Arsitektur dan Organisasi Komputer - Pertemuan 6

Harvard Architecture

Arsitektur komputer Harvard adalah model arsitektur komputer di mana memori instruksi dan memori data disimpan pada dua memori fisik terpisah, yang masing-masing memiliki jalur komunikasi sendiri dengan unit pemrosesan pusat (CPU). Berikut adalah definisi lebih detail tentang arsitektur komputer Harvard:

1. Memori Terpisah: Pada arsitektur komputer Harvard, terdapat dua memori fisik terpisah, yaitu memori instruksi dan memori data. Memori instruksi digunakan untuk menyimpan program dan instruksi, sedangkan memori data digunakan untuk menyimpan data yang sedang diproses.
2. Paralel: Arsitektur komputer Harvard memungkinkan pemrosesan beberapa instruksi pada saat yang sama, karena unit pemrosesan pusat (CPU) dapat mengakses memori instruksi dan memori data secara bersamaan. Hal ini memungkinkan komputer dengan arsitektur Harvard untuk melakukan pemrosesan data dengan kecepatan yang lebih tinggi.
3. Keamanan: Karena memori instruksi dan memori data disimpan pada memori fisik yang terpisah, arsitektur komputer Harvard lebih aman dari serangan seperti buffer overflow. Hal ini karena, bahkan jika serangan berhasil memodifikasi data pada memori data, serangan tersebut tidak dapat mengubah instruksi pada memori instruksi.
4. Keterbatasan: Arsitektur komputer Harvard memiliki keterbatasan dalam kapasitas memori, karena terdapat pembatasan dalam jumlah memori instruksi dan data yang dapat digunakan.
5. Contoh Penggunaan: Beberapa contoh penggunaan arsitektur komputer Harvard meliputi prosesor Harvard yang banyak digunakan pada mikrokontroler dan beberapa sistem komputer tertentu seperti DEC PDP-8 dan PDP-11.
6. Kelebihan dan Kekurangan: Kelebihan arsitektur komputer Harvard adalah kecepatan pemrosesan data yang lebih tinggi, sementara kekurangannya adalah keterbatasan dalam kapasitas memori dan biaya yang lebih mahal dalam membangun sistem komputer dengan arsitektur ini.

Perbandingan dengan Arsitektur Von Neumann: Arsitektur komputer Harvard berbeda dengan arsitektur Von Neumann, di mana memori instruksi dan data disimpan dalam satu memori fisik. Hal ini memungkinkan penggunaan memori yang lebih efisien, namun membatasi kecepatan pemrosesan data karena unit pemrosesan pusat (CPU) hanya dapat mengakses satu memori pada suatu waktu.

Von Neumann Architecture

Arsitektur komputer Von Neumann adalah model arsitektur komputer yang menggunakan satu memori fisik untuk menyimpan program, instruksi, dan data yang sedang diproses. Berikut adalah definisi lebih detail tentang arsitektur komputer Von Neumann:

1. Memori Bersama: Pada arsitektur komputer Von Neumann, terdapat satu memori fisik yang digunakan untuk menyimpan program, instruksi, dan data yang sedang diproses. Hal ini memungkinkan penggunaan memori yang lebih efisien dan lebih mudah diimplementasikan.
2. Sekuensial: Arsitektur komputer Von Neumann melakukan pemrosesan instruksi secara sekuensial, yang berarti satu instruksi diproses pada satu waktu. Ini berarti unit pemrosesan pusat (CPU) harus menunggu instruksi sebelumnya selesai diproses sebelum dapat memproses instruksi selanjutnya.
3. Kecepatan: Arsitektur komputer Von Neumann memiliki kecepatan pemrosesan data yang relatif lebih lambat daripada arsitektur Harvard, karena unit pemrosesan pusat (CPU) hanya dapat mengakses satu memori pada suatu waktu.
4. Keamanan: Karena semua data dan instruksi disimpan dalam satu memori fisik, arsitektur komputer Von Neumann rentan terhadap serangan seperti buffer overflow, yang dapat memodifikasi instruksi pada memori dan menyebabkan komputer melakukan operasi yang tidak diinginkan.
5. Contoh Penggunaan: Sebagian besar sistem komputer modern menggunakan arsitektur komputer Von Neumann, termasuk komputer pribadi, server, dan sistem komputer lainnya.
6. Kelebihan dan Kekurangan: Kelebihan arsitektur komputer Von Neumann adalah penggunaan memori yang lebih efisien dan biaya yang lebih murah dalam membangun sistem komputer. Kekurangan arsitektur ini adalah kecepatan pemrosesan data yang lebih lambat dan rentan terhadap serangan keamanan.
7. Perbandingan dengan Arsitektur Harvard: Arsitektur komputer Von Neumann berbeda dengan arsitektur Harvard dalam hal penggunaan memori dan kecepatan pemrosesan data. Arsitektur Von Neumann menggunakan satu memori fisik untuk semua data dan instruksi, sementara arsitektur Harvard menggunakan dua memori fisik terpisah. Ini membuat arsitektur Harvard lebih cepat dalam pemrosesan data, tetapi membatasi kapasitas memori dan memerlukan biaya yang lebih mahal dalam membangun sistem komputer.

Contoh Penerapan

Berikut adalah contoh penerapan arsitektur Harvard dan Von Neumann:

1. Penerapan Arsitektur Harvard
   Contoh penerapan arsitektur Harvard adalah pada mikrokontroler atau mikroprosesor. Arsitektur Harvard memungkinkan memori program dan data disimpan pada dua memori yang terpisah dan dapat diakses secara bersamaan oleh unit pemrosesan pusat (CPU) dan unit pemrosesan sampingan (DSP). Arsitektur ini memungkinkan pengolahan data yang lebih cepat dan efisien, yang berguna untuk aplikasi yang memerlukan pemrosesan sinyal, seperti pengolahan audio dan video.
2. Penerapan Arsitektur Von Neumann
   Contoh penerapan arsitektur Von Neumann adalah pada komputer pribadi, server, dan sistem komputer lainnya. Pada arsitektur Von Neumann, program, instruksi, dan data disimpan dalam satu memori fisik yang dapat diakses oleh unit pemrosesan pusat (CPU). Arsitektur ini memungkinkan penggunaan memori yang lebih efisien dan lebih mudah diimplementasikan, yang membuatnya cocok untuk aplikasi umum seperti pengolahan kata, lembar kerja, dan internet browsing.

Kedua jenis arsitektur komputer ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing dan dapat digunakan untuk berbagai jenis aplikasi, tergantung pada kebutuhan dan ketersediaan sumber daya.

Teknik Optimisasi:

Berikut adalah teknik optimisasi arsitektur komputer Harvard dan Von Neumann:

Optimisasi Arsitektur Harvard
a. Pipelining: Pipelining adalah teknik yang memungkinkan beberapa instruksi diproses secara bersamaan dalam satu siklus clock. Hal ini meningkatkan efisiensi pengolahan data pada arsitektur Harvard.
b. Penggunaan cache: Memori cache adalah memori kecil yang digunakan untuk menyimpan data yang sering digunakan oleh unit pemrosesan. Penggunaan cache dapat meningkatkan kinerja arsitektur Harvard dengan mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengakses memori utama.
c. Penggunaan instruksi paralel: Teknik ini memungkinkan beberapa instruksi diproses secara bersamaan, yang dapat meningkatkan kinerja arsitektur Harvard.

Optimisasi Arsitektur Von Neumann
a. Pipelining: Pipelining juga dapat digunakan pada arsitektur Von Neumann untuk meningkatkan efisiensi pengolahan data.
b. Penggunaan cache: Seperti pada arsitektur Harvard, penggunaan cache pada arsitektur Von Neumann dapat meningkatkan kinerja sistem dengan mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengakses memori utama.
c. Penggunaan prediksi cabang: Teknik ini memprediksi hasil dari instruksi "cabang" (misalnya, "if-then" atau "loop"), sehingga unit pemrosesan pusat (CPU) dapat terus memproses instruksi berikutnya. Jika prediksi salah, unit pemrosesan pusat akan kembali ke instruksi sebelumnya dan memproses dari sana, yang dapat meningkatkan kinerja sistem.

Optimisasi arsitektur komputer Harvard dan Von Neumann dapat dilakukan melalui berbagai teknik seperti pipelining, penggunaan cache, dan prediksi cabang. Teknik ini dapat meningkatkan kinerja sistem dan efisiensi pengolahan data, tergantung pada kebutuhan dan sumber daya yang tersedia.