PENGANTAR ARSITEKTUR .KOMPUTER - Elearning …elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/arkomp/halaman_depan.pdf · PRAKATA Buku Pengantar Arsitektur Komputer ini mempakan salah satu dari

PENGANTAR

ARSITEKTUR .KOMPUTER

SERIDIKTATKULIAH

PENGANTAR ARSITEKTUR KOMPUTER

Oleh : D. Suryadi HSGambar Sampul : Toto BesDesign dan Lay Out : Toto Bes

Edisi pertama cetakan pertama, Agustus 1994

Diterbitkan pertama kali oleh GunadarmaHak cipta dilindungi undang-undangJakarta 1994

PRAKATA

Buku PengantarArsitekturKomputerini mempakansalah satu dari serangkaianseri diktat kuliah yang diterbitkan oleh Penerbit Gunadarma, buku ini digunakansebagaibuku teks baik bagimahasiswajumsan teknikInformatika, teknikkomputer,maupun manajemen informatika. Selain itu untuk mahasiswa dari jumsan lainseperti jumsan teknik listrik dapat pula memanfaat kan buku ini. Di sini paramembaca sebaiknya telah mendapatkanpengetahuan mengenai logika digital dantelah mengenal komponen sirkuit dasar, rnisalnya switch, enkoder dan dekoder,multiplexordan demultiplexor,register, sirkuitaritmetikdan'logis, dan unit kontrol.Kami juga mengasumsikan bahwa pembaca telah berpengalaman denganpernrograman.

Dalam menyusun buku ini, tujuan karni adalah untuk mengenalkan konsepdasar berjangkauan luas yang berhubungan dengan arsitektur komputer. Bab 1mengenalkan kategori komputer utama dan membahas berbagai ukuran kinerjakomputer. Tiga bab berikutnya mernfokuskanpada pembangunan blok komputer,yang meliputi set instruksi (Bab 2); sistem hardware, unit pernrosesan sentral dankontrolnya, dan sistem input-output (Bab 3); dan sistem memori (Bab 4). Bab 5memadukan pokok bahasan tersebutdengan melakukanpembahasanarsitekturdarimmpun komputer yang bam, yaitu International Business Machines (ffiM) Pc.Dua bab yang terakhir mernfokuskanpada pembahasan teknik untuk mengenalkanparalelisme ke dalam komputer dan untuk meningkatkan kecepatan operasinya:Bab 6 mernfokuskan pada pernipaan (pipelining), dengan penekanan pada RIse(reduced-instmction-set-computer).Bab 7 mernfokuskanpada prosesorparalel, yangme1iputi komputer paralel besar dan komputer multiprosesor; Bab 7 jugamengenalkan prosesor ams data dan jaringan inti, dua perkembangan arsitekturkomputeryangbam. .

Mahasiswa diharapkan akan bisa mencapai dua tujuan dari mempelajariarsitekturkomputerini.Salahsatutujuanyangdiharapkanadalahmahasiswamenjadikenal dengan sekumpulankonsep yang besar dan terrninologiyang menyertainya.Dengan pemahamannyaini, mahasiswaakan bisa membacadan memaharni artikelteknik atau brosur promosi yang mendeskripsikanarsitekturkomputer bam dan iadapat mengetahui persoalan desain dan perdagangan arsitektur. Ia juga akanmemahami trend bam dalam arsitektur komputer, dan dengan demikian, iamempunyaipandanganmengenaiarah perkembanganmesinkomputerisasi di masamendatang.

Case Studies berisi beberapacontoh set register dan set instruksi, tennasuk setregister dan set instruksi dari mikroprosesor ffiM System!360,Digital EquipmentCorporation (DEC) PDP-ll, Control Data Corporation(CDC) 6600, MIPS R2000,ffiM RISC System!6000,dan Intel 8086. Apabila mahasiswa membaca Bab 2, iaakan dapat memperoleh wawasan yang luas terhadap desain set register dan setinstruksidengan cara mempelajaripilihanyang dilakukanoleh para arsitek terhadapkomputer yang lebih menonjol.

Bab 3 memfokuskan pada dua subsistem komputer yang penting: unitpemrosesansentraldan sisteminput-output.Pembahasankita disiniadalahmengenaiarsitektur sistem hardware dari komputer. Mungkin materi pendukung untuk babini adalah dari Bab 5, disitu kita membahasarsitektursistemhardware dari rumpunffiM PC. Lebih dari itu, kami menampilkan berbagai desain CPU dalam CaseStudies. Sebagai contoh, kita mendeskripsikanrumpun mikroprosesor Intel 80x86maupun CPU B1700dan B6700 (keduanyadari Burroughs),CDC 6600, dan ffiMRISC System!6000 yang semuanyamemiliki tujuandan fIlsafatdesain yang sangatberbeda.

Mesin berikut menggambarkan dan mendukung berbagai teknik I/O yangdibahas pada Bab 3: ffiM PC (Bab 5), ffiM System!360,PDP-ll, CDC 6600, danGoodyear MPP.

Bab 4 memfokuskanpada desain sistem memori, yang mencakup teknik inter-leaving, memori cache, dan memori virtual. Banyak mesin (komputer) awal yangmenggunakanlow-order interleaving,tennasuk CDC 6600, Texas Instruments (TI)ASC, CRAY-1, dan ll..LIAC IV; sementara sekarang, prosesor yang mempunyaikecepatan tinggi juga menggunakan low-order interleaving. Banyak juga mesinyang menggunakan memori cache dalam suatu bentuk atau bentuk yang lain,tennasuk ll..LIACIV, CRAY-l, MIPS R2oo0, dan ffiM System! R6000. Banyakmesin yang barn dilengkapi dengan hardware memori virtual, yang meliputimikroprosesorIntel 80286dan 80386dan dua RISC - yaitu MIPS R2000 dan ffiMRISC System!6000.Banyak mesinjaman dahulu yang menggunakan memori vir-tual juga, seperti PDP-ll, VAX-ll, ffiM System!370,dan TI ASC.

Bab 5 adalah' satu-satunya bab yang mengemukakan gambaran yang relatiflengkap mengenai keseluruhan komputer, dan memilih menerangkan jenis ffiMPC. Arsitektur set instruksi tidak dijelaskan dalam teks, namun di dipresentasikanbersama dengan deskripsi mengenai unitpemrosesan sentral dalam Case Studies(lihat Case Study 12). Bab 5 menekankan pada penjelasan struktur bus, berbagaimacam peralatan interface I/O seri dan paralel, pengontrol DMA (direct-memory-access), dan pengontrol interrupt. Bab 5 juga memberikan penjelasan mengenaicara arsitek dalam menandairuang alamat ke I/O dan ruang alamat memori utama.

~~OLOGI ~ -,'\; ~~~ ~~ ~=: 5 :n~ UN ,,"O"'f''''''' 1<.

~GOt< . <q'

« ~~~"C->?~~j~

~ItN Ittf~~~'Tujuan yang kedua yang diharapkandicapai ol~fili11l1i~r;;aadalah perolehan

pengetahuandan pemahamankhusus mengenai sejaraharsitekturkomputer. SecarareIatif, hanya terdapat beberapa perusahaan dan mesin (komputer) yang mendominasiindustri ini sejak kemunculannyayang pertama, dan mahasiswa harns mengetahuimengenai mesin tersebut,strukturnya,dan kontribusinyaterhadapperancangbidangarsitekturkomputer.Sebaiknyamahasiswamengetahuimengapabeberapaarsitekturbisa bertahan sampai 30 tahun, sementara yang lain telahmenjadi kuno.

Mahasiswa dapat mencapai tujuan yang pertama dengan cara mempe lajaritulisan dalam teksbook ini. Materi telah dirancang agar dapat digunakan untukbahan mata kuliah arsitekturkomputer selama satu semester. Di sini diasumsikanbahwa tiap bab dalam buku ini akan bisa selesai dibahas selama dua minggu.Mahasiswa dapat mencapai tujuan yang kedua dengan cara membaca mengenaiartikelkomputerdan rumpunkomputertertentu.Telahdiberikandeskripsimengenaimesin berikut ini untuk dipilih sebagai bacaan. Case Studies in Computer Archi-tecture dapat digunakanoleh mahasiswasebagaipelengkapuntuk memahamibuku:

Burroughs B1700 ILLIAC IVBurroughs B6700 Intel 80x86 familyCDC 6600 and family Intel iPSCI2CRAY-1 and family MIPS R2000DEC PDP-l1 family Motorola 68000 familyDEC VAX-ll family Sun SPARCGoodyear MPP Tandem! 16IBM System!370 family TlASCIBM System/R6000 Thinking Machine CM-2

Berikut adalah deskripsi buku yang lebih detail dari pada yang telahdikemukakan sebelumnya, yang dilengkapi dengan saran mengenai bagaimanamenggunakan studi kasus di atas dengan cara yang paling tepat.

Bab 1 mendeskripsikan komputer secara umum dan mengenalkan sistemkomputerisasi dasar. Ia juga memberikan klasiftkasi komputer yang didasarkanpada cara CPU memproses instruksi dan data. Bab ini juga membahas sejurnlahsifat umum yang mempengarnhikualitas dan daya terap komputer untuk pemakaiyang menginginkannya, yang dikemukakan bersama dengan sejurnlah cara yangdilakukan oleh peneliti untuk mengukur kinerja komputer.

Pada Bab 2, dideskripsikan fasilitas instruksi dan set instruksi yang penting,dan membahas cara mereka ini berhubungan dengan komponen hardware pokok.Fasilitas relevansinya adalah set register,jenis instruksi,teknik pengalamatan,dankelengkapan, ortogonalitas,dan kompatibilitaskualitas set instruksi.

Yang terakhir, ia menjelaskanbagaimana arsitek IBM mengembangkan arsitekturbus I/O dari PC ke AT dan bagaimana konsorsium industri mengembangkannyalebih jauh lagi ke bus EISA.

- Dua bab yang terakhir menjelaskan teknik untuk meningkatkan kinerjakomputer. Bab 6 memfokuskan pada pembahasan pipelining, sementara Bab 7memfokuskan pada pemrosesan paralel. Pada Bab 6, kita membahas pipelininginstruksidan pipeliningunit eksekusi,dan juga dibahas cara arsitekjaman sekarangdalam menggunakan dasar pipelining untuk merancang RISC, yang juga akanberguna untukpipeliningitu sendiri.Karnijuga mendeskripsikanpemrosesanvektorpipeline sebagai gambaran penggunaan pipelining yang penting. Case Studiesmenjelaskan sejumlah prosesor pipeline, prosesor vektor, dan RISe, yang meliputimesin pelopor (IBM System/360Model 91 dan CDC 6600), prosesor vektor awal(CRAY-l dan TI ASC), dan RISC bam (MIPS R2000, Sun SPARC, dan IBMRISC System/6000).

Pada Bab 7, yang merupakan bab penutup, kita akan membahas arsitekturprosesor paralel. Arsitektur ini memberikan alternatif pada melakukan pipelining(walauarsitekturtersebutmungkinjuga di-pipelining).Duajenis utama dari prosesorparalel adalah array prosesor, dimana terdapat satu unit kontrol yang mengaturaktivitas dari sejumlah besar prosesor data independen (sebanyak 65.536 padamesin besar yang bam), dan komputer multiprosesor.Yang terakhir ini cenderungmenja di multiprosesorkomersil yang berkecepatantinggi, dimana beberapa CPUsecara bersama-sama menggunakan sistem memori yang sarna atau sistem yangkhusus dirancang untuk operasi fault-tolerant.Case Studies menjelaskan beberapaarray prosesor (ILLIAC IV, Goodyear MPP, dan Thinking Machine's CM-2 Con-nection Machine) dan sebuah sistem fault-tolerant lama, yaitu Tandem/16.

Walaupun disarankan agar anda menggunakan teks ini secara bersama-samadengan Case Studies, narounsebenarnyateks ini ditulis secaramandiri. Latihan danmasalah yang disertakan pada setiap akhir bab tidak tergantung pada bahan ataumateri yang ada di dalam Case Studies. Ditampilkan latihan secara terpisah dantergantung pada mesin (komputer) yang bam kita bahas.

Isi buku ini sebagianbesarmengacupadabuku ComputerArchitecturkaranganHarold S. Stone.Mudah-mudahanbuku inidapatdimanfaatkanbagi para mahasiswadengan sebaik-baiknya.

Depok, Juli 1994

Penyusun

DAFTAR 151

PRAKATA

PENDAHULUAN 1

BAB 1.ARSITEKTUR KOMPUTER 7

1.1.PERSPEKTIFHISTORIS 11

1.2.KLASIFIKASIARSITEKTUR KOMPUTER 17

1.2.1MESIN VON NEUMANN 17

1.2.2MESIN NON-VON NEUMANN 20

1.3.MENGUKUR KUALITAS ARSITEKTURKOMPUTER 28

1.3.1GENERALITAS 28

1.3.2DAYA TERAP 29

1.3.3EFISIENSI 29

1.3.4KEMUDAHAN PENGGUNAAN 30

1.3.5DAYA TEMPA (MALLEABILITY) 30

1.3.6DAYA KEMBANG 31

1.4.FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEBERHASILANARSITEKTUR KOMPUTER 31

1.4.1MANFAAT ARSITEKTURAL 32

1.4.2KINERJASISTEM 33

1.4.3BIAYA SISTEM 39

BAB 2.ARSITEKTUR SET INSTRUKSI 47

2.1.REPRESENTASI DATA 49

2.1.1UNITINFORMASI 49

2.1.2INTEGER DAN FRAKSION (BILANGANBULAT DAN PECAHAN) 50

2.1.3BILANGAN FLOATING-POINT(BILANGANTITIKAMBANG) 542.1.4STRUKTUR DATA 60

2.2.PRESIS!DATA DAN DATATYPE 65

2.2.1PRESISIDATATYPE DASAR 66

2.2.2KETENTUAN DATA PRESISIVARIABEL 67

2.3.SET REGISTER 69

2.4.JEN!SINSTRUKSI 76

2.4.1INSTRUKSIOPERATE 78

2.4.2INSTRUKSIAKSES MEMORI 82

2.4.3!NSTRUKSIKONTROL 89

2.4.4INSTRUKSI JENIS LAIN DAN KHUSUS 92

2.4.5 INSTRUKSI VEKTOR

2.5. TEKNIK PENGALAMATAN

2.5.1 PENGALAMATAN REGISTER

2.5.2 BOUNDARY ALIGNMENT (PENJAJARAN BATAS)2.5.3 PENGALAMATAN MEMORI

2.5.4 PERMASALAHAN DESAIN PENGALAMATAN

2.6. DESAIN SET INSTRUKSI

2.6.1 KELENGKAPAN

2.6.20RTOGONALITAS

2.6.3 KOMPATIBILITAS (DAYA SERASI-PASANG)

2.6.4 FORMAT INSTRUKSI

94

107

108

108

110

126

131

132

134

135

137

BAB 3. SISTEM BUS, CPU DAN I/O 161

3.1. BUS

3.1.1 JENIS BUS

3.1.2 TRANSFER BUS DAB SIGNAL KONTROL

3.2. CENTRAL PROCESSING UNIT (UNIT PEMROSESAN SENTRAL)3.2.1 ALU

3.2.2 UNIT KONTROL

3.2.3 HARDWARE DAN INSTRUKSI PEMROSESAN EXCEPTION

3.3. SYSTEM I/O

3.3.1 CPU-CONTRLLED I/O (I/O YANG DIKONTROL CPU)

3.3.2 SISTEM PENGOPERASIAN MULTIPROGRAMMING

3.3.3 PENYIMPANAN MULTIPORTED

3.3.4 DMA I/O (I/O AKSES MEMORI LANGSUNG)3.3.5 I/O YANG DIPETAKAN MEMORI

3.3.6 PERALATAN I/O FISIK

163

163

165

169

169

171

190

202

203

204

205

207

214

216

BAB 4. ARSITEKTUR SISTEM MEMORI 231

4.1. TEKNOLOGI DAN BIAYA SISTEM MEMORI

4.1.1 ORGANISASI MEMORI

4.1.2 JENIS MEMORI

4.2. SISTEM MEMORI UTAMA

4.2.1 RELOKASI PROGRAM DAN PROTEKSI MEMORI

4.2.2 MEMORI CACHE

4.2.3 MEMORI VIRTUAL

4.2.4 BANKING MEMORI DAN MEMORI EXPANDED

4.3. MASALAH DESAIN MEMORI

4.3.1 KECEPATAN MEMORI LAWAN KECEPATAN CPU

4.3.2 RUANG ALAMAT MEMORI

4.3.3 KESEIMBANGAN ANTARA KECEPATAN DAN BIAYA

233

237

241

249

252

258

268

281

284

285

286

288

BAB 5. ARSITEKTUR FAMILI KOMPUTER : IBM PC 307

5.1. FAMILI IBM PC DAN TURUNANNYA 309

5.1.1 IBM PC DAN PC AT 311

5.1.2 IBM PS/2 313

5.1.3 ANGGOTA KELOMPOK PC 314

5.2. KONFIGURASI MIKROKOMPUTER DASAR 315

5.3. KOMPONEN IBM PC 317

5.3.1 CPU 8088 318

5.3.2 INTERFACE KONTROL 325

5.3.3 PC BUS DAN SISTEM INTERRUPT 329

5.3.4 SISTEM 1/0 342

5.3.5 TIMER INTERVAL PROGRAMMABLE 353

5.3.6 KOPROSESOR TITIK AMBANG 354

5.4. SISTEM SOFTWARE 359

5.4.1 PENETAPAN ALAMAT PORT 1/0 359

5.4.2 PENETAPAN ALAMAT MEMORI 362

5.5. MANFAAT ARSITEKTURAL ARSITEKTUR PC 366

_-'BAB 6. PIPELINING DAN RISC 375

6.1. PIPELINING 377

6.1.1 PIPELINING UNIT ARITMETIK 381

6.1.2 PIPELINING UNIT INSTRUKSI 387

6.1.3 PENJADWALAN UNIT FUNGSIONAL 391

6.2. PROSESOR VEKTOR PIPELINED 398

6.3. KOMPUTER SET INSTRUKSI TEREDUKSI 401

6.3.1 PERSPEKTIF HISTORIS 404

6.3.2 KONTROVERSI RISC-CISC 405

6.3.3 TEKNIK IMPLEMENTASI RISC 409

BAB 7. PROSESOR PARALEL 423

7.1. JARINGAN INTERKONEKSI 426

7.1.1 TAKSONOMI 427

7.1.2 TOPOLOGI INTERKONEKSI 432

7.1.3 APLIKASI JARINGAN INTERKONEKSI UNTUK PROSESOR PARALEL 445

7.2. MESIN SIMD 448

7.2.1 JENIS ARSITEKTUR SIMD 449

7.2.2 OPERASI SIMD 452

7.3. MESIN MIMD 476

7.3.1 MENJALANKAN PROSES PADA PROSESOR MIMD 477

7.3.2 PERSYARATAN UNTUK SISTEM MULTIPROSESOR 478

7.3.3 KOHERENSI CACHE

7.3.4 MULTIPROSESOR TERANGKAI RENGGANG

7.3.5 KOMPUTER FAULT-TOLERANT

7.4. ARSITEKTUR PENGGANTI

7.4.1 ARSITEKTUR DATAFLOW

7.4.2 JARINGAN NEURAL

480

484

491

500

501

509

LAMPIRAN 535

LAMPIRAN A

LAMPIRAN B

536

541

KUNCI JAWABAN DAN SOAL-SOAL 569

DAFTAR ISTILAH 597

PENDAHULUAN

Desain komputer adalah seni menghasilkan komputer menurut spesifIkasi biayadan kinerja yang berdaya saing. Arsitektur komputer adalah seni membuat spesifIkasiyang berlaku sepanjang beberapa generasi teknologi.

Johann Sebastian Bach, yang menggubah musik untuk dimainkan dengan piano,menghadapi kendala selera instrumen dan cita rasa musik pada jamannya. Dalamkeberadaan kendala tersebut, ia menghasilkan melodi tambahan dalam suatu

aransemen yang kompleks dan dalam irama gembira. Kita masih bisa menikmatinyasekarang, sekitar 250 tabun dari jamannya. Kejeniusannya menggema sepanjang 10generasi manusia, yang hidup lebih lama dari pada gelombang perubahan artistik,politik, dan sosial.

Bagaimana kalau Bach mengetabui bahwa setiap lima tabun ada instrumenmusik generasi barn yang selalu merniliki kemampuan menghasilkan nada yanglebih kaya dan dalam harmonisasinya dari pada setiap generasi yang digantikannya?Bagaimana jika Batch tahu kalau patron darinya tersebut telah mengangkatserangkaian lagu yang dimainkan untuk dua puluh tabun berikutnya pada instrumenyang terentang jangka waktunya selama empat generasi? Dapatkah Bach menyusunpenciptaan instrumen masa datang yang berkualitas suara yang lebih baik? Dapatkahia menghasilkan serangkaian irama dan harmoni yang memberi kekuatan padasetiap generasi instrumen berikutnya?

Sebagai penggubah lagu yang dimainkan dengan instrumen khusus padajamannya yaitu alat musik clavichord, harpsichord, organ, dan biola, masalah yangdihadapai Batch sarna dengan masalah yang dihadapi oleh perancang komputer,yaitu bagaimana menggunakan bakat dan kepandaian untuk memanfaatkan teknologiyang telah ada dengan tepat. Kendala atau masalah yang dihadapi oleh arsitekkomputer persis seperti masalah hipotetis yang tidak dihadapi oleh Batch, yaitubagaimana menyusun bagian yang memanfaatkan atau mengeksploitir seperangkatteknologi barn, khususnya apabila anda belum mengetabui secara pasti mengenaiteknologi yang akan ada.

Arsitek komputer harns melihat 20 tabun ke depan dan memvi- sualisasikan

teknologi masa datang, agar ia dapat menciptakan mesin atau komputer yang dapatmengikuti perubahan teknologi dengan baik. Pada dua dekade yang lalu, kebanyakanarsitek tidak menyadari bahwa keputusannya untuk merancang mesin yang barnakan berdampak pada mesin yang dirancang 20 tahun atau lebih pada masaberikutnya. Beberapa keputusan desain yang nampaknya sudah dibuat secara op-timal untuk memoangun mesin yang sesuai dengan teknologi masa tersebut, temyata

mempunyai akibat negatif dan tak diinginkan di masa mendatang. Jika setiaprancangan barn dapat dibuat seolah-olahtidak ada desain yang lebih dulu dan takada sejarahnya, maka setiap desain barn akan bebas semaksimal mungkin untukmenggunakankemarnpuandari teknologiyang baru. Narnun,pendekatanatau caratersebut mengabaikaninvestasipelanggandan perlu dikompatibelkandengan pokoksoftware yang telah ada sebelumnya.

Pada tahun 1960-an,dihasilkangagasan mengenai rumpun komputer. Di siniseluruh anggota rumpun atau keluarga menjalankan program yang sarna danmemelihara kompatibilitas dengan hardware generasi sebelumnya apabila akandilakukan implementasi yang berdasarkan pada teknologi yang barn. Apa yangmembuat rumpun komputer berhasil? Kuncinya adalah dengan menciptakanarsitektur yang dapat diimplementasikandengan berbagai cara, untuk menjangkauberbagai macam tingkat biaya dan kinerja. Setiap implementasi harns bersifatkompetitif, narnun semua implementasiharns kompatibel (serasi-pasang).Programyang berjalan pada anggota rumpun tingkat dasar juga harns bisa dijalankan padasemua anggota rumpun tingkat yang lebih atas. Sebaliknya, program yangdipindahkan dari mesin yang berdaya tinggi ke mesin yang berdaya lebih rendahjuga harns berjalan secara kompatibel, dengan memberikan mesin yang berdayarendah tersebut dengan memori dan kemampuan disk yang memadai untukmendukung kerjanya.

Denganmempelajarisejarahnya,makakitaakanmengetabuiarsitekturdasamya.Arsitekturini akan berkembangsecaraperlahandengan perubahanyang sedikit dantersusundengan rapi,yangkemudianakan terbentukpada beberapatabunkemudian.Jika arsitektur tersebut merniliki kekurangan yang sangat menyolok, maka harnsdilakukan perubahan yang lebih drastis dan lebih sering. PDP-ll yang dibuat olehDigital Equipment Corporation (DEC), memiliki cacat atau kekurangan yaitumempunyai ruang lingkup address yang kecil. Segera sesudah pengenalannyayangpertama,arsitekturini diperluasuntukmemperbesarruang lingkup addressfisiknya.Namun, arsitektur ini hanya terkunci pada address 16-bit yang sesungguhnya.ArsitekturDEC VAX mengembangkangagasanyangtepat terhadapPDP-ll menjadiarsitektur yang mempunyaiaddress virtual 32-bit,yang pada waktu pengenalannyabegitu nampak tak terbatas. Arsitektur ini digunakan oleh DEC dan pelanggannyadengan sangat baik selarna satu dekade hingga "munculnyaarsitektur RISC (re-duced-instruction-set-computer)yangmenghasilkanmesinyang lebihberbiayaefektifdari pada implementasi VAX.

Munculnya mikroprosesor menciptakan cabang rumpun yang baru.Mikroprosesor bersifat terbatas, karena implementasinyaharns sesuai dengan satuchip sirkuit terpadu. Dengan teknologi sirkuit terpadu berada dalam masa

2

pertumbuhannya,maka mikroprosesorawal memiliki ruang address yang kecil dansusunaninstruksiyangrelatifsederhana.Perancangnyabelurnmeramalkanmengenaicara tumbuhnya rumpun arsitektur dari permulaan yang tidak rnenguntungkantersebut.Namun, evolusi arsitekturadalah hal yang umum dalam sejarahkornputer.

Prosesor yang rnenjaman adalah Intel 8080. la bersaing keras denganmikroprosesor terkenal yang lain, seperti MOS Technology 6502 (yang digunakandalam komputerApple II) dan Motorola6800. Intel yangdigunakandalam arsitektursarna dengan 8080 penggantiberikutnya.Walaupundua chip tidak secara langsungkompatibel, software 8080 dapat dipetakan dengan mudah ke dalam 8086 dengancara reasembly atau kompiliasi (penghirnpunan).

Berpacunya persaingan antara Intel dan perusahaan chip yang lain untukmemperoleh posisi pasar mikroprosesor yang kuat menyebabkan terjadinya titikbalik arsitektur 8086. Di sini ffiM memilihnyauntuk digunakan dalam ffiM PC-nya pada tabun 1981. Dari masa ini, arsitektur 8086 mernperoleh pangsa pasarmikroprosesor yang besar. Sedangkan arsitektur Motorola 68000 yang diterapkanoleh Apple untuk Macintosh menduduki posisi kedua.

Sejarah PC ffiM mempunyaicerita yang menarik,dan ia memberikanbanyakpelajaran kepada arsitek komputer.Baron dan Higbie banyak rnenggunakanteknikarsitekturyang menonjoldari rurnpunini. Arsitekturkomputer PC ffiM rnerupakansuper-set dari arsitektur rumpun 8086. Arsitektur PC ini tidak hanya meliputi setinstruksi 8086, namun juga interface elektrik kartu adapter dan interface sisternpengoperasian DOS (Disk Operating System). PC muncul lima tabun kernudiansetelah mikrokomputer 8-bit pertama dihadirkan, yaitu pada saat mikrokornputertelah digunakan di kantor, laboratorium, dan di rumah dalarn jumlah yang besar.

Kita mengetabuibahwa masuknyaffiM ke pasar mikrokomputeradalahdenganmemunculkan komputer yang berdasar pada Intel 8088, chip yang kornpatibeldengan Intel 8086, yang mempunyai interfacebus data 8-bit, bukan interface.l6-bit. Hal lain yang bersifat khas mengenai kemunculannya ini adalah bahwa ffiMmenyertakan informasi cara menginterface ke komputer tersebut. Dalam jangkawaktu yang singkat, banyak berkembang industri yang memberikan pasokan akankebutuhan kartu dan suku cadang untuk PC. Akhimya, para perusahaan tersebutbisa menghasilkan komputer kompatibel tanpa memintahak cipta dan hak patendari ffiM. Pada saat itu, PC ffiM menjadi arsitekturkomputerstandartyang bersifatde facto dan ia disuplai oleh ratusanperusahaan lain yang menawarkankonfigurasifull-system dan dengan komponen yang mudah dipasang.

Pada tabun 1985, ffiM meluncurkangenerasi komputer (machine) yang barn,yaitu ffiM PC AT (Advanced Technology), yang didasarkan pada prosesor Intel

3

80286. Komputer ini menjadi dasar dari standartde facto yang kedua, dan industrikomputer memberikan respon yang cepat dengan menghasilkan pelengkappendukung dan komputer kompatibel. Semenjak industri komputerisasi tumbuhdan berkaitan dengan dua arsitektur di atas, konsumen mendapatkan keuntunganharga yang murah, konsumen bisa mendapatkannyasecara mudah melalui dealerterdekat atau memesan lewat surat, dan konsumen bisa mendapa*an pelayananyang tidak sulit.

IBM menetapkanrumpunkomputerbarn pada tahun 1987,yaitu PS/2. RumpunPS/2 adalah software yang kompatibel dengan IBM PC dan PC AT, namun iamempunyaikomponen interfaceelektrikdan fisik yang berbeda.Tidak lama setelahpeluncuranPS/2, IBM menghentikanproduksiPC dan PC AT-nya.Namundemikian,bisnis IBM PC dan PC AT tetap tumbuh pada saat itu, dengan menempatkan IBMdalam posisisatu-satunyaperusahaanyangtidakmenciptakanmesinyangkompatibelterhadap IBM PC atau PC AT. Akhimya, IBM meluncurkanbeberapa model PSI2 yang secarapenuh kompatibeldengan IBM PC AT, dan secara resmi telah masukkembali ke pasar.

Dengan demikian, konsumen mendapatkan standart de facto, dan IBM tidakbisa langsung meninggalkan apa yang telah diluncurkannya dalam waktu yangsingkat. IBM PS/2 hanya mendapatkandasar software yang telah ada, dan ia tidakdengan segera bersaing dalam harganya dan keberadaan komponen yang mudahdipasang.Juga, ada sejumlahperusahaansemikonduktoryangtelahmengembangkankomponen pendukung VLSI (very-Iarge-scale-integraton)dan chip kontrol untukmenjalankan fungsi standart de facto yang kompleks. Chip ini mengarah padapenurunan harga yang lebih rendah. Beberapa faktor tersebut telah membantuperusahaan yang menghasilkan rumpun IBM PC bisa menawarkan harga yanglebih murah dan kinerja yang lebih tinggi secaraberkesinambungan,dimana hal inimenjadikan industri ini tetap hidup dan sehat setelah IBM melepaskankompatibilitasnya. Oleh karena itu, kemampuan PS/2 yang meningkat, yangdimaksudkan untuk menarik pemakai PC yang telah ada ke jalur mesin yang barn,tidak bisa berhasilmengajakmayoritaspemakaitersebutuntukmelakukanperubahan.Akhimya, IBM memilih untuk kembali ke pasar yang telah ia rencanakan untukditinggalkan.

Bila ditilik kembali, seseorang dapat melihat bahwa keputusan IBM untukmembuat detail informasiumum mengenaiPC dan PC AT telah menciptakanpasaryang disebabkankarena adanya persainganantara perusahaandalam menghasilkankomponen yang kompatibel dalam volume yang tinggi. Dan dengan demikian, haltersebutakan memberikankeuntunganbagiparapelangganPc. Karenapasar tumbuhdan berkembang mencapai volume jutaan mesin setiap tahunnya, maka pasarmengarah pada evolusi pergantian teknologi lama ke teknologi yang barn.

4

Pada tahun 1980, dimunculkan arsitektur barn untuk pemrosesan paralel danpemrosesan vektor; kedua mesin ini dijelaskan dalam buku ini. Jalur pemipaan,yang merupakan teknik yang diturunkan ke superkomputer, menjadi arsitekturindependen dan sekarang digunakan dalam mikroprosesor low-end dan prosesorRISC, dan iajuga merupakansuperkomputerilmiahyangpada mulanyamenampungteknik tersebut. Baron dan Higbie memberikan sentuhan pemipaan tersebut padasuperkomputer Cray pertamanya dan pada arsitektur RISC-nya. Contoh lainsuperkomputer, misalnya Connection Machine CM-2 dan mikroprosesor paralelIntel, menggambarkankonsep seperti itu dengan menampilkan mesin paralel yangbesar, pemrosesan vektor, pemrosesan tersebar, dan interkoneksi yang berakarbanyak.

Apa yang akan menjadi tantangan di masa mendatang? Baron dan Higbiemencari konsepsi yang lebih maju yang belum dikenal sebagai arsitektur rumpun.RISC adalah yang paling tepat. ArsitektumyamenggambarkanImplementasihard-ware ke software, sehingga compiler optimisasi mempunyai peluang untukmeningkatkan kinerjanya. Bagaimana hal tersebut berkembang pada saat itu?Mungkin arsitektur semacam itu tidak akan sensitif terhadap perubahan teknologibarn. Atau mungkin implementasinyaakan berubah secara drastis, dan interfaceyang tetap sama dari generasike generasiakan menjadiinterfaceterhadap compileroptimisasi.

Masalah bagi Bach yang pemah kita kemukakan adalah cara menyusunperubahan rumpun instrumen musik. Anda bisa merasakan betapa tour de force-nya begitu menakjubkanbila terciptakarya agung untuk instrumenpikolo dan tuba.Jika komposisinyauntuk instrumenyangsangatberbeda,katakanlahsintesiserMoog,maka komposisi tersebut dapat terpisah dari skala nada dan irama formal. Jadi,bayangkan apabila menyusun sebuah instrumen,namun instrumen tersebut belumdiketemukan. Dan demikianlahsejarah arsitekturrumpun komputer. Maka, ketikakita melihat pengenalanRISC, mesin paralelbesar, dan dasar barn untuk arsitekturmasa mendatang, kita mengkhawatirkanapakah nada dan iramanya akan cocokdengan rumpun mesin yang barn.

5