PENGANTAR
ARSITEKTUR .KOMPUTER
SERI DIKTATKULIAH
PENGANTAR
ARSITEKTUR KOMPUTER
Oleh : D. Suryadi HS Gambar Sampul : Toto Bes Design dan Lay Out : Toto Bes Edisi pertama cetakan pertama, Agustus 1994 Diterbitkan pertama kali oleh Gunadarma Hak cipta dilindungi undang-undang Jakarta 1994
PRAKATA Buku PengantarArsitekturKomputerini mempakan salah satu dari serangkaian seri diktat kuliah yang diterbitkan oleh Penerbit Gunadarma, buku ini digunakan sebagaibuku teks baik bagi mahasiswajumsan teknikInformatika, teknikkomputer, maupun manajemen informatika. Selain itu untuk mahasiswa dari jumsan lain seperti jumsan teknik listrik dapat pula memanfaat kan buku ini. Di sini para membaca sebaiknya telah mendapatkan pengetahuan mengenai logika digital dan telah mengenal komponen sirkuit dasar, rnisalnya switch, enkoder dan dekoder, multiplexordan demultiplexor,register, sirkuitaritmetikdan'logis, dan unit kontrol. Kami juga mengasumsikan bahwa pembaca telah berpengalaman dengan pernrograman. Dalam menyusun buku ini, tujuan karni adalah untuk mengenalkan konsep dasar berjangkauan luas yang berhubungan dengan arsitektur komputer. Bab 1 mengenalkan kategori komputer utama dan membahas berbagai ukuran kinerja komputer. Tiga bab berikutnya mernfokuskanpada pembangunan blok komputer, yang meliputi set instruksi (Bab 2); sistem hardware, unit pernrosesan sentral dan kontrolnya, dan sistem input-output (Bab 3); dan sistem memori (Bab 4). Bab 5 memadukan pokok bahasan tersebut dengan melakukanpembahasan arsitektur dari mmpun komputer yang bam, yaitu International Business Machines (ffiM) Pc. Dua bab yang terakhir mernfokuskanpada pembahasan teknik untuk mengenalkan paralelisme 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, yang me1iputi komputer paralel besar dan komputer multiprosesor; Bab 7 juga mengenalkan prosesor ams data dan jaringan inti, dua perkembangan arsitektur
komputeryangbam.
.
Mahasiswa diharapkan akan bisa mencapai dua tujuan dari mempelajari arsitekturkomputerini.Salahsatutujuanyang diharapkanadalahmahasiswamenjadi kenal dengan sekumpulankonsep yang besar dan terrninologiyang menyertainya. Dengan pemahamannyaini, mahasiswa akan bisa membacadan memaharni artikel teknik atau brosur promosi yang mendeskripsikanarsitektur komputer bam dan ia dapat mengetahui persoalan desain dan perdagangan arsitektur. Ia juga akan memahami trend bam dalam arsitektur komputer, dan dengan demikian, ia mempunyai pandangan mengenaiarah perkembanganmesinkomputerisasi di masa mendatang.
Case Studies berisi beberapa contoh set register dan set instruksi, tennasuk set register dan set instruksi dari mikroprosesor ffiM System!360, Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-ll, Control Data Corporation(CDC) 6600, MIPS R2000, ffiM RISC System!6000,dan Intel 8086. Apabila mahasiswa membaca Bab 2, ia akan dapat memperoleh wawasan yang luas terhadap desain set register dan set instruksidengan cara mempelajaripilihan yang dilakukanoleh para arsitek terhadap komputer yang lebih menonjol. Bab 3 memfokuskan pada dua subsistem komputer yang penting: unit pemrosesansentraldan sisteminput-output.Pembahasankita disiniadalahmengenai arsitektur sistem hardware dari komputer. Mungkin materi pendukung untuk bab ini adalah dari Bab 5, disitu kita membahasarsitektur sistem hardware dari rumpun ffiM PC. Lebih dari itu, kami menampilkan berbagai desain CPU dalam Case Studies. Sebagai contoh, kita mendeskripsikanrumpun mikroprosesor Intel 80x86 maupun CPU B1700dan B6700 (keduanyadari Burroughs),CDC 6600, dan ffiM RISC System!6000 yang semuanyamemilikitujuan dan fIlsafatdesain yang sangat berbeda. Mesin berikut menggambarkan dan mendukung berbagai teknik I/O yang dibahas pada Bab 3: ffiM PC (Bab 5), ffiM System!360,PDP-ll, CDC 6600, dan Goodyear MPP. Bab 4 memfokuskanpada desain sistem memori, yang mencakup teknik interleaving, memori cache, dan memori virtual. Banyak mesin (komputer) awal yang menggunakan low-order interleaving,tennasuk CDC 6600, Texas Instruments (TI) ASC, CRAY-1, dan ll..LIAC IV; sementara sekarang, prosesor yang mempunyai kecepatan tinggi juga menggunakan low-order interleaving. Banyak juga mesin yang menggunakan memori cache dalam suatu bentuk atau bentuk yang lain, tennasuk ll..LIAC IV, CRAY-l, MIPS R2oo0, dan ffiM System! R6000. Banyak mesin yang barn dilengkapi dengan hardware memori virtual, yang meliputi mikroprosesorIntel 80286 dan 80386 dan dua RISC - yaitu MIPS R2000 dan ffiM RISC System!6000. Banyak mesinjaman dahulu yang menggunakan memori virtual juga, seperti PDP-ll, VAX-ll, ffiM System!370, dan TI ASC. Bab 5 adalah' satu-satunya bab yang mengemukakan gambaran yang relatif lengkap mengenai keseluruhan komputer, dan memilih menerangkan jenis ffiM PC. Arsitektur set instruksi tidak dijelaskan dalam teks, namun di dipresentasikan bersama dengan deskripsi mengenai unitpemrosesan sentral dalam Case Studies (lihat Case Study 12). Bab 5 menekankan pada penjelasan struktur bus, berbagai macam peralatan interface I/O seri dan paralel, pengontrol DMA (direct-memoryaccess), dan pengontrol interrupt. Bab 5 juga memberikan penjelasan mengenai cara arsitek dalam menandairuang alamat ke I/O dan ruang alamat memori utama.
~
~~OLOGI ~ -, ~~~ ~ '\;
=: .
~
~
5
~
:n
UN ,,"O"'f''''''' .
« ~~ ~"C->?~~j~ ~ItN Ittf~~~' Tujuan yang kedua yang diharapkandicapai ol~fili11l1i~r;;aadalah perolehan pengetahuandan pemahamankhusus mengenai sejaraharsitekturkomputer. Secara
reIatif, hanya terdapat beberapa perusahaan dan mesin (komputer) yang mendominasi
industri ini sejak kemunculannyayang pertama, dan mahasiswa harns mengetahui mengenai mesin tersebut,strukturnya,dan kontribusinyaterhadapperancangbidang arsitekturkomputer. Sebaiknyamahasiswamengetahuimengapabeberapa arsitektur bisa bertahan sampai 30 tahun, sementara yang lain telahmenjadi kuno. Mahasiswa dapat mencapai tujuan yang pertama dengan cara mempe lajari tulisan dalam teksbook ini. Materi telah dirancang agar dapat digunakan untuk bahan mata kuliah arsitektur komputer selama satu semester. Di sini diasumsikan bahwa tiap bab dalam buku ini akan bisa selesai dibahas selama dua minggu. Mahasiswa dapat mencapai tujuan yang kedua dengan cara membaca mengenai artikel komputerdan rumpunkomputertertentu.Telah diberikandeskripsimengenai mesin berikut ini untuk dipilih sebagai bacaan. Case Studies in Computer Architecture dapat digunakan oleh mahasiswasebagaipelengkapuntuk memahamibuku: Burroughs B1700 Burroughs B6700 CDC 6600 and family CRAY-1 and family DEC PDP-l1 family DEC VAX-ll family Goodyear MPP IBM System!370 family IBM System/R6000
ILLIAC IV Intel 80x86 family Intel iPSCI2 MIPS R2000 Motorola 68000 family Sun SPARC Tandem! 16 TlASC Thinking Machine CM-2
Berikut adalah deskripsi buku yang lebih detail dari pada yang telah dikemukakan sebelumnya, yang dilengkapi dengan saran mengenai bagaimana menggunakan studi kasus di atas dengan cara yang paling tepat. Bab 1 mendeskripsikan komputer secara umum dan mengenalkan sistem komputerisasi dasar. Ia juga memberikan klasiftkasi komputer yang didasarkan pada cara CPU memproses instruksi dan data. Bab ini juga membahas sejurnlah sifat umum yang mempengarnhikualitas dan daya terap komputer untuk pemakai yang menginginkannya, yang dikemukakan bersama dengan sejurnlah cara yang dilakukan 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,dan kelengkapan, ortogonalitas, dan kompatibilitaskualitas set instruksi.
Yang terakhir, ia menjelaskan bagaimana arsitek IBM mengembangkan arsitektur bus I/O dari PC ke AT dan bagaimana konsorsium industri mengembangkannya lebih jauh lagi ke bus EISA. - Dua bab yang terakhir menjelaskan teknik untuk meningkatkan kinerja komputer. Bab 6 memfokuskan pada pembahasan pipelining, sementara Bab 7 memfokuskan pada pemrosesan paralel. Pada Bab 6, kita membahas pipelining instruksidan pipeliningunit eksekusi, dan juga dibahas cara arsitekjaman sekarang dalam menggunakan dasar pipelining untuk merancang RISC, yang juga akan berguna untuk pipeliningitu sendiri.Karnijuga mendeskripsikanpemrosesanvektor pipeline sebagai gambaran penggunaan pipelining yang penting. Case Studies menjelaskan sejumlah prosesor pipeline, prosesor vektor, dan RISe, yang meliputi mesin pelopor (IBM System/360Model 91 dan CDC 6600), prosesor vektor awal (CRAY-l dan TI ASC), dan RISC bam (MIPS R2000, Sun SPARC, dan IBM RISC System/6000). Pada Bab 7, yang merupakan bab penutup, kita akan membahas arsitektur prosesor paralel. Arsitektur ini memberikan alternatif pada melakukan pipelining (walau arsitekturtersebutmungkinjuga di-pipelining).Duajenis utama dari prosesor paralel adalah array prosesor, dimana terdapat satu unit kontrol yang mengatur aktivitas dari sejumlah besar prosesor data independen (sebanyak 65.536 pada mesin besar yang bam), dan komputer multiprosesor.Yang terakhir ini cenderung menja di multiprosesorkomersil yang berkecepatantinggi, dimana beberapa CPU secara bersama-sama menggunakan sistem memori yang sarna atau sistem yang khusus dirancang untuk operasi fault-tolerant.Case Studies menjelaskan beberapa array prosesor (ILLIAC IV, Goodyear MPP, dan Thinking Machine's CM-2 Connection Machine) dan sebuah sistem fault-tolerant lama, yaitu Tandem/16. Walaupun disarankan agar anda menggunakan teks ini secara bersama-sama dengan Case Studies, naroun sebenarnyateks ini ditulis secara mandiri. Latihan dan masalah yang disertakan pada setiap akhir bab tidak tergantung pada bahan atau materi yang ada di dalam Case Studies. Ditampilkan latihan secara terpisah dan tergantung pada mesin (komputer) yang bam kita bahas. Isi buku ini sebagianbesar mengacupada buku Computer Architecturkarangan Harold S. Stone.Mudah-mudahanbuku ini dapat dimanfaatkanbagi para mahasiswa dengan sebaik-baiknya. Depok, Juli 1994
Penyusun
DAFTAR
151
PRAKATA PENDAHULUAN
1
BAB 1.ARSITEKTUR KOMPUTER 1.1.PERSPEKTIFHISTORIS 1.2.KLASIFIKASI ARSITEKTUR KOMPUTER 1.2.1 MESIN VON NEUMANN 1.2.2 MESIN NON-VON NEUMANN 1.3. MENGUKUR KUALITAS ARSITEKTUR KOMPUTER 1.3.1 GENERALITAS 1.3.2 DAYA TERAP 1.3.3 EFISIENSI 1.3.4 KEMUDAHAN PENGGUNAAN 1.3.5 DAYA TEMPA (MALLEABILITY) 1.3.6 DAYA KEMBANG 1.4.FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEBERHASILANARSITEKTUR KOMPUTER 1.4.1 MANFAAT ARSITEKTURAL 1.4.2 KINERJASISTEM 1.4.3 BIAYA SISTEM
7 11 17 17 20 28 28 29 29 30 30 31 31 32 33 39
BAB 2.ARSITEKTUR SET INSTRUKSI 2.1.REPRESENTASI DATA 2.1.1 UNIT INFORMASI
47 49 49
2.1.2INTEGER DAN FRAKSION (BILANGANBULAT DAN PECAHAN) 2.1.3 BILANGAN FLOATING-POINT(BILANGANTITIKAMBANG) 2.1.4 STRUKTUR DATA 2.2.PRESIS!DATA DAN DATATYPE 2.2.1PRESISIDATATYPE DASAR 2.2.2KETENTUAN DATA PRESISIVARIABEL 2.3.SET REGISTER 2.4.JEN!SINSTRUKSI 2.4.1INSTRUKSIOPERATE 2.4.2INSTRUKSIAKSES MEMORI 2.4.3 !NSTRUKSIKONTROL
50 54 60 65 66 67 69 76 78 82 89
2.4.4INSTRUKSI JENIS LAIN DAN KHUSUS
92
2.4.5 INSTRUKSI VEKTOR 2.5. TEKNIK PENGALAMATAN
94 107
2.5.1 PENGALAMATAN REGISTER
108
2.5.2 BOUNDARY ALIGNMENT (PENJAJARAN BATAS) 2.5.3 PENGALAMATAN MEMORI
108
2.5.4 PERMASALAHAN DESAIN PENGALAMATAN
126
110
2.6. DESAIN SET INSTRUKSI
131
2.6.1 KELENGKAPAN
132
2.6.20RTOGONALITAS
134
2.6.3 KOMPATIBILITAS (DAYA SERASI-PASANG) 2.6.4 FORMAT INSTRUKSI
135
BAB 3. SISTEM BUS, CPU DAN I/O 3.1. BUS
137 161 163
3.1.1 JENIS BUS
163
3.1.2 TRANSFER BUS DAB SIGNAL KONTROL
165
3.2. CENTRAL PROCESSING UNIT (UNIT PEMROSESAN SENTRAL) 3.2.1 ALU
169 169
3.2.2 UNIT KONTROL
171
3.2.3 HARDWARE DAN INSTRUKSI PEMROSESAN EXCEPTION
190
3.3. SYSTEM I/O
202
3.3.1 CPU-CONTRLLED I/O (I/O YANG DIKONTROL CPU) 3.3.2 SISTEM PENGOPERASIAN MULTIPROGRAMMING
203
3.3.3 PENYIMPANAN MULTIPORTED
205
3.3.4 DMA I/O (I/O AKSES MEMORI LANGSUNG) 3.3.5 I/O YANG DIPETAKAN MEMORI
207
3.3.6 PERALATAN I/O FISIK
216
BAB 4. ARSITEKTUR SISTEM MEMORI 4.1. TEKNOLOGI DAN BIAYA SISTEM MEMORI
204
214
231 233
4.1.1 ORGANISASI MEMORI
237
4.1.2 JENIS MEMORI
241
4.2. SISTEM MEMORI UTAMA
249
4.2.1 RELOKASI PROGRAM DAN PROTEKSI MEMORI
252
4.2.2 MEMORI CACHE
258
4.2.3 MEMORI VIRTUAL
268
4.2.4 BANKING MEMORI DAN MEMORI EXPANDED
281
4.3. MASALAH DESAIN MEMORI
284
4.3.1 KECEPATAN MEMORI LAWAN KECEPATAN CPU
285
4.3.2 RUANG ALAMAT MEMORI
286
4.3.3 KESEIMBANGAN ANTARA KECEPATAN DAN BIAYA
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 AM BANG
354
5.4. SISTEM SOFTWARE 5.4.1 PENETAPAN ALAMAT PORT 1/0 5.4.2 PENETAPAN ALAMAT MEMORI 5.5. MANFAAT ARSITEKTURAL ARSITEKTUR PC _-'BAB 6. PIPELINING DAN RISC 6.1. PIPELINING
359 359 362 366 375 377
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
480
7.3.4 MULTIPROSESOR TERANGKAI RENGGANG
484
7.3.5 KOMPUTER FAULT-TOLERANT
491
7.4. ARSITEKTUR PENGGANTI
500
7.4.1 ARSITEKTUR DATAFLOW
501
7.4.2 JARINGAN NEURAL
509
LAMPIRAN
535
LAMPIRAN A
536
LAMPIRAN B
541
KUNCI JAWABAN DAN SOAL-SOAL
569
DAFTAR ISTILAH
597
PENDAHULUAN Desain komputer adalah seni menghasilkan komputer menurut spesifIkasi biaya dan kinerja yang berdaya saing. Arsitektur komputer adalah seni membuat spesifIkasi yang 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. Dalam keberadaan kendala tersebut, ia menghasilkan melodi tambahan dalam suatu aransemen yang kompleks dan dalam irama gembira. Kita masih bisa menikmatinya sekarang, sekitar 250 tabun dari jamannya. Kejeniusannya menggema sepanjang 10 generasi manusia, yang hidup lebih lama dari pada gelombang perubahan artistik, politik, dan sosial. Bagaimana kalau Bach mengetabui bahwa setiap lima tabun ada instrumen musik generasi barn yang selalu merniliki kemampuan menghasilkan nada yang lebih kaya dan dalam harmonisasinya dari pada setiap generasi yang digantikannya? Bagaimana jika Batch tahu kalau patron darinya tersebut telah mengangkat serangkaian lagu yang dimainkan untuk dua puluh tabun berikutnya pada instrumen yang terentang jangka waktunya selama empat generasi? Dapatkah Bach menyusun penciptaan instrumen masa datang yang berkualitas suara yang lebih baik? Dapatkah ia menghasilkan serangkaian irama dan harmoni yang memberi kekuatan pada setiap generasi instrumen berikutnya? Sebagai penggubah lagu yang dimainkan dengan instrumen khusus pada jamannya yaitu alat musik clavichord, harpsichord, organ, dan biola, masalah yang dihadapai Batch sarna dengan masalah yang dihadapi oleh perancang komputer, yaitu bagaimana menggunakan bakat dan kepandaian untuk memanfaatkan teknologi yang telah ada dengan tepat. Kendala atau masalah yang dihadapi oleh arsitek komputer persis seperti masalah hipotetis yang tidak dihadapi oleh Batch, yaitu bagaimana menyusun bagian yang memanfaatkan atau mengeksploitir seperangkat teknologi barn, khususnya apabila anda belum mengetabui secara pasti mengenai teknologi 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 dapat mengikuti perubahan teknologi dengan baik. Pada dua dekade yang lalu, kebanyakan arsitek tidak menyadari bahwa keputusannya untuk merancang mesin yang barn akan berdampak pada mesin yang dirancang 20 tahun atau lebih pada masa berikutnya. Beberapa keputusan desain yang nampaknya sudah dibuat secara optimal untuk memoangun mesin yang sesuai dengan teknologi masa tersebut, temyata
mempunyai akibat negatif dan tak diinginkan di masa mendatang. Jika setiap rancangan barn dapat dibuat seolah-olah tidak ada desain yang lebih dulu dan tak ada sejarahnya, maka setiap desain barn akan bebas semaksimal mungkin untuk menggunakan kemarnpuandari teknologi yang baru. Narnun, pendekatan atau cara tersebut mengabaikaninvestasipelanggandan perlu dikompatibelkandengan pokok software yang telah ada sebelumnya. Pada tahun 1960-an,dihasilkan gagasan mengenai rumpun komputer. Di sini seluruh anggota rumpun atau keluarga menjalankan program yang sarna dan memelihara kompatibilitas dengan hardware generasi sebelumnya apabila akan dilakukan implementasi yang berdasarkan pada teknologi yang barn. Apa yang membuat rumpun komputer berhasil? Kuncinya adalah dengan menciptakan arsitektur yang dapat diimplementasikandengan berbagai cara, untuk menjangkau berbagai macam tingkat biaya dan kinerja. Setiap implementasi harns bersifat kompetitif, narnun semua implementasiharns kompatibel (serasi-pasang).Program yang berjalan pada anggota rumpun tingkat dasar juga harns bisa dijalankan pada semua anggota rumpun tingkat yang lebih atas. Sebaliknya, program yang dipindahkan dari mesin yang berdaya tinggi ke mesin yang berdaya lebih rendah juga harns berjalan secara kompatibel, dengan memberikan mesin yang berdaya rendah tersebut dengan memori dan kemampuan disk yang memadai untuk mendukung kerjanya. Dengan mempelajarisejarahnya,maka kita akan mengetabuiarsitekturdasamya. Arsitekturini akan berkembangsecaraperlahandengan perubahanyang sedikit dan tersusundengan rapi, yang kemudianakan terbentukpada beberapatabunkemudian. Jika arsitektur tersebut merniliki kekurangan yang sangat menyolok, maka harns dilakukan perubahan yang lebih drastis dan lebih sering. PDP-ll yang dibuat oleh Digital Equipment Corporation (DEC), memiliki cacat atau kekurangan yaitu mempunyai ruang lingkup address yang kecil. Segera sesudah pengenalannyayang pertama, arsitekturini diperluasuntuk memperbesarruang lingkup addressfisiknya. Namun, arsitektur ini hanya terkunci pada address 16-bit yang sesungguhnya. ArsitekturDEC VAX mengembangkangagasanyangtepat terhadapPDP-ll menjadi arsitektur yang mempunyai address virtual 32-bit, yang pada waktu pengenalannya begitu nampak tak terbatas. Arsitektur ini digunakan oleh DEC dan pelanggannya dengan sangat baik selarna satu dekade hingga "munculnyaarsitektur RISC (reduced-instruction-set-computer) yang menghasilkanmesinyang lebihberbiayaefektif dari pada implementasi VAX. Munculnya mikroprosesor menciptakan cabang rumpun yang baru. Mikroprosesor bersifat terbatas, karena implementasinyaharns sesuai dengan satu chip sirkuit terpadu. Dengan teknologi sirkuit terpadu berada dalam masa 2
pertumbuhannya,maka mikroprosesorawal memiliki ruang address yang kecil dan susunaninstruksiyang relatifsederhana.Perancangnyabelurnmeramalkanmengenai cara tumbuhnya rumpun arsitektur dari permulaan yang tidak rnenguntungkan tersebut. Namun, evolusi arsitekturadalah hal yang umum dalam sejarahkornputer. Prosesor yang rnenjaman adalah Intel 8080. la bersaing keras dengan mikroprosesor terkenal yang lain, seperti MOS Technology 6502 (yang digunakan dalam komputerApple II) dan Motorola6800. Intel yang digunakandalam arsitektur sarna dengan 8080 pengganti berikutnya.Walaupun dua chip tidak secara langsung kompatibel, software 8080 dapat dipetakan dengan mudah ke dalam 8086 dengan cara reasembly atau kompiliasi (penghirnpunan). Berpacunya persaingan antara Intel dan perusahaan chip yang lain untuk memperoleh posisi pasar mikroprosesor yang kuat menyebabkan terjadinya titik balik arsitektur 8086. Di sini ffiM memilihnya untuk digunakan dalam ffiM PCnya pada tabun 1981. Dari masa ini, arsitektur 8086 mernperoleh pangsa pasar mikroprosesor yang besar. Sedangkan arsitektur Motorola 68000 yang diterapkan oleh Apple untuk Macintosh menduduki posisi kedua. Sejarah PC ffiM mempunyai cerita yang menarik,dan ia memberikan banyak pelajaran kepada arsitek komputer. Baron dan Higbie banyak rnenggunakanteknik arsitektur yang menonjol dari rurnpun ini. Arsitekturkomputer PC ffiM rnerupakan super-set dari arsitektur rumpun 8086. Arsitektur PC ini tidak hanya meliputi set instruksi 8086, namun juga interface elektrik kartu adapter dan interface sistern pengoperasian DOS (Disk Operating System). PC muncul lima tabun kernudian setelah mikrokomputer 8-bit pertama dihadirkan, yaitu pada saat mikrokornputer telah digunakan di kantor, laboratorium, dan di rumah dalarn jumlah yang besar. Kita mengetabuibahwa masuknyaffiM ke pasar mikrokomputeradalahdengan memunculkan komputer yang berdasar pada Intel 8088, chip yang kornpatibel dengan Intel 8086, yang mempunyai interface bus data 8-bit, bukan interface.l6bit. Hal lain yang bersifat khas mengenai kemunculannya ini adalah bahwa ffiM menyertakan informasi cara menginterface ke komputer tersebut. Dalam jangka waktu yang singkat, banyak berkembang industri yang memberikan pasokan akan kebutuhan kartu dan suku cadang untuk PC. Akhimya, para perusahaan tersebut bisa menghasilkan komputer kompatibel tanpa meminta hak cipta dan hak paten dari ffiM. Pada saat itu, PC ffiM menjadi arsitekturkomputerstandart yang bersifat de facto dan ia disuplai oleh ratusan perusahaan lain yang menawarkankonfigurasi full-system dan dengan komponen yang mudah dipasang. Pada tabun 1985, ffiM meluncurkan generasi komputer (machine) yang barn, yaitu ffiM PC AT (Advanced Technology), yang didasarkan pada prosesor Intel 3
80286. Komputer ini menjadi dasar dari standart de facto yang kedua, dan industri komputer memberikan respon yang cepat dengan menghasilkan pelengkap pendukung dan komputer kompatibel. Semenjak industri komputerisasi tumbuh dan berkaitan dengan dua arsitektur di atas, konsumen mendapatkan keuntungan harga yang murah, konsumen bisa mendapatkannya secara mudah melalui dealer terdekat atau memesan lewat surat, dan konsumen bisa mendapa*an pelayanan yang tidak sulit. IBM menetapkanrumpunkomputerbarn pada tahun 1987,yaitu PS/2. Rumpun PS/2 adalah software yang kompatibel dengan IBM PC dan PC AT, namun ia mempunyaikomponen interfaceelektrikdan fisik yang berbeda.Tidak lama setelah peluncuranPS/2, IBM menghentikanproduksiPC dan PC AT-nya.Namundemikian, bisnis IBM PC dan PC AT tetap tumbuh pada saat itu, dengan menempatkan IBM dalam posisisatu-satunyaperusahaanyang tidakmenciptakanmesinyang kompatibel terhadap IBM PC atau PC AT. Akhimya, IBM meluncurkan beberapa model PSI 2 yang secara penuh kompatibeldengan IBM PC AT, dan secara resmi telah masuk kembali ke pasar. Dengan demikian, konsumen mendapatkan standart de facto, dan IBM tidak bisa langsung meninggalkan apa yang telah diluncurkannya dalam waktu yang singkat. IBM PS/2 hanya mendapatkandasar software yang telah ada, dan ia tidak dengan segera bersaing dalam harganya dan keberadaan komponen yang mudah dipasang.Juga, ada sejumlahperusahaansemikonduktoryang telah mengembangkan komponen pendukung VLSI (very-Iarge-scale-integraton)dan chip kontrol untuk menjalankan fungsi standart de facto yang kompleks. Chip ini mengarah pada penurunan harga yang lebih rendah. Beberapa faktor tersebut telah membantu perusahaan yang menghasilkan rumpun IBM PC bisa menawarkan harga yang lebih murah dan kinerja yang lebih tinggi secara berkesinambungan,dimana hal ini menjadikan industri ini tetap hidup dan sehat setelah IBM melepaskan kompatibilitasnya. Oleh karena itu, kemampuan PS/2 yang meningkat, yang dimaksudkan 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 untuk ditinggalkan. Bila ditilik kembali, seseorang dapat melihat bahwa keputusan IBM untuk membuat detail informasiumum mengenaiPC dan PC AT telah menciptakanpasar yang disebabkankarena adanya persaingan antara perusahaandalam menghasilkan komponen yang kompatibel dalam volume yang tinggi. Dan dengan demikian, hal tersebutakan memberikankeuntunganbagi para pelangganPc. Karenapasar tumbuh dan berkembang mencapai volume jutaan mesin setiap tahunnya, maka pasar mengarah pada evolusi pergantian teknologi lama ke teknologi yang barn. 4
Pada tahun 1980, dimunculkan arsitektur barn untuk pemrosesan paralel dan pemrosesan vektor; kedua mesin ini dijelaskan dalam buku ini. Jalur pemipaan, yang merupakan teknik yang diturunkan ke superkomputer, menjadi arsitektur independen dan sekarang digunakan dalam mikroprosesor low-end dan prosesor RISC, dan iajuga merupakansuperkomputerilmiahyang pada mulanyamenampung teknik tersebut. Baron dan Higbie memberikan sentuhan pemipaan tersebut pada superkomputer Cray pertamanya dan pada arsitektur RISC-nya. Contoh lain superkomputer, misalnya Connection Machine CM-2 dan mikroprosesor paralel Intel, menggambarkankonsep seperti itu dengan menampilkan mesin paralel yang besar, pemrosesan vektor, pemrosesan tersebar, dan interkoneksi yang berakar banyak. Apa yang akan menjadi tantangan di masa mendatang? Baron dan Higbie mencari konsepsi yang lebih maju yang belum dikenal sebagai arsitektur rumpun. RISC adalah yang paling tepat. ArsitektumyamenggambarkanImplementasihardware ke software, sehingga compiler optimisasi mempunyai peluang untuk meningkatkan kinerjanya. Bagaimana hal tersebut berkembang pada saat itu? Mungkin arsitektur semacam itu tidak akan sensitif terhadap perubahan teknologi barn. Atau mungkin implementasinya akan berubah secara drastis, dan interface yang tetap sama dari generasike generasiakan menjadiinterfaceterhadap compiler optimisasi. Masalah bagi Bach yang pemah kita kemukakan adalah cara menyusun perubahan rumpun instrumen musik. Anda bisa merasakan betapa tour de forcenya begitu menakjubkanbila terciptakarya agung untuk instrumen pikolo dan tuba. Jika komposisinyauntuk instrumenyang sangatberbeda,katakanlahsintesiserMoog, maka komposisi tersebut dapat terpisah dari skala nada dan irama formal. Jadi, bayangkan apabila menyusun sebuah instrumen, namun instrumen tersebut belum diketemukan. Dan demikianlah sejarah arsitektur rumpun komputer. Maka, ketika kita melihat pengenalan RISC, mesin paralel besar, dan dasar barn untuk arsitektur masa mendatang, kita mengkhawatirkan apakah nada dan iramanya akan cocok dengan rumpun mesin yang barn.
5
