Arsitektur Komputer

 Peta Berpikir Arsitektur Komputer

DASAR-DASAR

1. Organisasi komputer Modern

Organisasi komputer modern adalah studi tentang struktur, desain, dan fungsi dari sistem komputer. Ini melibatkan pemahaman tentang komponen-komponen inti dari sebuah komputer dan bagaimana mereka saling berinteraksi untuk menjalankan tugas komputasi.

2. Evolusi Komputer

Evolusi komputer mengacu pada perkembangan dan perubahan yang terjadi dalam desain, ukuran, kinerja, dan fungsionalitas komputer dari waktu ke waktu. Berikut adalah gambaran singkat tentang evolusi komputer:

Komputer Awal: Pada awalnya, komputer adalah mesin besar yang menggunakan tabung hampa udara dan komponen mekanis. Contoh paling terkenal adalah ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) yang dikembangkan pada tahun 1940-an. Meskipun ukurannya besar, komputer ini memiliki kemampuan komputasi yang sangat terbatas dibandingkan dengan komputer modern.

Transisi ke Transistor: Pada tahun 1947, penemuan transistor oleh John Bardeen, Walter Brattain, dan William Shockley membuka jalan bagi era komputer yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih andal. Transistor menggantikan tabung hampa udara, mengurangi ukuran dan konsumsi daya komputer.

Komputer Generasi Pertama: Pada akhir tahun 1950-an hingga awal 1960-an, komputer generasi pertama dikembangkan. Komputer ini menggunakan transistor dan bahasa rakitan, dan umumnya digunakan untuk aplikasi ilmiah dan militer. Contoh terkenal dari komputer generasi pertama adalah UNIVAC I dan IBM 700 series.

Peningkatan Integrasi: Pada 1960-an, dikembangkan teknologi sirkuit terpadu (integrated circuit/IC) yang memungkinkan ratusan hingga ribuan komponen elektronik untuk diintegrasikan dalam satu chip silikon kecil. Ini membawa komputer generasi kedua dengan ukuran yang lebih kecil, biaya yang lebih rendah, dan kinerja yang lebih baik.

Komputer Generasi Ketiga: Pada akhir 1960-an dan awal 1970-an, komputer generasi ketiga muncul dengan penggunaan sirkuit terpadu skala besar (LSI). LSI memungkinkan integrasi ribuan hingga puluhan ribu komponen dalam satu chip. Komputer generasi ketiga ini lebih efisien, lebih cepat, dan lebih terjangkau. Contoh terkenal dari komputer generasi ketiga adalah IBM System/360.

Munculnya Mikroprosesor: Pada tahun 1971, Intel mengeluarkan mikroprosesor 4004, yang merupakan komponen terintegrasi pertama yang menggabungkan unit pemrosesan sentral (CPU) ke dalam satu chip. Ini membuka jalan bagi komputer mikro, yang ukurannya jauh lebih kecil dan lebih terjangkau. Mikroprosesor berkembang pesat, dan pada tahun 1981, IBM meluncurkan komputer pribadi (PC) IBM PC yang menggunakan mikroprosesor Intel 8088.

Era Komputer Pribadi dan Internet: Pada tahun 1980-an dan 1990-an, komputer pribadi menjadi populer dan terjangkau bagi masyarakat umum. Kemajuan dalam teknologi mikroprosesor, memori, grafis, dan jaringan memungkinkan komputer menjadi lebih kuat dan interkoneksi dengan internet. Ini membuka jalan bagi ledakan teknologi informasi.

3. Arsitektur CPU dan Set Instruksi

Arsitektur CPU (Central Processing Unit) mengacu pada struktur dan organisasi internal dari unit pemrosesan sentral dalam sebuah komputer. Arsitektur CPU mencakup elemen-elemen seperti unit kontrol, unit aritmetika/logika, register, jalur data, dan set instruksi.

Set instruksi (instruction set) adalah kumpulan instruksi yang dipahami dan dapat dilaksanakan oleh CPU. Set instruksi menyediakan daftar operasi dan perintah yang dapat dijalankan oleh CPU untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Setiap instruksi dalam set instruksi memiliki representasi biner yang spesifik.

 

PROSESOR

4. Aritmatika Komputer

Aritmatika komputer adalah cabang dalam organisasi komputer yang berkaitan dengan operasi matematika yang dilakukan oleh sebuah komputer. Ini mencakup berbagai operasi matematika dasar seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian, serta operasi matematika yang lebih kompleks seperti operasi floating-point (pecahan) dan logika biner.

5. Desain Prosesor dan Datapath

Desain prosesor dan datapath adalah aspek penting dalam organisasi komputer yang melibatkan perencanaan dan implementasi struktur internal sebuah unit pemrosesan sentral (CPU) yang mencakup berbagai komponen seperti unit kontrol, unit aritmetika/logika (ALU), register, dan jalur data. Desain prosesor dan datapath melibatkan pemilihan komponen yang tepat, desain koneksi antara komponen tersebut, dan pengaturan operasi yang sesuai untuk mencapai kinerja yang diinginkan. Prinsip desain yang efisien termasuk penggunaan paralelisme, pipelining, caching, dan optimisasi lainnya untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi eksekusi instruksi.

6. Unit Kontrol

Unit kontrol (Control Unit) adalah komponen dalam CPU (Central Processing Unit) yang bertanggung jawab untuk mengoordinasikan operasi dan mengendalikan alur eksekusi instruksi dalam sebuah komputer. Unit kontrol memainkan peran penting dalam menjalankan instruksi-instruksi yang diterima oleh CPU.

 

MEMORI

7. Desain Memori Utama Semikonduktor

Desain memori utama semikonduktor melibatkan perencanaan dan implementasi struktur yang digunakan untuk menyimpan dan mengakses data dalam sebuah sistem komputer. Memori utama, juga dikenal sebagai RAM (Random Access Memory), adalah tempat di mana program dan data yang sedang aktif disimpan sementara selama operasi komputer.

8. Teknik Manajemen Memori

Teknik manajemen memori adalah strategi dan metode yang digunakan dalam sistem komputer untuk mengatur penggunaan memori secara efisien. Tujuan utama dari teknik manajemen memori adalah mengoptimalkan penggunaan memori dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan.

 

INPUT/OUTPUT

9. Organisasi Input/Output

Organisasi Input/Output (I/O) merujuk pada cara komputer mengatur dan mengelola komunikasi antara perangkat input/output dan sistem komputer. Ini melibatkan perencanaan struktur, protokol, dan teknik yang digunakan untuk mentransfer data antara perangkat I/O dan komputer.

Organisasi I/O melibatkan perencanaan dan implementasi strategi yang efisien untuk menghubungkan perangkat I/O dengan sistem komputer. Tujuannya adalah untuk mencapai transfer data yang cepat, akurat, dan andal antara perangkat I/O dan komputer, serta memastikan koordinasi yang baik antara perangkat I/O yang berbeda dalam sistem komputer.

10. Perihal Komputer

Perihal komputer merujuk pada berbagai aspek terkait komputer secara umum. Berikut ini beberapa hal yang dapat dijelaskan mengenai perihal komputer:

SISTEM OPERASI

Sistem operasi (Operating System) adalah perangkat lunak yang bertindak sebagai perantara antara pengguna dan perangkat keras komputer. Sistem operasi mengelola sumber daya komputer, mengatur eksekusi program, dan menyediakan antarmuka untuk berinteraksi dengan perangkat keras dan perangkat lunak lainnya,

PARALELISME

11. Pipelining dan pemrosesan

Pipelining adalah teknik dalam desain prosesor yang memungkinkan eksekusi instruksi dilakukan secara paralel dan bertahap dalam beberapa tahap. Dalam pipelining, setiap tahap melaksanakan operasi khusus pada instruksi yang berbeda dalam rangkaian instruksi, sehingga instruksi-instruksi tersebut dapat dieksekusi secara bersamaan.

Pipelining dan pemrosesan paralel adalah dua konsep yang sering digunakan dalam desain prosesor dan sistem komputer modern untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi. Keduanya merupakan teknik yang kompleks dan memerlukan pemodelan, analisis, dan perancangan yang cermat untuk memastikan keberhasilan implementasinya.

12.  Pengantar Sistem Multiprosesor

Sistem multiprosesor merujuk pada penggunaan lebih dari satu prosesor atau unit pemrosesan dalam satu sistem komputer. Tujuan utama dari sistem multiprosesor adalah meningkatkan kinerja dan efisiensi komputasi dengan memanfaatkan paralelisme, yaitu melakukan beberapa tugas secara bersamaan.