Arsitektur komputer adalah desain dan organisasi komponen dan sistem inti komputer. Ini termasuk prosesor, memori, perangkat input/output, dan perangkat lunak yang mengendalikannya. Memahami arsitektur komputer dapat membantu kita memahami bagaimana komputer berfungsi dan melakukan berbagai tugas.
Sistem komputer dapat dipecah menjadi tiga komponen utama: Central Processing Unit (CPU), memori, dan perangkat input/output (I/O). CPU bertindak sebagai otak komputer, menjalankan instruksi dari program. Memori menyimpan instruksi dan data sementara untuk akses cepat, sementara perangkat I/O memfasilitasi interaksi antara komputer dan dunia luar, seperti keyboard, mouse, display, dan printer.
CPU adalah jantung dari arsitektur komputer. Ia bertanggung jawab untuk menjalankan instruksi dari aplikasi perangkat lunak, melakukan perhitungan, dan mengelola aliran data di dalam komputer. Kinerja CPU bergantung pada kecepatan clocknya, diukur dalam Hertz (Hz), dan jumlah inti yang dikandungnya. Kecepatan clock yang lebih tinggi dan jumlah inti yang lebih banyak biasanya berarti kinerja yang lebih cepat dan efisien.
Memori di komputer diatur dalam hierarki untuk efisiensi. Di bagian atas adalah cache, jenis memori kecil namun cepat yang menyimpan salinan data yang sering diakses dari memori utama (RAM). RAM lebih cepat diakses dibandingkan perangkat penyimpanan seperti Hard Disk Drive (HDD) atau Solid State Drive (SSD) namun bersifat volatil, artinya tidak menyimpan data saat daya dimatikan. HDD dan SSD menawarkan penyimpanan non-volatil, menyimpan data bahkan saat komputer dimatikan, namun aksesnya lebih lambat dibandingkan RAM.
Perangkat I/O memungkinkan komputer berkomunikasi dengan lingkungan eksternal. Perangkat input, seperti keyboard dan mouse, memungkinkan pengguna memberikan informasi ke komputer. Perangkat keluaran, seperti monitor dan printer, menyajikan informasi kepada pengguna. Beberapa perangkat, seperti flash drive USB, dapat menjalankan kedua fungsi tersebut. Komputer modern juga mencakup perangkat jaringan yang memungkinkan koneksi ke Internet dan komputer lain.
Arsitektur Von Neumann adalah konsep dasar dalam ilmu komputer. Ini menggambarkan sistem di mana CPU komputer beroperasi dengan membaca instruksi dari memori. Arsitektur ini terdiri dari empat sub-sistem utama: unit logika aritmatika (ALU), unit kontrol, memori, dan antarmuka input/output. ALU melakukan perhitungan matematis dan operasi logis, sedangkan unit kontrol menafsirkan instruksi dari memori dan menentukan operasi ALU.
ISA adalah bagian dari arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh pemrogram atau penulis kompiler. Ini berfungsi sebagai batas antara perangkat lunak dan perangkat keras, yang menentukan kode mesin yang dapat dieksekusi oleh prosesor. ISA menentukan instruksi CPU, register, tipe data, mode pengalamatan, dan arsitektur memori. Apakah suatu arsitektur adalah RISC (Reduksi Set Instruksi Komputasi) atau CISC (Komputasi Set Instruksi Kompleks) mempengaruhi desain dan karakteristik kinerjanya.
Komputasi paralel melibatkan pembagian masalah menjadi beberapa bagian yang dapat diselesaikan secara bersamaan, dengan memanfaatkan beberapa elemen pemrosesan. Pendekatan ini secara signifikan dapat mempercepat tugas komputasi dibandingkan dengan pemrosesan serial. Prosesor multi-inti, yang berisi dua atau lebih inti (atau CPU) independen dalam satu paket fisik, dirancang untuk meningkatkan kinerja melalui paralelisme. Setiap inti dalam prosesor multi-inti dapat menjalankan instruksi secara bersamaan, memungkinkan multitasking dan pemrosesan aplikasi kompleks yang efisien.
Dalam sistem dengan banyak CPU atau inti, koherensi cache sangat penting untuk memastikan bahwa perubahan data dalam satu cache segera tercermin pada cache lainnya. Hal ini penting dalam lingkungan multi-pemrosesan, di mana beberapa prosesor mungkin memerlukan akses ke lokasi memori yang sama. Protokol koherensi cache, seperti MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid), digunakan untuk menjaga konsistensi di seluruh cache dalam sistem multi-core.
Arsitektur komputer adalah bidang luas yang mencakup desain, fungsionalitas, dan efisiensi komponen dan sistem komputer. Memahami konsep-konsep utamanya, seperti operasi CPU, hierarki memori, perangkat I/O, arsitektur Von Neumann, ISA, dan pemrosesan paralel, dapat memberikan wawasan berharga tentang bagaimana komputer memproses informasi dan melakukan tugas. Seiring kemajuan teknologi, kompleksitas dan kemampuan arsitektur komputer juga meningkat, sehingga mendorong inovasi dalam kinerja komputasi dan aplikasi.
