Prosesor Paralel

Paralel Prosesor adalah suatu prosesor dimana pelaksanaan instruksinya secara bersamaan waktunya.

Sehingga menyebabkan pelaksanaan suatu kejadian :

1. Dlam interval waktu yang sama

2. Dalam dalam waktu yang bersamaan

3. Dalam waktu yang saling tumpang tindih

Pada prosesor paralel memiliki beberapa teknik pemrosesan :

1. Pipelining

2. Unit-unit fungsional berganda

3. Tumpang tindih antara operasi CPUdan I/O

4. Interleaving memori

5. Multiprograming

6. Multiprosesing

1. Jaringan Interkoneksi

Ada 5 komponen

1. CPU

2. Memori

3. Interface : peralatan yang yangnmembawa pesanmasuk dan keluar dari CPU danMemori

4. Penghubung : saluran fisik yang dilalui bit-bituntuk berpindah tempat

5. Switch : peralatan yang memiliki banyak portinput dan port output

Komunikasi diantara terminal-terminal yang berbeda harus dapat dilakukan dengan suatu media tertentu. Interkoneksi yang efektif antara prosesor dan modul memorisangat penting dalam lingkungan komputer. Menggunakan arsitektur bertopologi  busbukan merupakan solusi yang praktis karena bus hanya sebuah pilihan yang baik ketika digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dengan jumlah yang sedikit. Jumlah komponen dalam sebuah modul IC bertambah seiring waktu. Oleh karena itu, topologi  bus bukan topologi yang cocok untuk kebutuhan interkoneksi komponenkomponen di dalam modul IC. Selain itu juga tidak dapat diskalakan, diuji, dan kurang dapat disesuaikan, serta menghasilkan kinerja toleransi kesalahan yang kecil. Di sisi lain, sebuah  crossbar menyediakan interkoneksi penuh diantara semua terminal dari  suatu  sistem  tetapi  dianggap sangat kompleks, mahal untuk membuatnya, dan sulit untuk dikendalikan. Untuk alasan ini jaringan interkoneksi merupakan solusi media komunikasi yang baik untuk sistem komputer dan telekomunikasi. Jaringan ini membatasi jalur-jalur diantara terminal komunikasi yang berbeda untuk mengurangi kerumitan dalam menyusun elemen switching

2. Mesin SIMD & Mesin MMID

Mesin SIMD

SIMD adalah singkatan dari “Single Instruction, Multiple Data”, merupakan tentang sebuah istilah dalam komputasi yang akan merujuk kepada sekumpulan  operasi yang digunakan untuk menangani jumlah data yang sangat banyak dalam paralel secara efisien, seperti yang terjadi dalam prosesor vektor atau prosesor larik. SIMD pertama kali dipopulerkan pada super komputer skala besar, meski sekarang telah ditemukan pada komputer pribadi. Contoh aplikasi yang dapat mengambil keuntungan dari SIMD adalah aplikasi yang memiliki nilai yang sama yang ditambahkan ke banyak titik data (data point), yang umum terjadi dalam aplikasi multimedia. Salah satu contoh operasinya adalah mengubah brightness dari sebuah gambar. Setiap  dari sebuah gambar 24-bit berisi tiga buah nilai berukuran 8-bit brightness dari porsi warna merah (red), hijau (green), dan biru (blue). Untuk melakukan perubahan brightness, nilai R, G, dan B akan dibaca dari memori, dan sebuah nilai baru ditambahkan (atau dikurangkan) terhadap nilai-nilai R, G, B tersebut dan nilai akhirnya akan dikembalikan (ditulis kembali) ke memori.

Prosesor yang memiliki SIMD menawarkan dua keunggulan, yakni:

Data langsung dapat dipahami dalam bentuk blok data, dibandingkan dengan beberapa data yang terpisah secara sendiri-sendiri. Dengan menggunakan blok data, prosesor dapat memuat data secara keseluruhan pada waktu yang sama. Daripada melakukan beberapa instruksi "ambil pixel ini, lalu ambil pixel itu, dst", sebuah prosesor SIMD akan melakukannya dalam sebuah instruksi saja, yaitu "ambil semua pixel itu!" (istilah "semua" adalah nilai yang berbeda dari satu desain ke desain lainnya). Jelas, hal ini dapat mengurangi banyak waktu pemrosesan (akibat instruksi yang dikeluarkan hanya satu untuk sekumpulan data), jika dibandingkan dengan desain prosesor tradisional yang tidak memiliki SIMD (yang memberikan satu instruksi untuk satu data saja). Sistem SIMD umumnya hanya mencakup instruksi-instruksi yang dapat diaplikasikan terhadap semua data dalam satu operasi. Dengan kata lain, sistem SIMD dapat bekerja dengan memuat beberapa titik data secara sekaligus, dan melakukan operasi terhadap titik data secara sekaligus.

Mesin MMID

MIMD adalah sebuah singkatan dari, "Multiple Instruction Stream-Multiple Data Stream" yaitu sebuah komputer yang memiliki beberapa prosesor yang bersifat otonomus yang mampu melakukan instruksi yang berbeda pada data yang berbeda. Sistem terdistribusi umumnya dikenal sebagai MIMD, entah itu menggunakan satu ruangan memori secara bersama-sama atau sebuah ruangan memori yang terdistribusi. Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara pemrosesan. Hal ini disebabkan seluruh aliran dari dan ke memori berasal dari space data yang sama bagi semua pemroses. Komputer MIMD bersifat tightly coupled jika tingkat interaksi antara pemroses tinggi dan disebut loosely coupled jika tingkat interaksi antara pemroses rendah.

3. Arsitektur Pengganti

Dalam bidang teknik computer, arsitektur pengganti merupakan konsep perencanaan atau struktur pengoperasian dasar dalam computer atau bisa dikatakan rencana cetak biru dari deskripsi fungsional kebutuhan dari perangkat keras yang didesain, implementasi perencanaan dari masing-masing bagian seperti CPU, RAM, ROM, Memory Cache, dll.

Pipelining dan RISC

Pemrosesan pipeline dalam suatu komputer diperoleh dengan membagi suatu fungsi yang akan dijalankan menjadi beberapa subfungsi yang lebih kecil dan merancang perangkat keras yang terpisah, disebut sebagai tingkatan (stage), untuk setiap subfungsi. Stage-stage itu kemudian dihubungkan bersama-sama dan membentuk sebuah pipeline tunggal (atau pipe) untuk menjalankan fungsi asli tersebut.

1. Sejajarkan mantissa-mantissa yang ada

2. tambahkan mantissa-mantissa tersebut

3. Normalisasikan hasilnya

Keuntungan proses penambahan secara pipeline ini adalah bahwa dua input yang baru dapat dimulai melalui pipa tersebut segera sesudah dua input sebelumnya melewati stage 2. Hal ini berarti bahwa jumlah penambahan akan tersedia dengan kecepatan yang sama dengan kecapatan input. Secara sistematis sekumpulan angka floating-point akan bergerak melalui penambah (adder) pipeline yang sederhana pada saat pasangan pertama angka-angka itu dihasilkan oleh stage 3 maka pasangan kedua telah disejajarkan dan ditambahkan dan hanya perlu dinormalisir pada stage 3. Dengan menggunakan pipeline, jumlah selisih waktu antara hasil pertama dan kedua merupakan jumlah waktu yang diperlukan untuk menormalisir sebuah angka.Tanpa suatu pipeline, waktu antara hasil-hasil tersebut merupakan waktu kumulatif yang diperlukan untuk semua ketiga subfungsi tersebut.

Sinkronisasi Pada Pipeline

Meskipun kita dapat memisahkan suatu fungsi menjadi beberapa subfungsi dengan waktu proses yang relatif sama, perbedaan logika dari stiap stage akan menyukarkan kita untuk menghasilkan waktu proses yang sama pada setiap stage. Untuk menyamakan waktu yang diperlukan pada setiap stage maka stage-stage tersebut harus disinkronisasikan. Hal ini bisa dilakukan dengan menyisipkan kunci-kunci (latch) sederhana (register cepat), antara stage-stage tersebut.latch, masing-masing pada bagian pipe paling awal dan satu lagi pada bagian paling akhir untuk memaksa input yang sinkron dan memastikan output yang sinkron.

Waktu yang diperlukan untuk lewat dari suatu latch melalui stage ke latch berikutnya disebut sebagaipenangguhan clock (clock delay) dan diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Karena hanya ada satu keseragaman penangguhan clock untuk seluruh pipeline maka latch disinkronkan sesuai dengan waktu proses maksimum pada masing-masing stage individual dalam pipeline tersebut. Klasifikasi Pipeline.

Pipeline dapat dikelompokkan menrut fungsi dan konfigurasinya. Secara fungsional, mereka diklasifikasikan menjadi tiga kelompok pokok yaitu: pipelineing aritmatika, instruksi dan prosesor. Pipeline menurut konfigurasi dan strtegi kendalinya: unifungsi atau multifungsi; statis atau dinamis; skalar atau vektor.

Klasifikasi Berdasarkan Fungsi

Pipelining aritmatika. Proses segmentasi dari ALU dari sistem yang muncul dalam kategori ini. Suatu contoh daari fungsi pipeline aritmatika diberikan dalam bagian contoh pipeline multifungsi.

Pipelining instruksi.Dalam suatu komputer nonpipeline, CPU bekerja melalui suatu siklus yang berkesinambungan dari fetch-decode-eksekusi untuk semua instruksinya. Proses fetch suatu instruksi tidak akan dimulai sampai eksekusi instruksi sebelumnya selesai. Untuk mem-pipeline fungsi ini, instruksi-instruksi yang berdampingan di fetch dari memori ketika instruksi yang sebelumnya di-decode dan dijalankan. Proses pipelining instruksi, disebut juga instruction lihat-ke-muka (look-ahead), mem-fetch instruksi secara berurutan.

Dengan demikian, jika suatu instruksi menyebabkan percabganan keluar dari urutan itu maka pipe akan dikosongkan dari seluruh instruksi yang telah di-fetch sebelumnya dan instruksi percabangan (branched-to instruction) tersebut di-fetch. Pipelining prosesor. Sewaktu stage dari suatu pipeline merupakan prosesor aktual dan latch-latch saling berbagi memori antara prosesor-prosesor tersebut maka pipeline itu disebut sebagai pipeline prosesor.

Prosedur Vektor Pipelining

Mengambil intruksi dan membufferkanya.

-          Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut.

-           Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya.

-          Tiga kesulitan yang sering dihadapi ketika menggunakan teknik pipeline.

-          Terjadinya penggunaan resource yang bersamaan

-          Ketergantungan terhadap data pengaturan jump ke suatu lokasi memori.

Reduced Instruction Set Computers (RISC)

RISC, yang jika diterjemahkan berarti "Komputasi Kumpulan Instruksi yang Disederhanakan", merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Arsitektur ini digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

Selain RISC, desain Central Processing Unit yang lain adalah CISC (Complex Instruction Set Computing), yang jika diterjemahkan ke dalam Bahasa Indonesia berarti Komputasi Kumpulan Instruksi yang kompleks atau rumit.

Arsitektur Family Komputer IBM PC

IBM (International Business Machines) merupakan sebuah perusahaan hardware yang mengembangkan software – software yang sudah ada seperti UNIX dan WINDOWS. Oleh karena itu IBM sendiri merupakan sebuah perusahaan bukan system operasi, hanya saja IBM mencoba mengembangkan OS yang telah ada seperti OS dari UNIX dan LINUX.IBM PC adalah sebutan untuk keluarga komputer pribadi buatan IBM. IBM PC diperkenalkan pada 12 Agustus 1981, dan "dipensiunkan" pada tanggal 2 April 1987. Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yakni :

·       IBM 4860 PCjr

·      IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)

·      IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)

·      IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)

·     IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology

IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286 (sebenarnya merupakan PC AT)

·    IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

Berikut ini adalah komponen IBM PC :

·   Sistem kontrol BUS : Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

·    Sistem kontrol interuppt : Pengontrol Interuppt

·    Sistem kontrol RAM & ROM : Chip RAM & ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

·    Sistem kontrol DMA : Pengontrol DMA

·    Timer : Timer Interval Programmable

·    Sistem kontrol I/O : Interface Paralel Programmable

Konfigurasi microcomputer dasar

Berdasarkan UkurannyaBerdasarkan ukurannya, komputer digolongkan ke dalam micro computer (komputer mikro), mini computer (komputer mini), small computer (komputer kecil), medium computer (komputer menengah), large computer (komputer besar) dan super computer (komputer super).1.Micro ComputerMicro Computer (Mikro Komputer) disebut juga dengan nama personal computer (komputer personal) . ukuran main memory komputer mikro sekarang berkisar dari 16 MB sampai lebih dari 128 MB, dengan konfigurasi operand register 8 bit, 16 bit, atau 32 bit. Kecepatan komputer mikro sekarang berkisar 200 Mhz sampai dengan 500 Mhz.

Komputer mikro umumnya adalah single-user (pemakainya tunggal), yaitu satu komputer hanya dapat digunakan untuk satu pemakai saja untuk tiap saat.

1.      Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

2.      Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya

Sistem software

Agar user dapat memasukkan dan menjalankan program aplikasi, maka komputer harus sudah berisi beberapa software sistem dalam memori-nya. Software sistem adalah kumpulan program yang dieksekusi seperlunya untuk menjalankan fungsi seperti :

·         Menerima dan menginterpretasikan perintah user

·         Memasukkan dan tnengedit program aplikasi dan rnenyimpannya sebagai file dalam peralatan penyimpanan sekunder

·         Mengatur penyimpanan dan pengambilan file dalam peralatan penyimpanan sekunder

·         Menjalankan program aplikasi standar seperti word processor, spreadsheet, atau game, dengan data yang disediakan oleh user

·         Mengontrol unit I/O untuk menerima informasi input dan menghasilkan output

·         Mentranslasikan program dari bentuk source yang disediakan oleh user menjadi bentuk objek yang berisi instruksi mesin

·         Menghubungkan dan menjalankan program aplikasi user-written dengan rutin library standar yang ada, seperti paket komputasi numerik

Software sistem-lah yang bertanggungjawab untuk koordinasi semua aktifitas dalam sistem komputasi. Tujuan bagian ini adalah untuk memperkenalkan beberapa aspek dasar software sistem.

Manfaat IBM PC

1.         Kemudahaan penggunaan

2.         Daya Tempa

3.         Daya Kembang

4.         Expandibilitas

Unit Input/Output

1.      SistemBus

Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

Suatu Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. setiap computer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus.

2.      Standart Input/ Output Interface

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O.

Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar (interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi (interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.

Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

3.      Pengaksesan peralatan input/output

Input / Output tergantung pada perspektif mengubah sinyal-sinyal bahwa pengguna manusia bisa melihat atau membaca. Untuk pengguna proses membaca atau melihat representasi ini adalah menerima masukan. Interaksi antara komputer dan manusia dipelajari dalam bidang yang disebut interaksi manusia-komputer. CPU dan memori utama dianggap sebagai otak dari komputer, dan dari sudut pandang adanya transfer informasi dari atau ke kombinasi itu, misalnya untuk atau dari disk drive, dianggap Input / Output. CPU dan sirkuit pendukungnya menyediakan memori-mapping Input / Output yang digunakan dalam pemrograman komputer tingkat rendah dalam pelaksanaan driver perangkat. Sebuah Input / Output merupakan salah satu algoritma yang dirancang untuk mengeksploitasi lokalitas dan melakukan efisien bila berada pada penyimpanan data sekunder, seperti disk drive.

CPU

  *CPU

CPU ( Central Processing Unit ) merupakan perangkat keras computer yang memiliki fungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangat lunak. CPU merupakan otak dari computer. Tanpa adanya CPU, maka computer tidak akan berfungsi sebagai mestinya. CPU memiliki fungsi untuk menjalankan program yang telah disimpan dalam memori utama, dengan cara mengambil intruksi kemudian menguji intruksi dan mengeksekusinya sesuai alur perintah.

Fungsi  dari CPU :

-CPU akan mengatur dan mengendalikan alat-alat input output.
-CPU mampu mengambil intruksi-intruksi dari memori utama
-CPU akan mengambil data dari memori utama untuk di proses
-CPU akan mengirimkan intruksi ke ALU jika ada perhitungan aritmatika.
-CPU akan mengawasi kerja dari ALU .
-CPU akan menyimpan hasil proses ke memori utama.

  *Sistem Bus

Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

  *ALU

Alu adalah bagian dari CPU yang melakukan operasi aritmrika dan operasi logika berdasarkan intruksi yang telah ditentukan. Tugas utama dari ALU yaitu untuk melakukan seluruh perhitungan matematika yang terjadi sesuai intruksi program. Selain itu, ALU bertugas untuk melakukan keputusan dari sebuah operasi logika sesuai intruksi program. CPU Interconnections merupakan system koneksi yang menghubungjan komponen internal dari CPU, yaitu unit control, register, dan ALU serta bus ekternal CPU yang akan menghubungkan system lainnya.

   *Control Logic Unit

Control Unit (CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.
Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

1.      Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
2.      Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
3.      Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.
4.      Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi            kerja.
5.      Menyimpan hasil proses ke memori utama.

  *Set Register

Register adalah alat untuk penyimpanan kecil yang memiliki kecepatan akses yang cukup tinggi yang dipakai untuk menyimpan data atau intruksi yang di proses. Memori ini hanya bersifat sementara, yang digunakan untuk menyimpan data pada saat pengolahan selanjutnya. Register bisa diibaratkan sebagai ingatan di otak, apabila melakukan pengolahan data manual, sehingga CPU dapat diibaratkan sebagai otak yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur semua kegiatan dan memiliki tempat untuk melakukan perbandingan dan perhitungan logika.

arsitektur set instruksi

    *Arsitek Set Instruksi

                    didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

1. Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi
ISA meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana programmer bahasa mesin akan berinteraksi oleh computer. ISA menentukan sifat komputasional computer.

2. Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware
HAS berkaitan dengan subsistem hardware utama computer (CPU, system memori dan IO). HSA mencakup desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

     *Jenis Instruksi 

Ada dua bagian utama dalam arsitektur komputer :
1. Instruction set architecture (ISA) / arsitektur set instruksi ISA, meliputi spesifikasi yang menentukan bagaimana   programmer bahasa mesin akan berinteraksi oleh komputer. ISA menentukan sifat komputasional komputer.

2.Hardware system architecture (HSA) / arsitektur system hardware  HAS, berkaitan dengan subsistem hardware utama  komputer (CPU, system memori dan I/O). HSA mencakup  desain logis dan organisasi arus data dari subsistem.

     *Teknik Pengalamatan / Addresing

-Immediate Addressing (pengalamatan segera)
-Direct Addressing (pengalamatan lansung)
-Indirect Addressing (pengalamatan tak lansung)
-Register addressing (pengalamtan register)
-Register indirect addressing (pengalamatan tak lansung register)
-Displacement addressing

-Stack addressing

   *Desain Set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangatkomplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:
1. Kelengkapan set instruksi
2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas :

   source code compatibility
   Object code Compatibility
   Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

a. Operation Repertoire
    Berapa banyak dan opera siapa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
b. Data Types
    Tipe/jenis data yang dapat olah
c. Instruction Format
   Panjangnya, banyaknya alamat,dsb.
d. Register
    Banyaknya register yang dapat digunakan
e. Addressing

    Mode pengalamatan untuk operand

ORGANISASI SISTEM KOMPUTER

Organisasi Sistem Komputer

Pada awalnya semua operasi pada sebuah sistem komputer ditangani oleh hanya seorang pengguna. Sehingga semua pengaturan terhadap perangkat keras maupun perangkat lunak dilakukan oleh pengguna tersebut. Namun seiring dengan berkembangnya Sistem Operasi pada sebuah sistem komputer,  pengaturan  ini  pun  diserahkan  kepada  Sistem  Operasi  tersebut.  Segala  macam manajemen sumber daya diatur oleh Sistem Operasi.

Pengaturan perangkat keras dan perangkat lunak ini berkaitan erat dengan proteksi dari perangkat keras maupun perangkat lunak itu sendiri. Sehingga, apabila dahulu segala macam proteksi terhadap perangkat keras dan perangkat lunak agar sistem dapat berjalan stabil dilakukan langsung oleh pengguna maka sekarang Sistem Operasi-lah yang banyak bertanggung jawab terhadap hal tersebut. Sistem Operasi harus dapat mengatur penggunaan segala macam sumber daya perangkat keras yang dibutuhkan oleh sistem agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Seiring dengan maraknya berbagi sumberdaya yang terjadi pada sebuah sistem, maka Sistem Operasi harus dapat secara pintar mengatur mana yang harus didahulukan. Hal ini dikarenakan, apabila pengaturan ini tidak dapat berjalan lancar maka dapat dipastikan akan terjadi kegagalan proteksi perangkat keras.

Dengan hadirnya multiprogramming yang memungkinkan adanya utilisasi beberapa program di memori pada saat bersamaan, maka utilisasi dapat ditingkatkan dengan penggunaan sumberdaya secara bersamaan tersebut, akan tetapi di sisi lain akan menimbulkan masalah karena sebenarnya hanya ada satu program yang dapat berjalan pada satuan waktu yang sama.Akan banyak proses yang terpengaruh hanya akibat adanya gangguan pada satu program.

Sebagai contoh saja apabila sebuah harddisk menjadi sebuah sumberdaya yang dibutuhkan oleh berbagai macam program yang dijalankan, maka bisa-bisa terjadi kerusakan harddisk akibat suhu yang terlalu panas akibat terjadinya sebuah situasi kemacetan penggunaan sumber daya secara bersamaan akibat begitu banyak program yang mengirimkan request akan penggunaan harddisk tersebut.

Di sinilah proteksi perangkat keras berperan. Sistem Operasi yang baik harus menyediakan proteksi yang maksimal, sehingga apabila ada satu program yang tidak bekerja maka tidak akan menggangu kinerja Sistem Operasi tersebut maupun program-program yang sedang berjalan lainnya.

Tidak ada suatu ketentuan khusus tentang bagaimana seharusnya struktur sistem sebuah komputer. Para ahli serta perancang arsitektur komputer memiliki pandangannya masing-masing. Akan tetapi, untuk mempermudah pemahaman rincian dari sistem operasi di bab-bab berikutnya, kita perlu memiliki pengetahuan umum tentang struktur sistem komputer.

                GPU = Graphics Processing Unit; AGP = Accelerated Graphics Port; HDD =                     Hard Disk Drive;
                FDD = Floppy Disk Drive;
                FSB = Front Side Bus;
                USB = Universal Serial Bus;
                PCI = Peripheral Component Interconnect;
                RTC = Real Time Clock;
                PATA = Pararel Advanced Technology Attachment; SATA = Serial Advanced                    Technology Attachment; ISA = Industry Standard Architecture;
                IDE = Intelligent Drive Electronics/Integrated Drive Electronics;
                MCA = Micro Channel Architecture;

                PS/2 = Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke PC;

       Prosesor

Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah perangkat pengendali yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya, setiap device controller bertanggung-jawab atas sebuah hardware spesifik. Setiapdevice dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

       Penyimpan Data

Dasar susunan media penyimpanan ialah kecepatan, biaya, sifat volatilitas. Caching menyalin informasi ke media penyimpanan yang lebih cepat; Memori utama dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk media penyimpanan sekunder. Menggunakan memori berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir. Dibutuhkan cache management policy. Cache juga memperkenalkan tingkat lain di hirarki penyimpanan. Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level agar tetap konsisten.

Gambar3.1. Penyimpanan Hirarkis

Register

Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di prosesor yang berkecepatan  sangat  tinggi.  Register  ini  berada  di  dalam  prosesor  dengan  jumlah  yang  sangat terbatas karena fungsinya sebagai tempat perhitungan/komputasi data.

          Cache Memory

Tempat penyimpanan sementara (volatile) sejumlah kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh prosesor yang berkecepatan tinggi. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan dapat ditambahkan. Misalnya pipeline burst cache yang biasa ada di komputer awal tahun 90-an. Akan tetapi seiring menurunnya biaya produksidie atau wafer dan untuk meningkatkan kinerja, cache ditanamkan di prosesor. Memori ini biasanya dibuat berdasarkan desain memori statik.

          Random Access Memory

Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung oleh prosesor. Pengertian langsung disini berarti prosesor dapat mengetahui alamat data yang ada di memori secara langsung. Sekarang, RAM dapat diperoleh dengan harga yang cukup murah dangan kinerja yang bahkan dapat melewati cache pada komputer yang lebih lama.

          Memori Ekstensi

Tambahan  memori  yang  digunakan  untuk  membantu  proses-proses  dalam  komputer,  biasanya berupa buffer. Peranantambahan memori ini sering dilupakan akan tetapi sangat penting artinya untuk efisiensi. Biasanya tambahan memori ini memberi gambaran kasar kemampuan dari perangkat tersebut, sebagai contoh misalnya jumlah memori VGA, memori soundcard.

          Direct Memory Access

Perangkat DMA digunakan agar perangkat M/K (I/O device) yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi bus memori). Perangkat pengendali memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor. Interupsi hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte data. Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA Controller (DMAC). DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori dan I/O device. Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data, panjang data ke pengendali DMA. Interupsi pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai.  Hak  terhadap  penggunaan  bus  memory  yang  diperlukan  pengendali  DMA  didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa chipset Northbridge.

Media penyimpanan data yang non-volatile yang dapat berupa Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup besar dengan harga yang relatif murah. Portability-nya juga relatif lebih tinggi.

Pada  standar  arsitektur  sequential  komputer  ada  tiga  tingkatan  utama  penyimpanan:  primer, sekunder, and tersier. Memori tersier menyimpan data dalam jumlah yang besar (terabytes, atau 1012 bytes), tapi waktu yang dibutuhkan untuk mengakses data biasanya dalam hitungan menit sampai jam. Saat ini, memori tersiser membutuhkan instalasi yang besar berdasarkan/bergantung pada disk atau tapes. Memori tersier tidak butuh banyak operasi menulis tapi memori tersier tipikal-nya write ones atau read many. Meskipun per-megabites-nya pada harga terendah, memory tersier umumnya yang paling mahal, elemen tunggal pada modern supercomputer installations.

Ciri-ciri  lain:  non-volatile,  penyimpanan  off-line  ,  umumnya  dibangun  pada  removable  media contoh optical disk, flash memory.

EVOLUSI ARSITEKTUR KOMPUTER

          Sejarah komputer terus mengalami perkembangandari generasi ke generasi. Kami akan membahas sejarah itu secara singkat namun lengkap disini.Komputer, tentunya kita sudah tidak asing lagi dengan perangkat yang satu ini. Dari pertama kali dibuat, komputer telah mengalami perubahan dan perkembangan yang sangat pesat. Kini komputer bukan sekadar untuk olah kata dan data, komputer telah menjadi barang yang "serba bisa". Kita bermain game, mendengar musik, membuat animasi dan film, menyelesaikan tugas-tugas sekolah dan lain-lain, semuanya dapat diselesaikan dengan komputer. Sistem komputer di kassa supermarket yang dapat membaca kode barang belanjaan, pusat telepon yang menangani jutaan panggilan dan komunikasi, jaringan komputer dan internet yang menghubungkan berbagai tempat di dunia, semuanya menggunakan komputer. Agar tidak ketinggalan, maka kita harus mempelajari komputer sedini mungkin.

Sejarah Komputer dan Perkembangannya

              Tahukah Anda kapan komputer pertama kali dibuat? Dan bagaimana sejarah perkembangannya hingga menjadi komputer secanggih sekarang ini? Nah, pada kesempatan ini kami akan mengajak Anda untuk menengok kebelakang mengetahui bagaimana komputer pertama kali memulai sejarahnya. Kita akan sama-sama melihat komputer berevolusi mengikuti perkembangan zaman hingga mencapai bentuknya seperti sekarang ini, selamat membaca.

Sejarah Komputer Generasi I - V

              Asal-usul sejarah perkembangan komputer tak dapat lepas dari kebutuhan manusia untuk dapat mengetahui berapa hasil dari suatu perhitungan, mulai dari perhitungan yang sangat sederhana sampai dengan yang sangat rumit. Agar dapat memperoleh suatu informasi dengan tepat dan cepat, manusia selalu berusaha mencari dan menemukan suatu alat bantu hitung dan pengolah data yang lebih baik. Pada mulanya seluruh alat bantu hitung digerakkan secara manual dengan tenaga manusia (Periode Manual Tahun 1000 SM - 1641 M), kemudian alat bantu hitung berkembang menggunakan tenaga penggerak mekanik menggunakan roda bergigi yang digerakkan tangan (Periode Mekanis 1642-1885). Pada perkembangan selanjutnya, alat bantu hitung, mesin mekaniknya mulai menggunakan tenaga listrik (Periode Elektromekanis 1886 - 1945), dan pada perkembangan terakhir menggunakan sirkuit elektronik (Periode Elektronik 1946 - sekarang).

Pada Periode Elektronik inilah kita mulai memasuki generasi komputer. Berikut ini penjelasan masing-masing dari generasi komputer tersebut:

Komputer Generasi I

Sejarah komputer generasi pertama mulai hadir pada tahun 1946 - 1956, beberapa ciri utama dari generasi ini di antaranya:

Menggunakan tabung hampa udara (vacuum tubes) sebagai sirkuitnya.

Ukuran fisik komputer besar sehingga memerlukan ruangan yang luas serta memakai daya listrik yang besar.

Memiliki media penyimpanan luar berupa magnetik tape atau magnetik drum.

Hanya dapat dikendalikan oleh bahasa mesin (machine language) 

Adapun contoh komputer generasi pertama ini di antaranya:

ENIAC (Electronik Numerical Integrator and Computer)

ENIAC sejarah komputer

ENIAC (Electronik Numerical Integrator and Computer) yang dikembangkan tahun 1946 oleh John W. Mauchly dan J. Presper Eckert dari Universitas Pennsylvania merupakan First General Purpose Electronic Computer.

UNIVAC (Universal Automatic Computer)

UNIVAC sejarah komputer

UNIVAC (Universal Automatic Computer) sudah menggunakan pita magnetik sebagai media input dan outputnya. Merupakan komputer komersial pertama yang dipakai oleh Biro Sensus Amerika Serikat untuk digunakan dalam menghitung sensus penduduk dan sebagai komputer pertama yang dibuat untuk tujuan aplikasi bisnis.

IBM 701 dan IBM650

IBM 701 sejarah komputer

IBM 701 dan IBM650 yang sudah merupakan komputer komersial berukuran besar. Sudah menggunakan magnetik drum untuk media penyimpanan luarnya.

Komputer Generasi II

Sejarah komputer generasi kedua mulai populer pada awal tahun 1960-an. Beberapa ciri utama dari generasi ini di antaranya: 

Sudah menggunakan transistor untuk sirkuitnya. Transistor dikembangkan di Bell Laboratories tahun 1947.

Lebih kecil, cepat, dapat diandalkan, dan hemat energi dibanding generasi komputer pertama.

Menggunakan bahasa assembly yang terdiri dari singkatan-singkatan untuk menggantikan kode biner

Contoh komputer generasi kedua yang dikembangkan saat itu adalah IBM 1401.Sejak tahun 1965, sebagian besar bisnis-bisnis besar menggunakan komputer generasi ini untuk mengolah informasi keuangan.

IBM 1401 sejarah komputer

Komputer Generasi III

Adapun contoh komputer generasi ketiga ini di antaranya:

IBM S/360

IBM S/360 sejarah komputer

IBM S/360 yang dirancang untuk bisnis dan teknik.

GE 600 dan GE 235 

GE 235 sejarah komputer

General Electric mengeluarkan GE 600 dan GE 235.

NCR Century

NCR Century sejarah komputer

National Cash Register mengeluarkan NCR seri Century

Komputer Generasi IV 

Sejarah komputer genarasi keempat (1971), beberapa ciri utama dari generasi ini di antaranya:

Mulai dikembangkan komputer micro yang menggunakan prosesor dengan general purpose microprocessor yang dikembangkan oleh Intel (Intel 8080)

Mulai digunakannya LSI (Large Scale Intergartion) yang merupakan pemadatan beribu-ribu IC (Integrated Circuit) dalam sebuah chip. Kemudian dikembangkan menjadi VLSI (Very Large Scale Integration). 

Pada generasi ini hampir sebagian besar komputer telah menggunakan sistem operasi dengan konsep GUI (Grapihical User Interface). Seperti sistem operasi Microsoft Windows buatan Microsoft Corp.

Adapun contoh komputer generasi keempat ini di antaranya:

Apple II

Apple II sejarah komputer

Apple II yang dikembangkan oleh Steven Jobs dan Steve Wozniak. Gambar di atas komputer Apple II karya Steven Job dan Steve Wozniak.

IBM PC

IBM PC sejarah komputer

IBM PC dengan kompatibelnya yang diproduksi massal oleh berbagai perusahaan sehingga komputer micro memasyarakat hingga saat ini. IBM PC terus berkembang mulai dari IBM PC/XT, IBM PC/AT, IBM PC/386, IBM PC/486 menggunakan microprocessor intel 8088, 80286, 80386, 80486, selanjutnya menjadi seri Intel Pentium. Yang memproduksi microprocessor selain perusahaan Intel, ada juga perusahaan AMD (Advanced Micro Devices).

Komputer Generasi V

Sejarah komputer generasi V dikembangkan sejak tahun 1985, beberapa ciri utama dari generasi ini di antaranya:

Di Jepang didirikan ICOT (Institute for new Computer Technology) untuk mengembangkan komputer generasi kelima, yaitu menciptakan komputer yang powerfull dan intelligent.

Dikembangkannya sistem komputer yang memiliki unsur artificial intelligence yang dapat mengerjakan tugas dengan karakteristik seperti manusia (intelligent, imagination, dan intuition) dengan natural language (bahasa sehari-hari).

Tokoh Perkembangan Komputer

Dalam sejarah perkembangan komputer, deretan tokoh berikut ini adalah mereka yang berjasa dalam pengembangan tersebut. Di antaranya adalah Charles Babbage, Ada Augusta Byron, Herman Hollerith, Thomas Watson, Bob Noyse dan Gordon Moore, Steven Jobs dan Steve Wozniak, Bill Gates dan Paul Allen, Richard Stallman, Linus Torvalds. Berikut ini kita akan melihat seperti apa jasa para tokoh tersebut:

Charles Babbage

Seorang penemu dan ahli matematik yang lahir di Inggris tahun 1791. Berhasil membuat model mesin yang dinamakan Difference Engine dan merancang Analytical Engine. Di kenal dengan sebuatan Bapak Komputer Modern (Father of the Modern Computer) karena dalam rancangannya Analytical Engine mempunyai lima unsur yang terdapat pada komputer modern, yaitu:

Alat masukan (input device).

Tempat penyimpanan data yang akan diproses.

Alat pemrosesan.

Unit pengontrol pengolahan

Alat keluaran (output device) 

Ada Augusta Byron

Dikenal sebagai programmer pertama (First Computer Programmer) karena membantu mengembangkan instruksi untuk menjalankan Analytical Engine.

Herman Hollerith

Tahun 1886 membuat Tabulating Machine yang digunakan untuk menghitung hasil sensus penduduk Amerika Serikat di tahun 1890 dengan cepat. Tahun 1896 mendirikan Tabulating Machine Company dan tahun 1924 melakukan merger dengan dua perusahaan lain dan membentuk International Business Machines Corporation - IBM Co.

Thomas Watson

Pada tahun 1924 – 1956, memimpin International Business Machines (IBM) dan berhasil membawa IBM mendominasi pasar sebagai pemasok mesin pengolah data dan mulai menjadi pengembang komputer ternama. Sejak tahun 1981, IBM memasuki bisnis komputer mikro dengan memperkenalkan IBM PC.

Bob Noyce dan Gordon Moore

Tahun 1968 mendirikan Intel dan tahun 1971 memperkenalkan microprocessor pertama (4004).

Steven Jobs dan Steve Wozniak

Tahun 1976 memperkenalkan Apple I, yaitu komputer pertama dengan keyboard dan layar. Membentuk perusahaan Apple Computer Inc. dan mengembangkan Apple II. Perusahaan Apple pertama kali mengembangkan penggunaan mouse pada personal computer-nya di tahun 1983.

Bill Gates dan Paul Allen

Sebagai pendiri perusahaan Microsoft. Tahun 1980 IBM memilih Microsoft untuk mengembangkan sistem operasi bagi IBM PC dan hasilnya adalah sistem operasi yang dikenal dengan nama MS-DOS. Tahun 1990 perusahaan Microsoft mendominasi pasar perangkat lunak (software) dengan semakin luasnya penggunaan sistem operasi Microsoft Windows dengan berbagai program aplikasi untuk keperluan bisnis, teknik, pendidikan, dan pribadi.

Richard Stallman

Tahun 1984 mengawali proyek GNU (GNU’s Not Unix), yaitu sistem operasi mirip Unix yang bersifat free software. Tahun 1985 mendirikan lembaga Free Software Foundation yang mensponsori pengembangan free software.

Linus Torvalds

Tahun 1991 mengembangkan sistem operasi Linux yang kemudian disebarluaskan secara Open Source. Sistem operasi Linux banyak diaplikasikan untuk server pada sistem jaringan.

EVOLUSI ARSITEKTUR

1950 -1960                             : Arsitektur computer adalah suatu Komputer aritmatik atau biasa disebut juga kalkulator.komputer ini dibuat untuk menghitung persamaan matematis pada masa peperangan pada saat itu.

1970 – pertengahan1980         : Arsitektur computer adalah suatu desain instruksi untuk suatu Kompiler

1990                                        : Arsitektur computer adalah suatu bentuk desain CPU, system memori,system I/O, multiprosesor dan network computer

2010                                        : Arsitektur komputer: suatu system yang dapat beradaptasi sendiri, struktur yang dapat mengorganisasikan sendiri, system DNA.

Klasifikasi Arsitektur

Pada komputer terdapat berbagai klasifikasinya dalam hal appaun. Setiap komputer tentunya memilik klasifikasi masing-masing. Disini membahas mengenai klasifikasi arsitekturnya menurut Von Neumann dan Non Von Neumann.

Kriteria mesin Von Neumann :

1. Mempunyai subsistem hardware dasar yaitu sebuah CPU, sebuah memori dan sebuah I/Osistem

2. Merupakan stored-program computer

3. Menjalankan instruksi secara berurutan

4. Mempunyai jalur (path) bus antara memori dan CPU

Pada tahun 1966, Flyyn mengklasifikasikan arsitektur komputer berdasarkan sifatnya yaitu :

1. Jumlah prosesor

2. Jumlah program yang dapat dijalankan

3. Struktur memori

Menurut Flyyn ada 4 klasifikasi komputer :

SISD (Single Instruction Stream, Single Data Stream)

Satu CPU yang mengeksekusi instruksi satu persatu dan menjemput atau menyimpan data satu persatu.

SIMD (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream)

Satu unit kontrol yang mengeksekusi aliran tunggal instruksi, tetapi lebih dari satu Elemen Pemroses

MISD (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream)

Mengeksekusi beberapa program yang berbeda terhadap data yang sama.

Adadua kategori:

– Mesin dengan Unit pemroses berbeda dengan instruksi yang berbeda dengan data yang sama (sampai sekarang tidak ada mesin yang seperti ini)

– Mesin, dimana data akan mengalir ke elemen pemroses serial

4. MIMD (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream

Juga disebut multiprocessors, dimana lebih dari satu proses dapat dieksekusi berikut terhadap dengan datanya masing-masing,