Arsitektur Komputer

 Pengertian Arsitektur Komputer 

 

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 memoru cache, RAM, ROM, cakram keras dll). Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur Von Naumann CISC, RISC, blue gene dll.

Arsitektur komputer juga 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.

Arsitektur komputer ini paling tidak mengandung 3 sub-kategori:

·  Set Instruksi (ISA)

·  Arsitektur mikro dari ISA, dan

·  Sistem desain dari seluruh komponen dalam perangkat keras komputer ini.

Arsitektur komputer merupakan suatu hal yang sangat penting karena dapat memberikan berbagai atribut pada sistem komputer, hal ini tentunya sangat dibutuhkan bagi perancang  atau user software sistem dalam mengembangkan suatu program.

Klasifikasi Arsitektur Komputer : 

Arsitektur Von Neumann 

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

Pada perkembangan komputer modern, setiap prosesor terdiri dari atas :

1. Arithmetic and Logic Unit  (ALU)

Arithmatic and Logic Unit atau Unit Aritmetika dan Logika berfungsi untuk melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) dan logika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU menjalankan operasi penambahan,  pengurangan, dan operasi-operasi sederhana lainnya pada input-inputnya dan memberikan hasilnya pada register output.

1. Register.

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang  mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang  digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang  sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggugiliran untukdiproses masihdisimpan yang menunggugiliran untukdiproses masihdisimpan di dalam memori utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya.

1. Control Unit

Control Unit atau Unit Kontrol berfungsi untuk mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Unit kendali akan mengatur kapan alat input  menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program. Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari alat input ke memori utama dan mengambil data dari memori utama untuk diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau  perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim  instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data  dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk  disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.

1. Bus

Bus adalah sekelompok lintasan sinyal yang digunakan untuk menggerakkan bit-bit informasi dari satu tempat ke tempat lain, dikelompokkan menurut fungsinya Standar bus dari suatu sistem komputer adalah bus alamat (address bus), bus data (data bus) dan bus kontrol (control bus). Komputer menggunakan suatu bus atau saluran bus sebagaimana kendaraan bus yang mengangkut penumpang dari satu tempat ke tempat lain, maka bus komputer mengangkut data. Bus komputer menghubungkan CPU pada RAM dan periferal. Semua komputer menggunakan saluran busnya untuk maksud yang sama.

Ukuran kecepatan prosesor adalah:

Hertz, yaitu jumlah clock atau ketukan prosesor tiap satu detik. Untuk prosesor modern memakai satuan
Megahertz atau Gigahertz.

MIPS, singkatan dari Million Instruction Per Second, yaitu jumlah instruksi dalam juta tiap satu detik.
Flops, singkatan dari Floating Point per Second, yaitu jumlah perhitungan floating point tiap satu detik.
Floating point adalah metode untuk menuliskan bilangan dengan mantisa, contoh: 3 x 10-5.
Fractions of a second, yaitu waktu eksekusi relatif dari suatu instruksi pada sistem komputer.

Jenis bus yang telah didukung oleh sistem komputer saat ini adalah:
 

ISA, singkatan dari Industry Standard Architecture, merupakan jenis bus standar pertama yang digunakan industri. Bus ISA beroperasi pada kecepatan 8.33 MHz. Versi perkembangan dari ISA adalah
EISA (Extended ISA).
PCI, singkatan dari Peripheral Component Interconnect bus, merupakan jenis bus yang dikembangkan dan dipatenkan oleh Intel pada tahun 1990. Versi pertama PCI beroperasi pada kecepatan 33 MHz
dengan bandwidth 133 MB/dtk. PCI 2.0 diperkenalkan tahun 1993 dan PCI 2.1 tahun 1995 dengan bandwidth 528 MB/dtk.
AGP, singkatan dari Accelerator Graphic Port, merupakan bus hasil perkembangan dari PCI yang dikhususkan untuk pemrosesan data grafik dan video.
USB, singkatan dari Universal Serial Bus, pada awalnya dikembangkan secara bersama-sama oleh tujuh perusahaan, yaitu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom. Saat ini USB telah
menjadi standar yang digunakan secara luas dalam Personal Computer

Arsitektur & Organisasi Komputer (Multiprocessor)

MULTIPROCESSOR

1. Pengertian

Multiprocessor adalah sistem komputer dengan dua atau lebih CPU identik yang membagi akses secara penuh kepada common RAM (Shared Memory MultiProcessor).

Pengertian lainnya multiprocessing dalam teknologi informasi adalah :

1.  Dukungan sebuah sistem untuk mendukung lebih dari satu processor dan mengalokasikan tugas kepada prosesor-prosesor tersebut.

2.  Kemampuan esksekusi terhadap beberapa proses perangkat lunak  dalam sebuah sistem secara serentak. 

 Beberapa proses terpisah dialokasikan di dalam memory. Ruang alamat proses terdiri dari halaman – halaman sehingga hanya sebagian saja dari proses tersebut yang berada dalam memory pada satu waktu. Hal ini memungkinkan banyak prosesdapat aktif.

Sistem multiprosesor yakni :

ü  Terlihat bahwa memori dibagi secara merata ke semua prosesor

ü  Semua prosesor mempunyai waktu akses yang sama ke semua word memori

ü  Setiap prosesor menggunakan private cache

2. Kelebihan Multiprocessor

a.         Peningkatan throughput, karena lebih banyak proses/thread yang berjalan dalam satu waktu sekaligus (jika proses yang antri di ready queue sedikit). Perlu diingat hal ini tidak berarti daya komputasinya menjadi meningkat sejumlah prosesornya. Yang meningkat adalah jumlah pekerjaan yang bisa dilakukannya dalam waktu tertentu.

b.    Economy of sale (ekonomis), ekonomis dalam devices yang dibagi bersama-sama. Prosesor-prosesor terdapat dalam satu komputer dan dapat membagi peripheral (ekonomis) seperti disk dan catu daya listrik.

c.    Peningkatan kehandalan (reliabilitas), jika satu prosesor mengalami suatu gangguan, maka proses yang terjadi masih dapat berjalan dengan baik karena tugas prosesor yang terganggu diambil alih oleh prosesor lain. Hal ini dikenal dengan istilah Graceful Degradation. Sistemnya sendiri dikenal bersifat fault tolerant atau failoft system.

3. Jenis – jenis Multiprocessor Multiprocessing dapat dibagi ke dalam beberapa kelas, yakni:

Berdasarkan simetrinya, multiprocessing dapat dibagi ke dalam

ü Asymmetric Multiprocessing (AMP)

Pendekatan pertama untuk Multiprocessor Scheduling adalah asymmetric multiprocessingScheduling atau biasa disebut juga sebagai penjadwalan Master Slave MultiProcessor. Dimana pada metode ini satu prosesor bertindak sebagai master dan prosesor lainnya sebagai slave. Master Processor bertugas untuk menjadualkan dan mengalokasikan proses yang akan dijalankan oleh Slave Processors. Master Processor melakukan pekerjaan yang berhubungan dengan System, Slave Processor melayani user requests dalam pengeksekusian program. Pemrosesan yang banyak tidak menyebabkan penurunan performance.

Metode ini sederhana karena hanya satu prosesor yang mengakses struktur data sistem dan juga mengurangi data sharing. Sebagai contoh, prosesor master memilih proses yang akan dieksekusi, kemudian mencari prosesor yang available, dan memberikan instruksi start processor. Prosesor slave memulai eksekusi pada lokasi memori yang dituju. Saat slave mengalami sebuah kondisi tertentu, prosesor slave memberi interupsi kepada prosesor master dan berhenti untuk menunggu perintah selanjutnya. Perlu diketahui bahwa prosesor slave yang berbeda dapat ditujukan untuk suatu proses yang sama pada waktu yang berbeda. Master processor dapat mengeksekusi OS dan menangani I/O, sedangkan sisanya processor tidak punya kemampuan I/O dan disebut sebagai Attached Processor (Aps). APs mengeksekusi kodekode user dibawah pengawasan master processor.

ü Symmetric Multiprocessing (SMP)

Pada Komputer stand alone dengan karakteristik berikut (William Stallings):

•           Dua atau lebih processor yang sama dengan kapasitas yang sebanding

•           Processor membagi I/O dan memory yang sama

•           Processor terkoneksi oleh bus atau koneksi internal lainya

•           Waktu akses moemory kira-kira sama pada setiap processor

•           Seluruh processor membagi akses I/O baik pada chanel yang sama maupun berbeda dengan memberikan path ke device yang sama

•           Seluruh Processor mengerjakan fungsi yang sama (hence symetric)

•           Sistem dikontrol oleh OS yang terintegrasi menyediakan interaksi antara processor atau interaksi terjadi pada job, task, file, data pada level-level elemen.

•           SMP merupakan Tightly Coupled System

•           Mempunyai lebih dari satu prosesor

•           Dapat berkomunikasi

•           Membagi bus, clock, perangkat memory, dan peripheral.

•           Setiap prosesor menjalankan sistem operasi yang identik dan komunikasi antar prosesor jika diperlukan

Penjadwalan SMP adalah pendekatan kedua untuk Multiprocessor Scheduling. Pada metode ini setiap prosesor menjadwalkan dirinya sendiri (self scheduling). Penjadwalan terlaksana dengan menjadwalkan setiap prosesor untuk memeriksa antrian ready dan memilih suatu proses untuk dieksekusi. Jika suatu sistem Multiprocessor Scheduling mencoba untuk mengakses dan mengupdate suatu struktur data, penjadwal dari prosesor-prosesor tersebut harus diprogram dengan hati-hati, kita harus yakin bahwa dua prosesor tidak memilih proses yang sama dan proses tersebut tidak hilang dari antrian. Secara virtual, semua sistem operasi modern mendukung SMP, termasuk Windows XP, Windows 2000, Windows Vista, Solaris, Linux, Mac OS X, OS/2 Warp Server 4.0 , OS/2 for SMP 2.11, Windows NT 4.0 , Novell NetWare 4.1 SMP, Novell UnixWare SMP 2.0 , SCO Open Server 5.0 with SCO MPX 3.0 , Banyan Vines , Symbian OS (Mobile Device)

Permasalahan pada Multiprocessor Scheduling

1)   Load sharing : dapat terjadi apabila proses yang jalan di satu prosesor overload sehingga sebagian proses berpindah ke prosesor yang lain

2)   Time Sharing : masing – masing proses akan dijalankan bila terdapat CPU yang telah menyelesaikan job nya

3)   Space Sharing: multiple threads dalam waktu yang sama masuk ke multiple CPUs

4)   Gang scheduling: semua thread berasal dari proses yang running pada suatu waktu

ü Non-uniform memory access (NUMA) multiprocessing

Non-Uniform Memory Access atau Non-Uniform Memory Arsitektur (NUMA) adalah memori komputer Rancangan yang digunakan dalam multiprocessors , dimana waktu akses memori tergantung pada lokasi memori relatif terhadap prosesor. Under NUMA, Dalam NUMA, prosesor atau NUMA multiprocessor adalah sebuah sistem shared memory dimana waktu aksesnya bervariasi ke lokasi memori word.

 Sumber : http://sumub-lor.blogspot.com/2014/01/arsitektur-sistem-komputer-van-noumann_13.html

      http://diannovitaunindra.blogspot.com/2013/06/informasi-tagihan-internet-pt-telekom.html