksi,
beberapa aliran data. Array prosesor termasuk dalam kategori ini.
Mesin SIMD mempunyai sebuah CU yang beroperasi seperti mesin yon
Neumann (yaitu, ia menjalankan satu aliran instruksi), CU menghasilkan signal kontrol untuk semua
PE, yang menjalankan operasi yang sama, biasanya pada lockstep, pada item
data yang berbeda (ole.h karenanya disebut aliran data banyak).

c) Multiple instruction stream, single data stream (MISD) beberapa a1iran instruksi,
satu aliran data. Secara logis, mesin dalam kelompok ini akan menjalankan
berbagai program pada item data yang sama. walaupun beberapa sistem MIMD bisa digunakan dengan cara ini.

d) Multiple instruction stream, multiple data stream (MIMD) beberapa aliran
instruksi, beberapa aliran data. Mesin MIMD juga disebut
multiprosesor. Ia mempunyai lebih dari satu prosesor independen, dan setiap
prosesor dapat menjalankan program yang berbeda (oleh karenanya disebut
aliran data banyak) pada datanya sendiri (oleh karenanya disebut aliran data
banyak).

Mesin SIMD dan MIMD adalah parallel processor (prosesor paralel), karena
mereka beroperasi secara paralel pada lebih dari satu data sekali waktu. Arsitektur
multiprosesor dapat dibagi menjadi dua kategori, didasarkan pada susunan sistem
memorinya:

a) Global memory (GM) system architecture! arsitektur sistem memori global.
Satu sistem memoriglobal digunakanbersamaoleh semua prosesor. Arsitektur
komputer berunjuk kerja tinggi pada saat ini adalah dari jenis ini, dan ketiga
arsitektur yang ada pada Gb. 13 ditunjukkan dengan memori global.

b) Local-memory(LM) systemarchitecture! Arsitektur sistem memori lokal. Disini,
satu sistem penyimpanan digunakan untuk setiap prosesor. Multiprosesor dengan
LM mungkin juga mempunyai GM dan juga disebut multiple processor.

2 ( dua ) jenis prosesor paralel (SIMD dan MIMD)

Mesin SIMD

Komputer SIMD mempunyai sifat berikut ini:

a) Mereka mendistribusikanpemrosesan ke sejumlah hardware.
b) Mereka beroperasi secara.bersama-sama pada beberapa elemen data yang
berbeda.
c) Mereka menjalankan komputasi yang sarna pada semua e1emen data.

Oalammesin SIMO,PE mereka mengakses memori dengan cara yang berbeda.
PE-PE dari komputer GM-SIMD secara bersama menggunakan sistem penyimpanan
yang sarna, sedangkan PE-PE dari komputer LM-SIMO mempunyai sistem
penyimpanan independen.

Array prosesor adalah arsitektur SIMO. Ia mempunyai satu CD dan beberapa
PE. CD tersebut menghasilkan signal kontrol untuk semua PE, yang
menjalankan komputasi yang tepat sarna secara serentak
, namun dengan data yang berbeda. Biasanya, CD itu sendirilah yang mempakan komputer yon Neumann, yaitu merupakan komputer khusus yang lengkap yang mempunyai set register,
ALD, dan unit kontrol. Komputer inf
dinamakan sebagai unit kontrol (control unit), karena ia semata-mata dirancang
untuk mengontrol PE dalam array prosesor, dan bukan untuk beroperasi sebagai
komputer yang berdiri sendiri.

Mesin MIMD

Komputer MIMD mempunyai sifat berikut ini:
a) Mereka mendistribusikanpemrosesan ke sejumlah prosesor independen.
b) Mereka membagikansumber,termasukmemoriutama, ke prosesorkomponen.
c) Setiap prosesor beroperasi secara independen dan bersarna-sarna.
Setiap prosesor menjalankan programnya sendiri.
Arsitektur MIMD yang berbeda mempunyai interconnection network yang
berlainan, prosesor yang berbeda, struktur pengalamatan memori yan'g berbeda, dan
struktur sinkronisasi dan kontrol yang berbeda
Kita dapat mengkategorikan komputer multiple-prosesor sebagai tightly coupled
atau loosely coupled, Prosesor dalam multiprosesor yang
terangkai dengan ketat (tightly coupled) biasanya menggunakan secara bersama
satu sistem memori. Prosesor yang ada dalam multiprosesor yang terangkai
dengan longgar (loosely coupled) mungkin juga menggunakan satu sistem memori,
Jadi, komputer yang terangkai dengan
ketat dan YaIJ.gterangkai dengan longgar secara berturut-turut sesuai dengan
klasifIkasi GM-MIMD dan LM-MIMD.

Karena sebagian besar komputer tujuan khusus mencakupprosesor I/O tujuan
khusus independen,maka secara logis kita dapat menganggapnya sebagai arsitektur
GM-MIMD.

Processors with local memory
Category Common Name Examples
SISD (CISC) Uniprocessor ffiM PC, DEC PDP-ll, DEC VAX-II
SISD (RISC) Uniprocessor MIPS R2000, SUN SPARC, ffiM SystemIR6000
GM-SIMD Processor array IILIAC IV, MPP, CM-I
GM-MIMD Multiprocessor All existing tightly coupled (shared-memory)multiprocessors
(DEC and ffiM)
LM-MIMD Multiple processor TandemVI6,IPSCY2

Arsitektur Lain

Dalam mesin yon Neumann, program menentukan arus kontrol. Dalam dataflow
architecture (arsitektur arus data), sebaliknya, keberadaan data menentukan kapan
mesin akan menjalankan operasi. Model komputasi yang diimplementasikan prosesor
arus data, yang disebut dataflow model (model arus data), adalah pada dasamya
paralel, dan arsitek telah merancang mesin arus data untuk mengimplementasikan
model ini secara efisien. beberapa arsitektur tertentu hanya disebut special-purpose
machine (mesin tujuan khusus) karena fungsi khusus yang mereka jalankan.
Umumnya, menggunakan arsitektur konvensional yang telah dioptirnisasi untuk
aplikasi tertentu Yang termasuk dalam kelompok ini adalah
mesin artificial intelligence, mesin bahasa tingkat tinggi, mesin pemrosesan tampilan,
prosesor penampil tiga dimensi, dan komputer yang mempunyai kontrol gabung.