Perkembangan Arsitektur CPU

CPU
( Central Processing Unit )

PERKEMBANGAN ARSITEKTUR CPU

CPU terdiri dari beberapa bagian yang berbeda yang saling berintegrasi dalam membentuk fungsinya secara bersamaan. Pada bagian ini akan dibahas perkembangan arsitektur CPU dari tiga generasi yaitu generasi pra komputer yang akan diwakili oleh arsitektur mesin Analitis Babagge, generasi komputer pertama yang stored program yang diwakili oleh mesin Von Noumann dan generasi komputer modern.

Arsitektur Mesin Analitis Babbage (1843)

Pada tahun 1843, seorang professor matematika dari Universitas Cambridge Inggris yang bernama Charles Babbage, menemukan suatu konsep pemrosesan data yang menjadi dasar kerja dan prototipe dari komputer-komputer jaman sekarang. Mesin tersebut dikenal dengan nama Babbage’s Analytical Engine.

Mesin Analitis Babbage merupakan alat mekanis pertama yang mampu dipergunakan untuk menjalankan beberapa algoritma. Artinya mesin tersebut sudah dapat dipergunakan untuk berbagai keperluan. Programming mesin tersebut dilakukan langsung oleh seorang programmer yang pada waktu itu dilakukan oleh Ada Augusta Lovelace (penemu bahasa ADA sebagai bahasa pemrograman pertama di dunia).

Mesin Babbage memiliki empat blok utama dalam menjalankan fungsinya :

-          Bagian input, digunakan untuk membaca instruksi-instruksi dan data dari kartu berlubang.

-          Bagian penyimpanan, memuat 1000 Word yang masing-masing terdiri dari 50 digit desimal. Bagian tersebut digunakan untuk menyimpan operand-operand matematika dari suatu perhitungan.

-          Bagian pengolah, digunakan untuk melakukan pemrosesan data berdasarkan instruksi yang diberikan oleh kartu-kartu plong.

-          Bagian output, terdiri dari output tercatat dan output tercetak yang digunakan untuk menyimpan serta menampilkan hasil pengolahan.

Salah satu kelemahan mesin ini yang bukan merupakan konsep komputer modern adalah bahwa

mesin ini belum stored program atau tidak mampu menyimpan program secara tetap.

Arsitektur Mesin Von Neumann (1952)

Mesin Von Neumann dalam hal ini mewakili mesin komputer generasi pertama yang bersifat stored program. John Von Neumann adalah seorang ahli matematika dan anggota Institute of Advance Study di Princention New Jersey yang bekerja sama dengan H.H. Goldstine dan A.W. Binks mengajukan suatu makalah yang menyarankan bahwa dalam pembuatan komputer sebaiknya menggunakan angka binary. Konsep tersebut pada akhirnya menjadi tonggak sejarah dalam terciptanya komputer digital yang akhirnya membawa Neumann pada julukan “promoter of the stored program (software) concept”.

Rancangan dasar mesin yang diberi nama IAS ini adalah konsep Neumann yang menyatakan bahwa pemrograman komputer secara langsung dengan menggunakan banyak tombol dan kabel adalah sesuatu yang melelahkan, lambat dan tidak fleksibel. Untuk itu dia berpikiran bahwa sebuah program dapat diwakili dalam bentuk digital dan tersimpan secara tetap dalam memori komputer secara bersama-sama

Mesin Neumann memiliki lima bagian utama sebagai berikut :

-           Unit Input untuk membaca data dan instruksi yang diberikan.

-           Main Memory terdiri dari 4096 Word satu word memuat 40 bit biner.

-           Arithmetic Logic sebagai bagian yang berfungsi sebagai unit pemrosesan.

-           Control Unit sebagai pengendali kerja antar komponen arsitektur.

-           Unit Output untuk menampilkan hasil pengolahan data yang dilakukan ALU dan CU.

Dari arsitektur mesin tersebut terlihat bahwa mesin ini sudah memiliki bagian-bagian yang

menjadi prototipe komputer modern yaitu Arithmetic Logic dan Control Unit yang merupakan

bagian dari Central Processing Unit.

Arsitektur Mesin Komputer Modern (1980 …)

Arsitektur CPU komputer modern, secara umum dapat dilihat seperti pada gambar berikut :

Pada gambar di atas, dapat dilihat bagian-bagian CPU yang lebih lengkap seperti Register, Control Unit, Kendali I/O (Interconection) dan Arithmetic Logic Unit.

Perkembangan Desain Prosessor

Tanembaun (2001) mengemukakan adanya prinsip-prinsip penting dalam melakukan desain prosessor komputer modern. Dikenal dengan prinsip RISC (Reduced Instruction Set Computer), yang antara lain sebagai berikut :

1.       Prinsip 1 : Memaksimalkan kecepatan di mana instruksi-instruksi dikeluarkan.

Prinsip ini menekankan pengembangan jumlah instruksi yang dapat diproses per detik pada sebuah prosesor. Dari konsep ini akhirnya lahir istilah MIPS (Milion of Instruction Per Second) yang nantinya akan menunjukan bahwa paralelisme prosesor akan dapat meningkatkan kinerja sebuah komputer.

2.        Prinsip 2 : Memperbanyak instruksi yang secara langsung dapat dijalankan hardware untuk mempercepat kinerja.

Untuk meningkatkan kecepatan proses eksekusi sebuah perintah, maka salah satu cara yang dapat ditempuh adalah dengan memperbanyak jumlah instruksi yang dapat secara langsung dijalankan oleh hardware komputer.

3.       Prinsip 3 : Instruksi-instruksi harus mudah untuk di kodekan.

Batas kritis pada tingkat kecepatan adalah dekode dari setiap instruksi. Semakin sedikit format instruksi maka akan semakin baik kinerja dan kecepatan sebuah eksekusi instruksi.

4.        Prinsip 4 : Hanya instruksi LOAD dan STORE yang diakses ke memory.

Prinsip ini memberikan pandangan kepada para peneliti dan pengembang computer untuk berusaha memperkecil instruksi yang langsung diakses dari memory utama.

5.        Prinsip 5 : Menyiapkan banyak register.

Rata-rata sekarang memiliki 32 register dalam sebuah CPU.