Pengertian Arsitektur Komputer dan Contohnya – Pernahkah kamu bertanya-tanya bagaimana sebuah perangkat komputer bisa melakukan tugas yang kompleks dengan begitu cepat dan efisien? Jawabannya terletak pada rancangan dan struktur yang canggih dari arsitektur komputer.
Seperti jantung yang menggerakkan tubuh manusia, arsitektur komputer merupakan inti dari sistem komputer yang memungkinkan setiap tugas dapat dijalankan dengan presisi yang luar biasa. Namun, apa sebenarnya arsitektur komputer itu?
Dan bagaimana teknologi tersebut dapat berdampak pada kehidupan sehari-hari kita? Mari kita eksplorasi bersama-sama dalam artikel ini!
Pengertian Arsitektur Komputer
Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer merupakan konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Ini mencakup rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras komputer yang dirancang, seperti kecepatan proses dan sistem interkoneksinya.
Implementasi dari masing-masing bagian difokuskan terutama pada bagaimana CPU akan bekerja, dan bagaimana data dan alamat diakses dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dan lainnya.
Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini termasuk arsitektur von Neumann, CISC, RISC, dan blue Gene. Masing-masing arsitektur memiliki keunikan dan keunggulan tersendiri dalam hal kinerja dan kegunaannya.
Namun, arsitektur komputer tidak hanya melibatkan perencanaan dan struktur perangkat keras saja. Ini juga melibatkan ilmu dan seni dalam cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya.
Ada tiga sub-kategori utama dalam arsitektur komputer.
Yang pertama adalah set instruksi (ISA), yang merupakan kumpulan instruksi dan aturan yang mengatur cara CPU memproses data.
Kedua, arsitektur mikro dari ISA, yang mencakup cara CPU diimplementasikan dengan menggunakan sirkuit dan komponen-komponen perangkat keras.
Dan yang ketiga, sistem desain dari seluruh komponen dalam perangkat keras komputer.
Arsitektur Komputer Von Neumann
Komputer adalah salah satu hasil inovasi teknologi yang memiliki peran penting dalam kehidupan manusia modern. Dalam menjalankan fungsinya, komputer didukung oleh berbagai macam teknologi, salah satunya adalah arsitektur komputer.
Arsitektur Von Neumann, sebuah arsitektur komputer yang diciptakan oleh John von Neumann pada tahun 1945, menjadi fondasi utama yang digunakan dalam hampir semua komputer yang ada di dunia saat ini.
Arsitektur Von Neumann menggambarkan komputer sebagai sebuah sistem yang terdiri dari empat komponen utama, yaitu Unit Aritmetika dan Logis (ALU), unit kontrol, memori, dan alat masukan dan keluaran (I/O).
Keempat bagian tersebut dihubungkan oleh sebuah kabel kawat yang disebut “bus”. Namun, sebelumnya, komputer masih mengalami banyak kendala, seperti keterbatasan pada penyimpanan program dan perubahan algoritma.
Untuk memperbaiki kelemahan tersebut, Von Neumann menciptakan sebuah konsep baru yang dinamakan “program tersimpan”. Konsep tersebut memungkinkan program komputer untuk disimpan dalam memori, sehingga komputer dapat menjalankan instruksi-instruksi secara otomatis. Konsep program tersimpan menjadi landasan dari arsitektur Von Neumann, dan inilah yang membuat komputer bisa digunakan secara lebih efisien.
Salah satu komputer yang menggunakan arsitektur Von Neumann adalah Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) yang diperkenalkan pada tahun 1946.
Komputer IAS memiliki tiga komponen utama, yaitu memori utama, ALU, dan unit kontrol. Memori utama digunakan untuk menyimpan instruksi dan data, sedangkan ALU berfungsi untuk melakukan operasi aritmatika dan logika pada data. Unit kontrol bertanggung jawab atas pengambilan instruksi dari memori dan eksekusi instruksi tersebut.
Dalam perkembangannya, arsitektur Von Neumann menjadi dasar bagi banyak penemuan dan inovasi baru di bidang komputer, seperti komputer mainframe, mini komputer, dan personal komputer. Arsitektur Von Neumann juga menjadi fondasi untuk pengembangan komputer generasi berikutnya, termasuk komputer super dan komputer kuantum.
Dalam era komputer modern yang semakin maju, arsitektur Von Neumann tetap relevan dan menjadi dasar bagi banyak teknologi dan inovasi baru di bidang komputer. Inovasi dan penemuan baru yang muncul berkat arsitektur Von Neumann terus memperkaya dan mengembangkan kemampuan dan fungsi komputer, sehingga membuka jendela menuju era komputer yang lebih maju dan canggih di masa depan.
Arsitektur Komputer CISC
Komputer set instruksi kompleks (CISC) telah menjadi arsitektur komputer yang sangat umum dan penting dalam perkembangan teknologi komputer saat ini. CISC, bersama dengan Reduced Instruction Set Computing (RISC), telah menjadi dasar untuk semua mikroprosesor modern. Dalam artikel ini, kita akan membahas arsitektur CISC dan mengapa ia penting bagi perkembangan teknologi komputer.
CISC adalah arsitektur komputer di mana instruksi tunggal dapat mengeksekusi beberapa operasi tingkat rendah, seperti beban dari memori, operasi aritmatika, dan penyimpanan memori.
Hal ini berarti bahwa setiap instruksi CISC dapat melakukan beberapa tugas sekaligus, meningkatkan efisiensi dan kinerja komputer secara keseluruhan. Istilah CISC diciptakan untuk membedakan arsitektur ini dari arsitektur RISC yang menggunakan instruksi yang lebih sederhana tetapi lebih cepat.
Contoh arsitektur CISC termasuk System/360 hingga z/Architecture, arsitektur PDP-11 dan VAX, dan banyak lainnya. Mikroprosesor dan mikrokontroler terkenal seperti keluarga Motorola 6800, 6809 dan 68000; keluarga Intel 8080, iAPX432 dan x86; keluarga Zilog Z80, Z8 dan Z8000; National Semiconductor 32016 dan garis NS320xx; keluarga MOS Technology 6502; keluarga Intel 8051, dan lain-lain.
Namun, beberapa desain telah dianggap sebagai kasus batas oleh beberapa penulis. Sebagai contoh, PIC Microchip Technology telah diberi label RISC di beberapa kalangan dan CISC di kalangan lain.
6502 dan 6809 keduanya telah digambarkan seperti RISC, meskipun mereka memiliki mode pengalamatan yang kompleks serta instruksi aritmatika yang beroperasi pada memori, bertentangan dengan prinsip RISC.
Meskipun banyak mikroprosesor modern yang mengikuti arsitektur RISC, CISC masih penting dan relevan dalam perkembangan teknologi komputer. Seiring dengan perkembangan teknologi, arsitektur CISC terus berkembang dan meningkatkan efisiensi dan kinerja komputer. Oleh karena itu, CISC tetap menjadi bagian penting dari sejarah dan perkembangan teknologi komputer saat ini.
Arsitektur Komputer RICS
Dalam dunia teknologi komputer, komputer set instruksi sederhana atau yang lebih dikenal sebagai RISC (Reduced Instruction Set Computer) merupakan komputer yang dirancang untuk menyederhanakan instruksi yang diberikan kepada komputer agar dapat menyelesaikan tugas yang diberikan secara lebih efisien.
Berbeda dengan komputer set instruksi kompleks (CISC), pada komputer RISC, meskipun tugas yang diberikan mungkin memerlukan lebih banyak instruksi, instruksi-individu yang diberikan adalah kode yang lebih sederhana.
Tujuannya adalah untuk meningkatkan kecepatan setiap instruksi dan khususnya mengimplementasikan pipa instruksi yang lebih sederhana.
Salah satu konsep operasional utama dari komputer RISC adalah bahwa setiap instruksi hanya melakukan satu fungsi.
Contohnya, instruksi dapat digunakan untuk menyalin nilai dari memori ke register. Komputer RISC biasanya dilengkapi dengan banyak register tujuan umum berkecepatan tinggi dengan arsitektur muat dan simpan.
Kode untuk instruksi register-register (untuk melakukan aritmatika dan tes) terpisah dari instruksi yang memberikan akses ke memori utama komputer. Desain CPU pada komputer RISC memungkinkan beberapa mode pengalamatan sederhana dan waktu instruksi yang dapat diprediksi, sehingga dapat menyederhanakan desain sistem secara keseluruhan.
Sejarah komputer RISC dimulai pada akhir 1970-an dengan proyek IBM 801. Namun, konsep ini tidak segera digunakan dan desainer di California mengambil konsep IBM 801 ke 2 proyek terpisah, yaitu Stanford MIPS dan Berkeley RISC.
Kedua proyek ini kemudian dikomersialkan pada 1980-an sebagai sistem MIPS dan SPARC.
IBM kemudian memproduksi desain RISC berdasarkan karya lebih lanjut pada konsep IBM 801, yaitu arsitektur set instruksi IBM POWER, PowerPC, dan Power ISA.
Pada akhir 1980-an hingga awal 1990-an, banyak desain serupa diproduksi, menciptakan unit pemrosesan pusat yang meningkatkan utilitas komersil stasiun kerja Unix dan prosesor tertanam di pencetak laser, perute, dan produk serupa.
Dalam perkembangan teknologi komputer, komputer RISC terus mengalami peningkatan. Namun, konsep dasarnya tetap sama, yaitu menyederhanakan instruksi yang diberikan kepada komputer untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi pemrosesan data.
Dengan begitu, komputer RISC semakin diminati oleh banyak orang sebagai pilihan yang tepat untuk menyelesaikan tugas dengan cepat dan efisien.
Arsitektur Komputer Blue Gene
Blue Gene adalah arsitektur komputer yang diciptakan untuk menciptakan beberapa superkomputer generasi berikutnya yang dapat mencapai kecepatan operasi petaflop. Pada 2005, Blue Gene telah mencapai kecepatan lebih dari 100 teraflop, yang merupakan capaian luar biasa pada saat itu.
Blue Gene adalah proyek kolaborasi antara Departemen Energi Amerika Serikat, industri, dan kalangan akademi, terutama IBM. Ada lima proyek Blue Gene dalam pengembangan saat ini, termasuk Blue Gene/L, Blue Gene/C, dan Blue Gene/P.
Blue Gene/L adalah komputer pertama dalam seri Blue Gene. Dikembangkan melalui kemitraan dengan Lawrence Livermore National Laboratory, Blue Gene/L menghabiskan biaya sebesar AS$100 juta dan direncanakan dapat mencapai kecepatan ratusan TFLOPS.
Pada Juni 2004, dua prototipe Blue Gene/L masuk dalam peringkat 500 besar superkomputer di dunia berada dalam posisi ke-4 dan ke-8.
Pada 29 September 2004, sebuah prototipe Blue Gene/L di IBM Rochester (Minnesota) berhasil menyalip Earth Simulator NEC sebagai komputer tercepat di dunia dengan kecepatan 36,01 TFLOPS, mengalahkan Earth Simulator yang memiliki kecepatan 35,86 TFLOPS. Mesin ini kemudian mencapai kecepatan 70,72 TFLOPS.
Pada 24 Maret 2005, Departemen Energi AS mengumumkan bahwa Blue Gene/L telah memecahkan rekor sebagai komputer tercepat di dunia dengan mencapai kecepatan 135,5 TFLOPS. Ini dimungkinkan karena menambah jumlah rak menjadi 32 dengan setiap rak berisi 1.024 node komputasi. Ini masih setengah dari konfigurasi final yang direncanakan untuk mencapai 65.536 node.
Tidak puas dengan kecepatannya yang luar biasa, Blue Gene/L sekali lagi menciptakan rekor pada 27 Oktober 2005, dengan kecepatan mencapai 280,6 TFLOPS. Keberhasilan Blue Gene/L memberikan keyakinan pada pengembangan superkomputer generasi berikutnya yang mampu menghadapi tuntutan komputasi yang semakin kompleks.
Dengan kemajuan teknologi yang semakin pesat, tidak mustahil bahwa superkomputer yang lebih canggih akan dikembangkan di masa depan. Blue Gene telah membuka jalan menuju era baru superkomputer generasi berikutnya, dengan kecepatan yang menakjubkan dan kinerja yang luar biasa.