ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER: CACHE MEMORY

        Pada sebuah komputer terdapat tiga komponen utama yang harus ada. Komponen-komponen tersebut adalah CPU, Memory, dan Input-Output. Jika ketiga komponen tersebut sudah terpenuhi maka sudah dapat disebut komputer.

Dalam dunia komputasi, memori adalah salah satu elemen penting yang memungkinkan komputer untuk menyimpan dan mengakses data dengan cepat dan efisien. Salah satu konsep yang sangat penting dalam manajemen memori adalah cache memori. Cache memori adalah jenis memori khusus yang berfungsi sebagai perantara antara prosesor (CPU) dan memori utama. Dengan kata lain, cache memori digunakan untuk menyimpan salinan data yang sering diakses oleh CPU, sehingga mempercepat proses akses data. Dalam artikel ini, kita akan membahas karakteristik utama sistem memori komputer, hierarki memori, serta peran dan fungsi cache memori.

 

Karakteristik Utama Sistem Memori Komputer

Sebelum kita membahas tentang cache memori, penting untuk memahami karakteristik utama dari sistem memori komputer secara umum. Berikut adalah beberapa karakteristik utama dari sistem memori komputer:

·     Lokasi Memori

Memori dapat berlokasi secara internal atau eksternal. Memori internal yang mencakup register prosesor (berada di dalam prosesor), cache, dan memori utama. Sementara itu, memori eksternal melibatkan media penyimpanan tambahan seperti disk optik, disk magnetik, dan pita yang dapat diakses oleh prosesor melalui pengontrol I/O.

·     Kapasitas Memori

Kapasitas memori diukur dalam jumlah kata (word) atau byte. Dimana 1 byte sama dengan 8 bit dan 1  kata sama dengan  16 bit atau 32 bit. Ini menentukan seberapa banyak data yang dapat disimpan oleh sistem.

·     Unit Transfer

Data dalam memori dapat ditransfer dalam bentuk kata (word) atau blok (block). Ini merujuk pada ukuran minimum data yang dapat dipindahkan dalam satu operasi transfer. Untuk memori internal, unit transfer sama dengan jumlah jalur listrik masuk dan keluar dari modul memori.

·     Metode Akses

Metode akses unit data memori merupakan konsep kunci dalam manajemen memori komputer yang memungkinkan sistem untuk mengambil dan menyimpan informasi dengan berbagai cara. Ada berbagai metode akses untuk mengakses unit data, termasuk akses secara berurutan, langsung, acak, dan pengelompokan. Setiap metode memiliki karakteristik dan kegunaannya sendiri.

Pertama, metode akses secara berurutan (Sequential access) mengacu pada pengorganisasian memori ke dalam unit data yang disebut rekaman. Pengambilan data harus dilakukan dalam urutan linear tertentu sesuai dengan susunan rekaman. Waktu akses dalam metode ini cenderung bervariasi tergantung pada posisi relatif data dalam rekaman.

Kedua, metode akses secara langsung (Direct access) melibatkan mekanisme baca-tulis bersama di mana setiap blok (block) atau rekaman memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya. Ini berarti CPU dapat langsung mengakses blok atau rekaman tertentu tanpa harus melalui urutan linier. Namun, waktu akses dalam akses langsung juga cenderung bervariasi tergantung pada lokasi fisik blok atau rekaman yang diminta.

Ketiga, metode akses secara acak (Random access) mengacu pada mekanisme di mana setiap lokasi dalam memori memiliki alamat unik secara fisik. Waktu akses untuk mengambil data dari lokasi tertentu dalam memori tidak dipengaruhi oleh urutan akses sebelumnya dan tetap konstan. Hal ini memungkinkan sistem untuk memilih dan mengakses lokasi memori secara acak dan langsung tanpa perlu mengikuti urutan tertentu.

Keempat, metode akses secara pengelompokan (Associative) memungkinkan pengambilan kata-kata (words) berdasarkan sebagian isi daripada alamatnya. Setiap lokasi dalam memori memiliki mekanisme pengalamatan sendiri, dan waktu pengambilan konstan independen dari lokasi atau pola akses sebelumnya. Cache memori sering menggunakan akses asosiatif untuk menyimpan dan mengambil data dengan efisien.

·     Kinerja Memori

Kinerja memori adalah faktor kunci dalam menentukan efisiensi dan kecepatan operasi sistem komputer. Kinerja memori dinyatakan dalam berbagai parameter seperti waktu akses (latensi), siklus waktu memori, dan tingkat transfer.

Pertama, waktu akses (latensi) merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan operasi baca atau tulis pada memori. Untuk memori akses acak (RAM), latensi adalah waktu yang dibutuhkan untuk menemukan dan mengambil data yang diminta. Sedangkan untuk memori non-akses acak (bukan RAM), latensi adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengatur mekanisme baca-tulis pada lokasi yang diinginkan.

Kedua, siklus waktu memori merupakan waktu total yang diperlukan untuk satu siklus operasi memori. Ini terdiri dari waktu akses ditambah dengan waktu tambahan yang diperlukan sebelum akses kedua dapat dimulai. Waktu tambahan ini mungkin diperlukan untuk mengatasi transien pada jalur sinyal atau untuk meregenerasi data jika dibaca secara merusak. Siklus waktu memori berkaitan dengan bus sistem, yang merupakan jalur komunikasi antara komponen-komponen dalam sistem komputer.

Ketiga, tingkat transfer adalah tingkat dimana data dapat ditransfer masuk atau keluar dari unit memori. Tingkat transfer ini penting untuk menentukan seberapa cepat data dapat diproses oleh sistem. Untuk memori akses acak (RAM), tingkat transfer juga terkait dengan siklus waktu memori, di mana tingkat transfer akan dipengaruhi oleh kecepatan siklus operasi memori.

Ketiga parameter ini digunakan untuk mengukur seberapa cepat dan efisien sistem memori dapat mengakses dan mentransfer data. Dengan memahami dan mengoptimalkan ketiga parameter ini, pengembang sistem dapat meningkatkan kinerja memori dan secara keseluruhan meningkatkan kinerja sistem komputer secara keseluruhan.

·     Tipe Fisik Memori

Memori komputer dapat berupa semikonduktor, magnetik, optik, atau magneto-optik. Pertama, memori semikonduktor adalah memori yang menggunakan material semikonduktor seperti silikon untuk menyimpan dan mengakses data. Kedua, memori permukaan magnetik adalah memori yang menggunakan media magnetik seperti hard disk drive (HDD) untuk menyimpan data. Ketiga, memori optik menggunakan cahaya untuk menyimpan dan mengakses data. Keempat, memori magneto-optik merupakan gabungan antara teknologi magnetik dan optik. Media memori magneto-optik menggunakan bahan yang dapat diubah secara magnetik dengan bantuan sinar laser. Setiap tipe memori memiliki karakteristik fisik yang berbeda.

·     Karakteristik Fisik Memori

Karakteristik fisik memori memainkan peran penting dalam menentukan keandalan dan kegunaan dari sistem penyimpanan data. Karakteristik fisik memori mencakup sifat-sifat seperti apakah data akan hilang saat daya dimatikan dan keerasan apakah data dapat dihapus atau tidak. Beberapa karakteristik fisik yang perlu diperhatikan dalam memilih jenis memori antara lain:

Pertama, memori volatile, yang cenderung mengalami degradasi atau kehilangan informasi saat daya listrik dimatikan.

Kedua, memori non-volatile, yaitu memori yang di mana informasi yang direkam tetap utuh tanpa adanya daya listrik dan tidak memerlukan energi tambahan untuk mempertahankan informasi tersebut.

Ketiga, memori permukaan magnetik, merupakan jenis memori yang tidak mudah kehilangan informasi. Sifat non-volatile memori ini membuatnya menjadi pilihan yang umum dalam sistem penyimpanan jangka panjang seperti hard disk.

Keempat, memori semikonduktor, yang dapat bersifat volatile atau non-volatile tergantung pada jenisnya. Memori semikonduktor juga memiliki keuntungan dalam hal kecepatan akses dan daya, membuatnya menjadi pilihan yang populer untuk aplikasi yang membutuhkan kinerja tinggi.

Kelima, memori yang tidak dapat dihapus, merupakan jenis memori yang tidak dapat diubah, kecuali dengan menghancurkan unit penyimpanannya. Jenis memori semikonduktor ini dikenal sebagai memori hanya baca (ROM).

·     Organisasi Memori

Organisasi memori adalah aspek kunci dalam desain dan manajemen sistem memori komputer yang mempengaruhi kinerja dan efisiensi keseluruhan. Organisasi memori melibatkan struktur fisik dan pengaturan bit dalam modul memori, terutama dalam konteks memori akses acak.

Satu komponen penting dalam organisasi memori adalah modul memori, yang merupakan unit dasar penyimpanan data. Modul memori ini dapat berupa berbagai jenis, seperti chip memori pada modul RAM atau sektor-sektor pada media penyimpanan non-volatile seperti hard disk.

Untuk memori akses acak, organisasi memori menjadi masalah desain kunci. Organisasi ini mengacu pada susunan fisik bit untuk membentuk kata (word), yang merupakan unit data yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Struktur organisasi ini memengaruhi waktu akses dan efisiensi operasi memori secara keseluruhan.

 

Hierarki Memori

Hierarki memori adalah konsep penting dalam desain sistem komputer yang mengatur dan mengelola berbagai tingkat memori dengan berbagai karakteristik kinerja dan biaya. Kendala desain pada memori komputer sering kali dapat disimpulkan dengan tiga pertanyaan kunci: berapa banyak memori yang diperlukan, seberapa cepat akses yang diinginkan, dan seberapa mahal memori tersebut.

Trade-off antara kapasitas, waktu akses, dan biaya menjadi fokus utama dalam hierarki memori. Semakin cepat waktu akses, biaya per bit akan semakin tinggi. Sebaliknya, semakin besar kapasitas memori, biaya per bit akan semakin kecil. Namun, peningkatan kapasitas seringkali berdampak pada peningkatan waktu akses, yang dapat mengurangi kinerja sistem secara keseluruhan.

Untuk mengatasi dilema ini, pendekatan yang diambil adalah menggunakan hierarki memori. Hierarki memori menggabungkan berbagai jenis memori dengan tingkat kinerja dan biaya yang berbeda ke dalam satu sistem. Dengan menggunakan hierarki memori, sistem komputer dapat mencapai keseimbangan optimal antara kinerja, kapasitas, dan biaya. Hierarki memori memungkinkan penggunaan sumber daya secara efisien, meningkatkan responsivitas sistem, dan menyediakan kapasitas penyimpanan yang memadai untuk berbagai jenis aplikasi dan beban kerja.

Berikut adalah konsep piramida memori:

Dalam konsep piramida memori, semakin tinggi posisi memori dalam piramida maka semakin kecil ukurannya dan semakin cepat kecepatan memori tersebut.

 

Peran Dan Fungsi Cache Memori

Cache memori adalah komponen penting dalam sistem komputer yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja dengan menyimpan data yang sering diakses secara berulang-ulang. Salah satu jenis cache yang umum adalah cache disk, di mana sebagian dari memori utama digunakan sebagai buffer untuk menahan data sementara yang akan dibaca ke disk.

Fungsi utama dari cache disk adalah untuk mempercepat akses data ke disk. Dengan menyimpan data yang sering diakses dalam cache, sistem dapat mengakses data tersebut dengan lebih cepat karena cache berada di antara CPU dan memori utama. Hal ini mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk membaca atau menulis data dari atau ke disk, yang pada gilirannya meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan. Selain itu, cache disk juga membantu mengoptimalkan penggunaan sumber daya dengan mengurangi jumlah transfer data kecil antara memori utama dan disk.

Dengan demikian, cache disk memberikan kontribusi yang signifikan dalam meningkatkan responsivitas sistem dan meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Dengan menyimpan data yang sering diakses dalam cache, sistem dapat menghemat waktu yang diperlukan untuk mengakses data dari penyimpanan utama, sehingga mempercepat operasi sistem secara keseluruhan.

Berikut adalah konsep cache dan memori utama:

·     Cache Tunggal

·     Organisasi Cache Tiga Tingkat

Semakin dekat letak cache memori dengan CPU maka semakin cepat kecepatan cache memori tersebut. Dan begitu juga sebaliknya, Semakin dekat letak cache memori dengan Memori utama maka semakin lambat kecepatan cache memori tersebut.

 

Kesimpulan

Jadi dapat disimpulkan bahwa Cache memory, sebagai konsep utama dalam manajemen memori, memfasilitasi akses cepat ke data yang sering diakses oleh CPU. Sebelum memahami cache memory, pemahaman akan karakteristik utama sistem memori, termasuk lokasi, kapasitas, metode akses, dan kinerja memori, diperlukan. Metode akses data memori, seperti akses sekuensial, langsung, acak, dan asosiatif, memiliki karakteristik dan kegunaan masing-masing. Dalam konteks hierarki memori, penting untuk menemukan keseimbangan antara kapasitas, waktu akses, dan biaya untuk meningkatkan efisiensi sistem komputer. Cache memory, terutama cache disk, berperan penting dalam meningkatkan responsivitas sistem dengan menyimpan data yang sering diakses oleh CPU. Dengan pemahaman yang mendalam tentang aspek-aspek tersebut, pengembang sistem dapat meningkatkan kinerja memori dan secara keseluruhan meningkatkan kinerja sistem komputer.

 

ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER: KOMPONEN DAN FUNGSI KOMPUTER

 

v  KOMPONEN KOMPUTER

Desain komputer kontemporer didasarkan pada konsep yang dikembangkan oleh John von Neumann di Institute for Advanced Studies Princeton. Desain tersebut disebut sebagai arsitektur von Neumann dan didasarkan pada tiga konsep utama:

1)    Data dan instruksi disimpan dalam satu memori baca-tulis tunggal.

2)    Isi memori ini dapat diakses berdasarkan lokasi, tanpa memperhatikan jenis data yang terkandung di sana.

3)  Eksekusi terjadi secara berurutan (kecuali dimodifikasi secara eksplisit) dari satu instruksi ke instruksi berikutnya.

 

v  HARDWIRED PROGRAM

Program terkabel adalah hasil dari proses menghubungkan berbagai komponen dalam konfigurasi yang diinginkan. Dalam konteks ini, konfigurasi tersebut mencakup pengaturan komponen-komponen perangkat keras secara fisik sehingga dapat menjalankan fungsi-fungsi tertentu sesuai dengan kebutuhan sistem. Proses ini menghasilkan program yang terstruktur secara kaku dan tidak dapat diubah tanpa mengubah konfigurasi perangkat keras secara fisik. Dengan demikian, program terkabel memungkinkan sistem untuk menjalankan tugas-tugas yang telah ditentukan secara efisien, tetapi kurang fleksibel dalam hal modifikasi atau penyesuaian yang cepat.

 

v  SOFTWARE

Perangkat lunak merupakan serangkaian kode atau instruksi yang vital dalam operasi sistem komputer. Dalam konteks ini, bagian dari perangkat keras bertanggung jawab atas interpretasi setiap instruksi yang diberikan dalam perangkat lunak dan kemudian menghasilkan sinyal kontrol yang sesuai. Pendekatan ini memungkinkan penggunaan kode baru untuk setiap program yang dibuat, tanpa perlunya mengubah konfigurasi perangkat keras secara fisik. Dengan demikian, fleksibilitas dan efisiensi dalam pengembangan dan implementasi program-program baru dapat ditingkatkan tanpa mengganggu integritas perangkat keras yang ada.

 

v  PEMROGRAMAN DALAM PERANGKAT KERAS (HARDWARE)

v  PEMROGRAMAN DALAM PERANGKAT LUNAK (SOFTWARE)

v  KOMPONEN UTAMA 

Komponen utama dari sistem komputer meliputi CPU, komponen input-output, dan memori.

Ø CPU

CPU (Central Processing Unit) berperan sebagai inti dari sistem yang menjalankan instruksi-instruksi yang diberikan ke dalam operasi yang diinginkan. CPU berisi fungsi-fungsi ALU (algoritma logic Unit).

Ø Komponen Input-Output

Komponen lain yang penting adalah komponen input-output, yang terdiri dari modul masukan (input) dan keluaran (output). Modul input berperan dalam menerima data dan instruksi dari pengguna atau sumber eksternal. Sebaliknya, modul output bertugas sebagai sarana untuk melaporkan hasil dari operasi yang dilakukan oleh sistem kepada pengguna atau perangkat eksternal lainnya.

Ø Memori

Terdapat berbagai jenis memori yang digunakan dalam sebuah komputer. Salah satu dari jenis memori tersebut adalah register. Register merupakan jenis memori yang sangat kecil dan sangat cepat yang ada di dalam CPU. Berikut adalah beberapa jenis register.

·       Memory address register (MAR)

Berfungsi untuk Menentukan alamat di memori untuk pembacaan atau penulisan selanjutnya.

·       Memory buffer register (MBR

Berisi data yang akan ditulis ke dalam memori atau menerima data yang dibaca dari memori.

·       I/O address register (I/OAR)

Berfungsi untuk menentukan perangkat I/O tertentu.

·       I/O buffer register (I/OBR)

Digunakan untuk pertukaran data antara modul I/O dan CPU.

 

v  SIKLUS INSTRUKSI

Dalam pemrosesan pada CPU diperlukan untuk satu instruksi yang disebut siklus instruksi.

Ø Intruksi Siklus Fetch (Ambil)

1) Pada awal setiap siklus instruksi, prosesor mengambil sebuah instruksi dari memori.

2) Penghitung program (PC) menyimpan alamat dari instruksi yang akan diambil selanjutnya.

3)  Prosesor menambahkan nilai PC setelah setiap pengambilan instruksi sehingga akan mengambil instruksi berikutnya secara berurutan.

4)    Instruksi yang diambil dimuat ke dalam register instruksi (IR).

5) Prosesor menginterpretasikan instruksi tersebut dan melakukan tindakan yang diperlukan.

 

Ø Intruksi Siklus Execute (Eksekusi)

Secara umum, tindakan yang diperlukan terbagi menjadi empat kategori:

1) Processor-memory: Data dapat dipindahkan dari prosesor ke memori atau dari memori ke prosesor.

2) Processor-I/O: Data dapat dipindahkan ke atau dari perangkat periferal dengan mentransfer antara prosesor dan modul I/O.

3) Pengolahan data: Prosesor dapat melakukan beberapa operasi aritmatika atau logika pada data.

4)    Kontrol: Sebuah instruksi dapat menentukan bahwa urutan eksekusi diubah. Eksekusi sebuah instruksi mungkin melibatkan kombinasi dari tindakan-tindakan ini.

v  DIAGRAM STATUS SIKLUS INSTRUKSI

 

v  INTERUPSI

Hampir semua komputer menyediakan mekanisme yang disebut sebagai Interrupt (Interupsi), di mana modul lain (I/O, memori) dapat mengganggu pemrosesan normal dari prosesor. Interupsi utamanya disediakan sebagai cara untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan.

Sebagai contoh, kebanyakan perangkat eksternal jauh lebih lambat daripada prosesor. Misalkan prosesor sedang mentransfer data ke printer menggunakan skema siklus instruksi. Setelah setiap operasi tulis, prosesor harus berhenti sejenak dan tetap tidak aktif sampai printer mengejar. Panjangnya jeda ini mungkin mencapai ratusan bahkan ribuan siklus instruksi yang tidak melibatkan memori. Jelas, ini adalah penggunaan prosesor yang sangat boros. Gambar berikut akan menggambarkan kondisi ini.

v  INTERUPSI DAN SIKLUS INSTRUKSI

Dalam konteks interupsi, prosesor dapat diinterupsi selama siklus instruksi normalnya dan beralih ke pemrosesan yang diperlukan untuk menangani interupsi tersebut. Setelah interupsi selesai ditangani, prosesor kembali ke siklus instruksi normalnya. Interupsi dan siklus instruksi bekerja bersama untuk memastikan bahwa prosesor dapat beroperasi secara efisien dan fleksibel dalam menangani berbagai tugas dan peristiwa yang terjadi di luar proses normalnya.

 

v  BEBERAPA INTERUPSI

Dalam beberapa kasus, beberapa interupsi (Multiple Interrupt) dapat terjadi. Sebagai contoh, sebuah program mungkin sedang menerima data dari jalur komunikasi dan mencetak hasilnya. Printer akan menghasilkan sebuah interupsi setiap kali selesai melakukan operasi pencetakan. Pengendali jalur komunikasi akan menghasilkan sebuah interupsi setiap kali sebuah unit data tiba. Unit tersebut dapat berupa satu karakter tunggal atau blok, tergantung pada sifat disiplin komunikasi. Dalam setiap kasus, dimungkinkan untuk sebuah interupsi komunikasi terjadi ketika sebuah interupsi printer sedang diproses.

Ada dua pendekatan yang dapat diambil untuk menangani beberapa interupsi:

1) Menonaktifkan interupsi ketika sebuah interupsi sedang diproses. Interupsi yang dinonaktifkan berarti bahwa prosesor dapat dan akan mengabaikan sinyal permintaan interupsi tersebut. Jika sebuah interupsi terjadi selama waktu ini, umumnya interupsi tersebut tetap tertunda dan akan diperiksa oleh prosesor setelah prosesor telah mengaktifkan kembali interupsi. Dengan demikian, ketika sebuah program pengguna sedang dieksekusi dan sebuah interupsi terjadi, interupsi dinonaktifkan secara langsung. Setelah rutin penanganan interupsi selesai, interupsi diaktifkan sebelum melanjutkan program pengguna, dan prosesor memeriksa apakah interupsi tambahan telah terjadi.

 

2) Menentukan prioritas untuk interupsi dan memungkinkan sebuah interupsi dengan prioritas lebih tinggi untuk menyebabkan penanganan interupsi dengan prioritas lebih rendah terganggu.

 

 

 

 

ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER: EVOLUSI DAN KINERJA KOMPUTER

 

v  KOMPUTER GENERASI PERTAMA : TABUNG VAKUM (1945 – 1955)

 

Ø ENIAC

ENIAC adalah singkatan dari Electronic Numerical Integrator and Computer yaitu komputer pertama. ENIAC dibuat oleh J. Presper Eckert dan John Mauchly di University of Pennsylvania. Proyek pembuatan ENIAC dimulai pada tahun 1943 dan selesai pada tahun 1946, meskipun sayangnya terlambat untuk digunakan dalam upaya perang. Meskipun begitu, ENIAC tetap digunakan hingga tahun 1955.

Dikenal sebagai komputer pertama yang memanfaatkan desimal (bukan biner), ENIAC memiliki 20 akumulator yang masing-masing dapat menampung 10 digit desimal. Pengoperasiannya dilakukan secara manual dengan menggunakan switch, dan komputer ini menggunakan sekitar 18.000 tabung vakum. Dengan berat mencapai 30 ton dan luas mencapai 15.000 meter persegi, ENIAC memiliki konsumsi daya sebesar 140 kW serta mampu melakukan sekitar 5.000 operasi penambahan atau detik. Komputer ini dirancang untuk menghitung jarak dan tabel lintasan peluru rudal balistik.

Ø VON NEUMMANN

John Von Neumann adalah seorang ahli matematika yang juga menjadi konsultan dalam pembuatan ENIAC. Von Neumann memperbaiki kelemahan ENIAC dengan menciptakan EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) pada tahun 1945. Konsep yang diusungnya dikenal sebagai konsep stored-program. Von Neumann melakukan karya utamanya di Princeton Institute for Advanced Studies, dan pada tahun 1946, konsepnya dipublikasikan. Hasil dari kontribusinya adalah komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) yang berhasil diselesaikan pada tahun 1952.

Ø IAS

Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) terdiri atas :

o   Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

o   Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.

o  Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.

o   I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Adapun struktur komputer IAS sebagai berikut :

Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40 binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing – masing 8 bit kode operasi (op code) dan 12 bit alamat. Berikut adalah Format memori IAS :

Gambar di atas menjelaskan bahwa baik unit kontrol maupun ALU berisi lokasi – lokasi penyimpanan, yang disebut register, yaitu :

o    Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori.

o    Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.

o    Instruction Register (IR), berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.

o    Instruction Buffer Register (IBR), digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori.

o    Program Counter (PC), berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori.

o    Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan sementara operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ.

IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :

o    Data transfer, memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register ALU sendiri.

o    Unconditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu.

o    Conditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut.

o    Arithmetic, kumpulan operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU.

o    Address Modify, instruksi – instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

Adapun struktur detail komputer IAS sebagai berikut:

Ø KOMPUTER KOMERSIAL

Industri komputer komersial dimulai pada tahun 1947 ketika J. Presper Eckert dan John Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation. Salah satu produk terkenal dari perusahaan ini adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer), yang menjadi tulang punggung dalam perhitungan sensus di Amerika Serikat. Tahun 1950 menjadi titik awal bagi lahirnya industri komputer dengan munculnya dua perusahaan dominan pada saat itu, yaitu Sperry dan IBM. Pada tahun yang sama, diluncurkan UNIVAC II, yang memiliki karakteristik lebih cepat dan memori yang lebih besar dibandingkan pendahulunya. Hal ini menandai perkembangan penting dalam evolusi komputer komersial pada masa itu

IBM pun tidak mau kalah dengan mengeluarkan produk mereka yang akhirnya mendominasi pangsa pasar bisnis saat ini. Seri IBM pertama adalah seri 701 tahun 1953 dan terus berkembang menjadi lebih baik hingga sekarang.

Ø IMB

IBM (International Business Machines Corporation) telah lama menjadi pemain utama dalam industri teknologi informasi. Perusahaan ini memulai jejaknya dengan peralatan pemrosesan kartu berlubang pada awal abad ke-20. Pada tahun 1953, IBM meluncurkan 701, komputer berprogram tersimpan pertama yang diproduksi oleh perusahaan. Meskipun awalnya dirancang untuk menghitung ilmiah, 701 juga digunakan dalam berbagai aplikasi komputasi lainnya. Pada tahun 1955, IBM mengeluarkan 702, komputer yang lebih fokus pada aplikasi bisnis. Langkah ini menandai awal dari seri 700/7000, yang menjadi salah satu produk paling sukses dalam sejarah IBM dan memperkuat posisinya sebagai pemimpin dalam industri teknologi komputer.

 

v  KOMPUTER GENERASI KEDUA : TRANSISTOR (1955 – 1965)

 

Ø TRANSISTOR

Komputer generasi kedua menandai revolusi besar dalam dunia komputasi, dipicu oleh penemuan transistor di Bell Labs pada tahun 1947 oleh William Shockley dan rekannya. Transistor menjadi pengganti efisien untuk tabung vakum yang besar dan tidak praktis dalam komputer. Dibandingkan dengan tabung vakum, transistor jauh lebih kecil, lebih ringan, dan memiliki daya disipasi yang lebih rendah. Sebagai solid-state device, transistor terbuat dari silikon (Silicon) yang diperoleh dari pasir, yang membuatnya lebih mudah diproduksi dalam skala besar.

IBM menjadi pionir dengan meluncurkan komputer pertama yang menggunakan transistor, menjaga dominasinya dalam pasar komputer. Perusahaan lain seperti NCR dan RCA juga mengembangkan komputer berukuran kecil, dengan IBM mengeluarkan seri 7000-nya. Transistor mempercepat proses komputasi, meningkatkan kapasitas memori, dan mengecilkan ukuran fisiknya.

Selain itu, terjadi perkembangan pada Arithmetic Logic Unit (ALU) yang semakin kompleks, lahirnya bahasa pemrograman tingkat tinggi, dan tersedianya sistem operasi. Pada tahun 1957, munculnya Digital Equipment Corporation (DEC) dan peluncuran komputer pertamanya, PDP-1, menjadi tonggak penting dalam evolusi menuju komputer generasi ketiga.

Ø IBM 7094

Komputer ini diluncurkan tahun 1962. Kemajuan IBM 7094 adalah adanya Instruction Backup Register (IBR) yang berfungsi membeffer instruksi berikutnya, efeknya komputer akan lebih cepat prosesnya. Unit kontrol mengambil dua word yang berdampingan dari memori untuk sebuah pengambilan instruksi, kecuali bila terjadi percabangan.

Kemajuan IBM 7094 lainnya adalah adanya multiplexor untuk memultiplex data channel (saluran data). Multiplexor berfungsi sebagai sentral switch data yang akan diproses dalam CPU.

Adapun konfigurasi IBM 7094 sebagai berikut :

Ø KOMPUTER BERBASIS TRANSISTOR

Komputer berbasis transistor merupakan inovasi kunci dalam era generasi kedua komputer. Pada periode ini, perusahaan seperti NCR dan RCA memimpin dalam pengembangan komputer kecil berbasis transistor. IBM turut meramaikan pasar dengan peluncuran seri 7000, yang menandai kontribusi penting dalam penggunaan transistor dalam industri komputer. Pada tahun 1957, Digital Equipment Corporation (DEC) mengukuhkan posisinya dengan memperkenalkan PDP-1, sebuah langkah berani yang menambah keberagaman dan keunggulan komputer generasi kedua. Kesemuanya ini menunjukkan pergeseran yang signifikan dalam teknologi komputer, menggantikan tabung vakum dengan transistor yang lebih kecil, lebih efisien, dan lebih andal.

v  KOMPUTER GENERASI KETIGA : INTEGRATED CIRCUITS (1965 – 1980)

Ø MIKROELEKTRONIKA

Mikroelektronika, secara harfiah diterjemahkan sebagai "elektronika kecil", adalah bidang yang berkaitan dengan pembuatan dan manipulasi komponen elektronik dalam skala mikroskopis. Dalam konteks komputer, mikroelektronika memainkan peran penting dalam pembentukan komponen inti seperti gerbang logika, memori, dan sistem interkoneksi. Teknologi mikroelektronika memungkinkan pembuatan komponen elektronik dengan menggunakan semikonduktor, seperti wafer silikon. Contoh utama dari ini adalah silicon wafer, yang digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat berbagai jenis chip mikroelektronika. Keseluruhan, mikroelektronika membuka pintu bagi pembuatan perangkat elektronik yang lebih kecil, lebih canggih, dan lebih efisien, yang menjadi dasar dari banyak teknologi modern yang kita gunakan sehari-hari.

Ø MOORE’S LAW

Hukum Moore adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada pengamatan yang dibuat oleh Gordon Moore pada tahun 1965 bahwa jumlah transistor dalam sirkuit terpadu (IC) yang padat menggandakan sekitar setiap dua tahun. Gordon Moore adalah salah satu pendiri Intel.

Pada tahun 1965, Moore mengamati bahwa jumlah transistor dalam sebuah chip cenderung menggandakan setiap dua tahun. Meskipun awalnya, pertumbuhan ini terjadi setiap tahun, sejak tahun 1970-an, perkembangan agak melambat menjadi sekitar dua kali lipat setiap 18 bulan. Meskipun demikian, harga rata-rata chip tetap stabil, sementara kepadatan yang semakin tinggi memungkinkan jalur elektronik menjadi lebih pendek, meningkatkan kemampuan dan reliabilitas sistem. Peningkatan ukuran yang lebih kecil juga memberikan fleksibilitas dan efisiensi dalam penggunaan daya, meskipun meningkatkan kebutuhan pendinginan. Hukum Moore telah menjadi pendorong utama dalam evolusi teknologi semikonduktor, membentuk dasar bagi kemajuan dalam komputasi dan teknologi digital lainnya.

Ø JUMLAH TRANSISTOR DALAM CHIPS PENTIUM

 

Ø IBM System/360

Tahun 1964 dikeluarkan IBM System/360 yang telah menggunakan teknologi IC. Dalam satu dekade IBM menguasai 70% pasaran komputer. Sistem 360 merupakan kelompok komputer pertama yang terencana. Banyak model dalam arsitektur 360 ini dan saling kompatibel. Hal ini sangat menguntungkan konsumen, karena konsumen dapat menyesuaikan dengan kebutuhan maupun harganya. Pengembangan (upgrading) dimungkinkan dalam komputer ini. Karakteristik komputer kelompok ini adalah :

·       Set Instruksi Mirip atau Identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas sistem maupun perangkat kerasnya.

·       Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini merupakan feature yang menguntungkan konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer tidak kesulitan dalam sistem operasinya karena sama.

·       Kecepatan yang meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.

·       Ukuran Memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar memori yang digunakan.

·       Harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka harganya semakin mahal.   

Ø DEC PDP-8

Pada tahun yang sama saat IBM mengeluarkan System/360, DEC meluncurkan DEC PDP-8. Komputer ini memiliki keunggulan bentuknya yang kecil sehingga sangat fleksibel digunakan. PDP-8 juga memiliki varian – varian yang modelnya sama dengan IBM System/360 untuk menyesuaikan kebutuhan pelanggannya. Dengan hadirnya PDP-8 ini membawa DEC sebagai perusahaan menyuplai komputer mini terbesar membawa DEC sebagai pabrik komputer terbesar kedua setelah IBM.

Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system. Sistem ini terdiri atas 96 buah lintasan sinyal yang terpisah, yang digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data. Karena semua komponen menggunakan jalur bus ini maka penggunaannya dikontrol oleh CPU. Arsitektur bus seperti PDP-8 ini nantinya digunakan oleh komputer – komputer modern selanjutnya

Adapun Struktur Bus DEC PDP-8 sebagai berikut :

v  GENERASI KEEMPAT : VERY LARGE SCALE INTEGRATION (1980 - SEKARANG)

Era keempat perkembangan generasi komputer ditandai dengan munculnya Very Large-Scale Integration (VLSI). Paket VLSI mampu menampung lebih dari 10.000 komponen per kepingnya dengan kecepatan operasi mencapai 100 juta operasi per detik. Periode ini dimulai dengan peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004, yang meskipun primitif, menjadi tonggak penting dalam perkembangan mikroprosesor modern. Tidak ada ukuran pasti dalam menilai mikroprosesor, namun lebar bus data dan jumlah bit dalam register sering menjadi patokan.

Pada tahun 1972, diperkenalkan mikroprosesor 8008, yang merupakan mikroprosesor 8 bit dengan instruksi yang lebih kompleks dan kecepatan proses yang lebih tinggi dari pendahulunya. Kemudian, pada tahun 1981, Bell dan HP menciptakan mikroprosesor 32 bit, sementara Intel mengikuti pada tahun 1985 dengan mikroprosesor 80386. Periode ini menandai langkah maju yang signifikan dalam kompleksitas dan kecepatan pemrosesan komputer.

 

Ø MEMORI SEMIKONDUKTOR

Memori semikonduktor merupakan jenis memori komputer yang mulai berkembang pada tahun 1970, dengan salah satu perusahaan pionir dalam bidang ini adalah Fairchild. Memori semikonduktor memiliki ukuran sebesar satu inti magnetik, setara dengan 1 bit penyimpanan inti magnetik. Meskipun ukurannya kecil, memori semikonduktor mampu menyimpan 256 bit informasi dan memungkinkan pembacaan non-destruktif, yang berarti data dapat dibaca tanpa menghapusnya. Kecepatannya jauh lebih cepat dibandingkan dengan memori inti magnetik tradisional. Selain itu, kapasitas memori semikonduktor hampir menggandakan setiap tahun, menunjukkan pertumbuhan yang pesat dalam teknologi ini.

v  KESIMPULAN

·       Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung Vakum, Transistor, IC dan VLSI.

·       Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral.