Arsitektur Processor

ARSITEKTUR PROCESSOR

a)      Sejarah Singkat

Sebelum proses RISC didesain untuk pertama kalinya, banyak arsitek komputer mencoba menjembatani celah semantik", yaitu bagaimana cara itil membuat set-set instruksi untuk mempermudah pemrograman level tinggi dengan menyediakan instruksi "level tinggi" seperti pemanggilan procedure, proses pengulangan dan mode-mode pengalamatan kompleks sehingga struktur data dan akses array dapat dikombinasikan dengan sebuah instruksi. Karakteristik CISC yg "sarat informasi" ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat.

Memang setelah itu banyak desain yang memberikan hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya tidaklah selalu demikian. Contohnya, arsitektur kompleks yang didesain dengan kurang baik (yang menggunakan kode-kode mikro untuk mengakses fungsi-fungsi hardware), akan berada pada situasi di mana akan lebih mudah untuk meningkatkan performansi dengan tidak menggunakan instruksi yang kompleks (seperti instruksi pemanggilan procedure), tetapi dengan menggunakan urutan instruksi yang sederhana.

Satu alasan mengenai hal ini adalah karena set-set instruksi level-tinggi, yang sering disandikan (untuk kode-kode yang kompleks), akan menjadi cukup sulit untuk diterjemahkan kembali dan dijalankan secara efektif dengan jumlah transistor yang terbatas. Oleh karena itu arsitektur-arsitektur ini memerlukan penanganan yang lebih terfokus pada desain prosesor. Pada saat itu di mana jumlah transistor cukup terbatas, mengakibatkan semakin sempitnya peluang ditemukannya cara-cara alternatif untuk optimisasi perkembangan prosesor. Oleh karena itulah, pemikiran untuk menggunakan desain RISC muncul pada pertengahan tahun 1970 (Pusat Penelitian Watson IBM 801 - IBMs)

Istilah RISC dan CISC saat ini kurang dikenal, setelah melihat perkembangan lebih lanjut dari desain dan implementasi baik CISC dan CISC. Implementasi CISC paralel untuk pertama kalinya, seperti 486 dari Intel, AMD, Cyrix, dan IBM telah mendukung setiap instruksi yang digunakan oleh prosesor-prosesor sebelumnya, meskipun efisiensi tertingginya hanya saat digunakan pada subset x86 yang sederhana (mirip dengan set instruksi RISC, tetapi tanpa batasan penyimpanan/pengambilan data dari RISC). Prosesor-prosesor modern x86 juga telah menyandikan dan membagi lebih banyak lagi instruksi-instruksi kompleks menjadi beberapa "operasi-mikro" internal yang lebih kecil sehingga dapat instruksi-instruksi tersebut dapat dilakukan secara paralel, sehingga mencapai performansi tinggi pada subset instruksi yang lebih besar.

Karakteristik CISC yg "sarat informasi" ini memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Karena CISC inilah biaya pembuatan komputer pada saat itu (tahun 1960) menjadi jauh lebih hemat. Memang setelah itu banyak desain yang memberikan hasil yang lebih baik dengan biaya yang lebih rendah, dan juga mengakibatkan pemrograman level tinggi menjadi lebih sederhana, tetapi pada kenyataannya tidaklah selalu demikian.

1.      CISC (Complex Instruction-Set Computer)

Complex instruction-set computing atau Complex Instruction-Set Computer (CISC; "Kumpulan instruksi komputasi kompleks") adalah sebuah arsitektur dari set instruksikomputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori, operasi aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi. Karakteristik CISC dapat dikatakan bertolak-belakang dengan RISC.

Contoh-contoh Processor

Contoh-contoh prosesor CISC adalah : System/360, VAX, PDP-11, varian Motorola 68000 , dan CPU AMD dan Intel x86.

CISC mempunyai karakteristrik :

1)      Instruksi berukuran tunggal

2)      Ukuran yang umum adalah 4 byte. 

3)      Jumlah mode pengalamatan data yang sedikit, biasanya kurang dari lima buah. 

4)      Tidak terdapat pengalamatan tak langsung. 

5)      Tidak terdapat operasi yang menggabungkan operasi load/store dengan operasi aritmetika (misalnya, penambahan dari memori, penambahan ke memori). 

2.      RISC (Reduce Instruction Set Computer)

RISC Reduced Instruction Set Computingatau "Komputasi set instruksi yang disederhanakan. Merupakan sebuah arsitektur komputer atau arsitektur komputasi modern dengan instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana. Biasanya digunakan pada komputer berkinerja tinggi seperti komputer vektor.

Bahasa pemprograman memungkinkan programmer dapat mengekspresikan algoritma lebih singkat, lebih memperhatikan rincian, dan mendukung penggunaan pemprograman terstruktur, tetapi ternyata muncul masalah lain yaitu semantic gap, yaitu perbedaan antara operasi-operasi yang disediakan oleh HLL dengan yang disediakan oleh arsitektur komputer, ini ditandai dengan ketidakefisienan eksekusi, program mesin yang berukuran besar,dan kompleksitas compiler.

Set-set instruksi yang kompleks tersebut dimaksudkan untuk :

1)      Memudahkan pekerjaan compiler

2) Meningkatkan efisiensie ksekusi, karena operasi yang kompleks dapat diimplementasikan didalam mikrokode.

3)      Memberikan dukungan bagi HLL yang lebih kompleks dan canggih.

Karakteristik RISC

1)      One cycle execution time : satu putaran eksekusi.

2)      Prosessor RISC mempunyai CPI (clock per instruction) atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap instruksi pada CPU.

3)   Pipelining  adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan. Sehingga proses instruksi lebih efiisien

4)      Large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak

5)   RISC didesain dimaksudkan untuk dapat menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang berlebih dengan memory.

6)    Rangkaian instruksi built-in pada processor yang terdiri dari perintah-perintah yang lebih ringkas dibandingkan dengan CISC.

7)   RISC memiliki keunggulan dalam hal kecepatannya sehingga banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang memerlukan kalkulasi secara intensif.

b) Perbedaan RISC dan CISC

CISC

- Penekanan pada perangkat keras (hardware) 

- Termasuk instruksi kompleks multi-clock

- Memori-ke-memori: “LOAD” dan “STORE” saling bekerjasama

- Ukuran kode kecil, kecepatan rendah

- Transistor digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi kompleks

    

RISC

- Penekanan pada perangkat lunak (software)

- Single-clock, hanya sejumlah kecil instruksi

- Register ke register: “LOAD” dan “STORE” adalah instruksi - instruksi terpisah

- Ukuran kode besar, kecepatan (relatif) tinggi

- Transistor banyak dipakai untuk register memori

 Cara sederhana untuk melihat kekurangan dan kelebihan dari CISC dan RISC adalah dengan membandingkannya secara langsung. Pada tahap perbandingan ini dicoba dengan menghitung perkalian dua bilangan dalam memori. Memori tersebut terbagi menjadi beberapa lokasi yang diberi nomor 1(baris): 1 (kolom) hingga 6:4. Unit eksekusi bertanggung-jawab untuk semua operasi komputasi. Namun, unit eksekusi hanya beroperasi untuk data yang sudah disimpan kedalam salah satu dari 6 register (A, B, C, D, Eatau F). Misalnya, kita akan melakukan perkalian (product) dua angka, satu di simpan di lokasi 2:3 sedangkan lainnya di lokasi 5:2, kemudian hasil perkalian tersebut dikembalikan lagi kelokasi 2:3.

      Menggunakan Pendekatan RISC

Prosesor RISC hanya menggunakan instruksi-instruksi sederhana yang bisa dieksekusi dalam satu siklus. Dengan demikian, instruksi ‘MULT’ sebagaimana dijelaskan sebelumnya dibagi menjadi tiga instruksi yang berbeda, yaitu“LOAD”, yang digunakan untuk memindahkan data dari memori kedalam register, “PROD”, yang digunakan untuk melakukan operasi produk (perkalian) dua operan yang berada di dalam register (bukan yang ada di memori) dan “STORE”, yang digunakan untuk memindahkan data dari register kembali kememori. Berikut ini adalah urutan instruksi yang harus dieksekusi agar yang terjadi sama dengan instruksi “MULT” pada prosesor RISC (dalam 4 baris bahasa mesin).

LOAD A, 2:3

LOAD B, 5:2

PROD A, B

STORE 2:3, A

      Menggunakan Pendekatan  CISC

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu perintah cukup dengan beberapa baris bahasa mesin sedikit mungkin. Hal ini bisa tercapai dengan cara membuat perangkat keras prosesor mampu memahami dan menjalankan beberapa rangkaian operasi.

Sebuah prosesor CISC sudah dilengkapi dengan sebuah instruksi khusus, yang  diberi nama MULT. Saat dijalankan, instruksi akan membaca dua nilai dan menyimpannya ke 2 register yang berbeda, melakukan perkalian operan di unit eksekusi dan kemudian mengambalikan lagi hasilnya ke register yang benar. Jadi instruksi-nya cukup satu saja.

MULT 2:3, 5:2

      Kesimpulan

CISC Complex Instruction Set Computer sedangkan RISC merupakan kepanjangan dari Reduced Instruction Set Computer. Chip RISC dibangun mulai pertengahan tahun 1980 sebagai pengganti chip CISC. Pada dasarnya karakteristik CISC yg "sarat informasi" memberikan keuntungan di mana ukuran program-program yang dihasilkan akan menjadi relatif lebih kecil, dan penggunaan memory akan semakin berkurang. Hal inilah yang menyebabkan komputer-komputer pada saat itu memiliki harga yang murah. 

Filosofi RISC berada dalam tidak satu pun chip yang menggunakan bahasa instruksi assembly yang complex, seperti yang digunakan di CISC. Untuk itulah, instruksi yang simple dan lebih cepat akan lebih baik daripada besar, complex dan lambat seperti CISC. Keuntungan RISC lainnya karena adanya instruksi yang simple, maka chip RISC hanya memiliki beberapa transistor, yang akan membuat RISC mudah didesain dan murah untuk diproduksi untuk menulis compiler yang powerful. RISC memberikan kemudahan di hardware, namun lebih kompleks di software. 

b)     Kelebihan dan Kekurangan RISC dan CISC

Teknologi RISC relatif masih baru oleh karena itu tidak ada perdebatan dalammenggunakan RISC ataupun CISC, karena tekhnologi terus berkembang danarsitektur berada dalam sebuah spektrum, bukannya berada dalam dua kategori yangjelas maka penilaian yang tegas akan sangat kecil kemungkinan untuk terjadi.

      Kelebihan

Berkaitan dengan penyederhanaan kompiler, dimana tugas pembuat kompiler untuk menghasilkan rangkaian instruksi mesin bagi semua pernyataan HLL. Instruksi mesin yang kompleks seringkali sulit digunakan karena kompiler harus menemukan kasus-kasus yang sesuai dengan konsepnya. Pekerjaan mengoptimalkan kode yang dihasilkan untuk meminimalkan ukuran kode, mengurangi hitungan eksekusi instruksi, dan meningkatkan pipelining jauh lebih mudah apabila menggunakan RISC dibanding menggunakan CISC.

Arsitektur RISC yang mendasari PowerPC memiliki kecenderungan lebih menekankan pada referensi register dibanding referensi memori, dan referensi register memerlukan bit yang lebih sedikit sehingga memiliki akses eksekusi instruksi lebih cepat.

Kecenderungan operasi register ke register akan lebih menyederhanakan set instruksi dan menyederhanakan unit kontrol serta pengoptimasian register akan menyebabkan operand-operand yang sering diakses akan tetap berada dipenyimpan berkecepatan tinggi.

Penggunaan mode pengalamatan dan format instruksi yang lebih sederhana.

      Kekurangan

Program yang dihasilkan dalam bahasa simbolik akan lebih panjang (instruksinya lebih banyak).

Program berukuran lebih besar sehingga membutuhkan memori yang lebih banyak, ini tentunya kurang menghemat sumber daya.

Program yang berukuran lebih besar akan menyebabkan menurunnya kinerja, yaitu instruksi yang lebih banyak artinya akan lebih banyak byte-byte instruksiyang harus diambil.

Komponen Jaringan Komputer

KOMPONEN-KOMPONEN JARINGAN KOMPUTER

1.      Komputer – Client/Server Networks

Komputer merupakan perangkat elektronik yang dapat menerima input, melakukan proses dan menghasilkan output. Komponen utama computer adalah motherboard. Kemudian komponen utama motherboard adalah chipset.

Dalam sebuah jaringan peer-to-peer jaringan komputer rumah, semua komputer sama. Setiap komputer memiliki file dan device-nya sendiri. Di lingkungan bisnis, Anda mungkin menggunakan jaringan client/server daripada jaringan peer-to-peer, kecuali Anda menjalankan bisnis kecil dengan hanya sedikit computer.

Gambar 1. Jaringan peer-to-peer

Jaringan client/server merupakan jaringan yang dimana servernya merupakan satu atau lebih komputer dan menyediakan layanan untuk komputer lain, yang disebut client. (Haag, 2004). Server memiliki hardware, software, dan/atau informasi yang komputer client dapat akses. Server biasanya merupakan komputer yang powerful dengan sistem penyimpanan (storage sistem) yang besar

Gambar 1 Jaringan peer to peer

Gambar 3. Interaksi Client-Server

2.      NIC (Network Interface Card)

NIC (Network Interface Card) atau yang biasa disebut LAN card ini adalah sebuah kartu yang berfungsi sebagai jembatan dari komputer ke sebuah jaringan komputer. Komponen ini biasanya sudah terpasang secara onboard di beberapa komputer atau laptop.

Cara kerja Ethernet card berdasarkan broadcast network yaitu setiap node dalam suatu jaringan menerima setiap transmisi data yang di kirim oleh suatu node yang lain.setiap Ethernet card mempunyai alamat sepanjang 48 bit yang dikenal sebagai Ethernet Address(MAC Address). Alamat tersebut sudah ditanam dalam setiap rangkaian kartu jaringan (NIC) yang telah di kenal dengan ‘media access control’ (MAC) dikenal juga dengan istilah ‘hardware address’.

Ada dua jenis NIC yang beredar saat ini, yaitu NIC yang bersifat fisik dan NIC yang bersifat logis. Pada setiap NIC diberi nomor alamat (id) jaringan yang disebut sebagai MAC Address yang sifatnya statis. Walaupun sifat dari MAC Address di sini sebenarnya adalah statis, namun MAC Address tetap dapat diubah oleh para usernya jika memang diinginkan user, tetapi sifatnya tidaklah permanen. Maksudnya di sini ialah jika user mengubah MAC Address dari NIC dan kemudian me-restart komputernya, maka MAC Address tadi akan kembali ke alamat defaultnya.

3.      Media Transmisi

Media Transmisi merupakan media yang digunakan untuk membantu proses pertukaran data pada jaringan computer.

Media trasmisi terdiri dari 2 jenis yaitu : wire dan wireless.

a.      Wire

Wire terdiri dari UTP, STP dan Fiber Optic

-          UTP (Unshielded Twisted Pair)

Kabel UTP adalah yang paling popular yang terdiri dari 4 pasang kabel yang saling melilit dengan kode warna khusus yang standard dan diisolasi dengan plastic. Tingkatan dari kabel UTP ini diindikasikan oleh banyak nya lilitan atau pumtiran per inchi, tingkat rendahnya attenuasi, kurang nya tingkat interferensi dan gejala crosstalk. Panjang maksimum per segmen dari kabel lan ini adalah 100 meter saja, jika lebih panjang dari 100 meter maka anda tidak bisa menjamin tingginya tingkat attenuasi. Kecepatan yang bisa dicapai adalah sampai 1 Gigabit yaitu dari jenis kabel lan UTP Cat5e, yang mana jumlah puntiran atau lilitan dari pasangan kabel sedikit lebih banyak per inchi dan ditambah lagi adanya jaket kabel nilon tunggal sebagai insulasi. Jadi sekali lagi grade dari UTP kabel ini ditentukan oleh banyaknya puntiran per inchi.

Standard UTP

·         Kabel lan UTP Cat 1, dipakai untuk jaringan telpon.

·         Kabel lan UTP Cat 2, kecepatan maksimum 4 Mbps, aslinya dimaksudkan untuk mendukung Token Ring lewat UTP.

·         Kabel lan Cat 3, dengan kecepatan maksimum 10 Mbps. Kabel lan ini bisa dipakai untuk jarigan telpon dan merupakan pilihan kabel lan UTP masa silam.
Kabel lan UTP Cat 4, kecepatan maksimum adalah 16 Mbps, umum dipakai jaringan versi cepat Token Ring.

·         Kabel lan Cat 5, kecepatan maksimum 1 Gigabps, sangat popular untuk kabel lan desktop.

·         Kabel lan UTP Cat 5e, dengan kecepatan maksimum 1 Gigabps, tingkat emisi lebih rendah, lebih mahal dari Cat 5 akan tetapi lebih bagus untuk jaringan Gigabit.

·         Kabel lan UTP Cat 6, kecepatan maksimum adalah 1 Gigabps+, dimaksudkan sebagai pengganti Cat 5e dengan kemampuan mendukung kecepatan-2 multigigabit.

-          STP (shielded twisted pair) dengan lapisan alumunium foil

-          Fiber Optics

Fiber optic merupakan media transmisi terkini untuk standard Ethernet dalam kabel lan. Perbedaan utama dalam hal fungsi antara kabel fiber optic dan kabel electric adalah sebagia berikut:

·         Jarak lebih jauh

·         Jauh lebih mahal

·         Kurang interferensi magnetic, membuatnya lebih aman

·         Dapat menunjang keceptan sampai 10Gigabits

Kabel Fiber optic adalah sebuah kabel yang terbuat dari serat kaca dengan teknologi canggih dan mempunyai kecepatan transfer data yang lebih cepat daripada kabel biasa, biasanya fiber optic digunakan pada jaringan backbone (Tulang Punggung) karena dibutuhakan kecepatan yang lebih dalam dari jaringan ini, namun pada saat ini sudah banyak yang menggunakan fiber optic untuk jaringan biasa baik LAN, WAN maupun MAN karena dapat memberikan dampak yang lebih pada kecepatan dan bandwith karena fiber optic ini menggunakan bias cahaya untuk mentransfer data yang melewatinya dan sudah barang tentu kecepatan cahaya tidak diragukan lagi namun untuk membangun jaringan dengan fiber optic dibutuhkan biaya yang cukup mahal dikarenakan dibutuhkan alat khusus dalam pembangunannya. Inti kabel fiber optics adalah core. Setiap kabel biasanya 2 core.

2. Wireless

Wireless merupakan media transmisi tanpa kabel. Salah satunya adalah wifi.

4.      Network Device

-          SSD : Tempat penyimpanan pada computer selain harddisk (teknologi flashdisk terbaru)

-          HDD (Hard Disk Drive)