• Penyimpanan data mengacu pada tindakan menyimpan informasi sehingga dapat dengan mudah diakses nanti atau bahkan disimpan selamanya. Komputer bergantung pada dua jenis penyimpanan, yang diklasifikasikan sebagai penyimpanan primer atau penyimpanan sekunder. Penyimpanan primer (yang juga dikenal sebagai memori utama, atau hanya "utama") berisi instruksi pengoperasian atau pengambilan data. CPU secara rutin terlibat dengan penyimpanan primer untuk mendapatkan akses ke data tersebut.
• Memori adalah alokasi file komputer yang darinya instruksi operasi tertentu atau bentuk informasi digital lainnya dapat diekstraksi dan digunakan. Memori biasanya berbentuk penyimpanan jangka pendek untuk file yang paling sering diakses selama penggunaan komputer baru-baru ini. Ketika sepotong data pertama kali memasuki sistem operasi (OS), data tersebut ditempatkan di dalam memori akses acak (RAM) OS tersebut.

Di sini sekali lagi, CPU menyerupai otak manusia karena keduanya mempunyai memori jangka pendek dan memori jangka panjang. Memori operasi standar CPU hanya menyimpan data RAM "pada saat itu juga"—mirip dengan memori jangka pendek seseorang—sebelum membersihkannya secara berkala dari memori cache komputer.

Penyimpanan sekunder mirip dengan memori jangka panjang pada manusia dan melibatkan penyimpanan data secara permanen atau jangka panjang dengan mengarsipkannya pada perangkat penyimpanan sekunder, seperti hard drive. Perangkat output seperti hard drive menawarkan penyimpanan permanen. Penyimpanan permanen melibatkan memori hanya baca (ROM), yang berarti data dapat diakses tetapi tidak dapat ditindaklanjuti atau diubah.

Fungsionalitas CPU ditangani oleh unit kontrol, dengan bantuan sinkronisasi yang disediakan oleh clock komputer. Kerja CPU terjadi menurut siklus yang telah ditetapkan—dikenal sebagai siklus instruksi CPU—yang memerlukan sejumlah pengulangan instruksi komputasi dasar berikut ini, seperti yang diizinkan oleh daya pemrosesan komputer tersebut:

• Fetch: Pengambilan terjadi kapan saja data diambil dari memori.
• Decode: Dekoder di dalam CPU menerjemahkan instruksi biner menjadi sinyal listrik yang berhubungan dengan bagian lain dari CPU.
• Execute: Eksekusi terjadi ketika komputer menafsirkan dan melaksanakan serangkaian instruksi program komputer.

Perlu disebutkan bahwa dengan melakukan sedikit penyesuaian, jam komputer di dalam CPU dapat dimanipulasi untuk mengatur waktu agar lebih cepat daripada waktu yang sebenarnya. Beberapa pengguna melakukan ini untuk menjalankan komputer mereka pada kecepatan yang lebih tinggi. Namun, praktik ini tidak disarankan karena dapat menyebabkan komponen komputer aus lebih awal dari biasanya dan dapat melanggar garansi produsen CPU.

Komputer kini dipahami sebagai bagian mendasar dari kehidupan masa kini sehingga terasa seolah-olah komputer telah selalu bersama kita. Namun tentu saja, tidak demikian.

Dikatakan bahwa semua teknologi berdiri di pundak raksasa. Sebagai contoh, dalam sejarah komputasi, terdapat para visioner awal yang melakukan banyak eksperimen dan menghasilkan banyak tulisan yang membantu membentuk generasi pemikir berikutnya yang kemudian memunculkan ide-ide lebih lanjut tentang potensi komputasi, dan seterusnya.

Di era modern, kisah komputasi dimulai saat terjadi konflik. Perang Dunia II sedang berkecamuk ketika pemerintah AS mengontrak sebuah kelompok dari Moore School of Electrical Engineering di University of Pennsylvania. Misi mereka adalah membangun komputer yang sepenuhnya elektronik yang dapat menghitung jumlah jarak secara akurat untuk tabel jangkauan artileri. Dipimpin oleh fisikawan John Mauchly dan insinyur J. Presper Eckert, Jr., pekerjaan dimulai pada awal 1943.

Mesin penghitung yang mereka selesaikan pada awal 1946 disebut ENIAC (tautan berada di luar ibm.com)—dan secara harfiah dan kiasan merupakan pengembangan besar.

ENIAC menelan biaya USD 400.000 (setara dengan sekitar USD 6,7 juta pada tahun 2024, jika disesuaikan dengan inflasi). Mesin itu dibangun di ruang bawah tanah Moore School, yang menempati ruang ruangan seluas 1.500 kaki persegi. Jumlah komponen komputer yang sangat banyak, termasuk lebih dari 17.000 tabung vakum, 70.000 resistor, 10.000 kapasitor, 6.000 sakelar, dan 1.500 relay. Satu hal yang menarik, tabung vakum menghasilkan begitu banyak panas sehingga ENIAC memerlukan sistem pendingin udara khusus.

Meskipun memiliki CPU primitif, ENIAC adalah keajaiban pada masanya dan dapat memproses sebanyak 5.000 persamaan per detik. Ketika Perang Dunia II berakhir, ENIAC segera diikutkan ke dalam Perang Dingin yang terjadi di pihak Amerika. Tugas pertamanya adalah menjalankan perhitungan yang berkaitan dengan pembuatan senjata baru—bom hidrogen, yang memiliki dampak ledakan seribu kali lebih kuat dari bom atom.

ENIAC telah mendemonstrasikan apa yang dapat dilakukan komputer dalam bidang militer. Tak lama kemudian, tim yang sama yang terdiri dari Eckert dan Mauchly mendirikan perusahaan mereka sendiri untuk menunjukkan kepada dunia bagaimana komputer dapat memberikan dampak positif pada dunia bisnis.

Kreasi unggulan Eckert-Mauchly Computer Corporation (EMCC), UNIVAC 1 (biasanya hanya disebut sebagai "UNIVAC"), merupakan versi ENIAC yang lebih kecil dan lebih murah dengan berbagai peningkatan yang mencerminkan perubahan teknologi pada masanya.

Sebagai contoh, komputer ini membuat entri data lebih mudah dan lebih ekspresif dengan menyertakan perangkat I/O seperti keyboard dari mesin ketik elektrik, hingga 10 tape drive UNISERVO untuk penyimpanan data, dan konverter tape-ke-kartu yang akan memungkinkan perusahaan untuk menggunakan kartu berlubang di samping pita penyimpanan magnetik.

Seperti pendahulunya, UNIVAC (tautan berada di luar ibm.com) masih membutuhkan penggunaan banyak ruang (382 kaki persegi), tetapi ini merupakan perampingan yang cukup besar dibandingkan dengan ENIAC. Namun, UNIVAC, dengan tambahan lonceng dan peluit, memerlukan biaya yang jauh lebih mahal daripada ENIAC, biasanya sekitar USD 1,5 juta (sekitar USD 11,6 juta sekarang).

Untuk jumlah sebesar itu, UNIVAC mampu melakukan trik luar biasa. Yang paling terkenal, CBS News menggunakannya untuk secara akurat memprediksi pemilihan Presiden AS 1952. Jajak pendapat Gallup konvensional telah meramalkan pemilihan yang ketat, tetapi UNIVAC mengejutkan semua reporter dengan membuat pengumuman awal tentang kemenangan telak Dwight D. Eisenhower, dan itulah yang kemudian benar terjadi. Tidak ada yang memperkirakan itu, kecuali UNIVAC. Peristiwa ini mengejutkan publik dan dalam waktu semalam mendapatkan apresiasi atas analisis dan prediksi yang luar biasa yang dapat dihasilkan oleh komputer.

Meskipun profilnya lebih ramping, UNIVAC masih besar, beratnya lebih dari 8 ton dan membutuhkan energi 125 kW. UNIVAC 1 diluncurkan pada tahun 1951, dengan model pertama dibeli oleh Biro Sensus AS. Sayangnya, penggunaan UNIVAC dipersulit oleh cacat desain yang serius, masih mengandalkan tabung vakum kaca yang rentan terhadap berbagai jenis kerusakan dan menghasilkan sejumlah besar panas berlebih.

Untungnya, revolusi berikutnya dalam CPU akan secara langsung mengatasi masalah ini.

Para pencipta ENIAC dan UNIVAC telah merasakan penderitaan dalam menggunakan tabung vakum karena tidak ada alternatif yang layak pada saat itu. Semua itu berubah pada tahun 1953 ketika seorang mahasiswa peneliti di University of Manchester menunjukkan bahwa ia telah menemukan cara untuk membangun komputer yang sepenuhnya berbasis transistor (tautan berada di luar ibm.com). Kreasi Richard Grimsdale adalah mesin 48-bit yang berisi 92 transistor dan 550 dioda—dan 0 tabung vakum kaca.

Transistor telah mulai diproduksi secara massal pada awal 1950-an, tetapi penggunaannya pada awalnya dipersulit oleh bahan yang digunakan—germanium, yang sulit dimurnikan dan harus dijaga dalam kisaran suhu yang tepat.

Pada awal tahun 1954, para ilmuwan di Bell Laboratories mulai bereksperimen dengan silikon, yang pada akhirnya akan digunakan untuk produksi chip komputer. Namun, semuanya baru benar-benar berkembang setelah Mohamed Atalia dan Dawon Kahng dari Bell Laboratories menyempurnakan penggunaan silikon dan menciptakan transistor efek medan oksida-semikonduktor (atau MOSFET, atau transistor MOS).

Kedua insinyur tersebut telah membangun prototipe yang berfungsi pada akhir tahun 1959 dan pada awal tahun 1960, prototipe tersebut diluncurkan ke dunia, mengantarkan Era Transistor untuk mengawali dekade baru. Pada akhir dekade itu, transistor digunakan secara luas di mana-mana.

Bahkan, MOSFET menjadi sangat populer secara universal dan diadopsi secara global selama beberapa dekade berikutnya sehingga dirayakan sebagai “perangkat yang paling banyak diproduksi dalam sejarah,” (tautan berada di luar ibm.com) oleh Museum Sejarah Komputer. Diperkirakan pada tahun 2018, 13 sextiliun transistor MOS telah diproduksi.

Untuk desain CPU, transistor adalah pembaharu sejati, membebaskan komputasi dari awalnya yang besar dan besar, dan memungkinkan penciptaan komputer yang dirancang lebih ramping yang membutuhkan lebih sedikit ruang dan dapat berjalan lebih efisien.

UNIVAC adalah sebuah keajaiban pada zamannya, meskipun memiliki kekurangan dan ukuran yang sangat besar. Kemudian muncul tahap ketika motherboard yang lebih kecil diciptakan dan menggunakan beberapa variasi chip komputer. Perubahan ini akhirnya mengarah pada pengembangan chipset, chip tunggal dengan banyak penggunaan. Sekarang, CPU modern telah diminiaturisasi dengan sangat baik sehingga CPU—semuanya—ditempatkan di dalam chip sirkuit terpadu kecil, yang dikenal sebagai mikroprosesor.

Mikroprosesor ditentukan oleh jumlah inti yang mereka dukung. Inti CPU adalah “otak di dalam otak”, berfungsi sebagai unit pemrosesan fisik dalam CPU. Mikroprosesor dapat berisi beberapa prosesor. Sementara itu, inti fisik adalah CPU yang dibangun di dalam chip, tetapi hanya menempati satu soket, sehingga memungkinkan inti fisik lainnya untuk memanfaatkan lingkungan komputasi yang sama.

Perlu dicatat bahwa istilah “mikroprosesor” tidak boleh disamakan dengan “mikrokontroler.” Mikrokontroler adalah komputer yang sangat kecil yang ada pada satu sirkuit terintegrasi. Mikrokontroler biasanya berisi setidaknya satu CPU, bersama dengan memori terkait dan data I/O yang dapat diprogram.

Berikut adalah beberapa istilah utama lainnya yang digunakan dalam kaitannya dengan mikroprosesor:

• Prosesor inti tunggal: Prosesor inti tunggal berisi unit pemrosesan tunggal. Proses ini biasanya ditandai dengan kinerja yang lebih lambat, berjalan pada satu thread dan menjalankan siklus instruksi CPU satu per satu.
• Prosesor inti ganda: Prosesor inti ganda dilengkapi dengan dua unit pemrosesan yang terdapat dalam satu sirkuit terpadu. Kedua inti berjalan pada saat yang sama, secara efektif menggandakan tingkat kinerja.
• Prosesor empat inti: Prosesor empat inti berisi empat unit pemrosesan dalam satu sirkuit terpadu. Semua inti berjalan secara bersamaan, empat kali lipat tingkat kinerja.
• Prosesor multi-inti: Prosesor multi-inti adalah sirkuit terpadu yang dilengkapi dengan setidaknya dua inti prosesor, sehingga dapat memberikan kinerja unggul dengan menggunakan lebih sedikit energi.

Thread dapat dianggap sebagai urutan instruksi virtual yang dikeluarkan untuk CPU. Pada dasarnya, ini adalah cara untuk membagi beban kerja dan berbagi tanggung jawab di antara prosesor yang berbeda.

Dua istilah terkait adalah multithreading dan hyper-threading. Dalam multithreading, tugas dibagi menjadi thread yang berbeda dan dijalankan secara paralel. Hyper-threading membantu mencapai manfaat kinerja yang lebih besar karena prosesor digunakan untuk menjalankan dua thread secara bersamaan.

Unit pemrosesan grafis (GPU) dibuat untuk akselerasi dan peningkatan grafis komputer dan gambar yang diproses. GPU ada sebagai sirkuit elektronik khusus yang dapat digunakan pada motherboard, serta di PC dan konsol game.

Kadang-kadang diasumsikan bahwa karena teknologi CPU sudah mapan, maka teknologi ini pasti stagnan. Namun, ada banyak bukti bahwa inovasi yang berkelanjutan sedang terjadi karena produk baru terus diciptakan, semuanya mencoba menawarkan CPU (atau mikroprosesor) terbaik. Perusahaan-perusahaan berikut berulang kali menunjukkan upaya itu:

• Advanced Micro Devices (AMD): AMD telah memproduksi mikroprosesor Ryzen sejak didirikan pada tahun 2017. Produk AMD Ryzen yang terkenal (misalnya, Ryzen 7, Ryzen 9) telah dipuji oleh para gamer video karena dapat diandalkan untuk menghadirkan aksi game berkecepatan tinggi, sementara prosesor Ryzen 5 1600 telah mendapat penilaian yang bagus di kalangan mereka yang bekerja di bidang pengembangan perangkat lunak.
• Qualcomm: Dalam hal manufaktur, Qualcomm saat ini memimpin sekumpulan vendor yang bekerja di bidang CPU. Pada Mei 2024, sampel tingkat klik komputer menunjukkan bahwa Qualcomm memiliki pangsa klik 37,4% yang mengesankan, lebih dari dua kali lipat pangsa pasar yang dikuasai pesaing terdekatnya.
• Arm: Ini adalah pasar di mana kecepatan menjadi keunggulan yang penting. Meskipun Arm tidak membuat sendiri mikroprosesor, Arm menawarkan cara untuk melisensikan dan menggunakan teknologi chip-nya, sehingga perusahaan pihak ketiga dapat memastikan bahwa mereka mendapatkan keuntungan dari waktu pemrosesan yang sangat cepat yang ditawarkan oleh mikroprosesor yang dirancang Arm.
• Intel: Intel telah menjadi nama terkemuka dalam produksi chip komputer selama beberapa dekade, yang mulai memproduksi chip pada tahun 1975. Prosesor seperti Intel Core i5 (diperkenalkan pada tahun 2009) telah menunjukkan kompatibilitas yang sempurna dengan program yang membutuhkan daya pemrosesan yang lebih besar, seperti program pengeditan video dan program pengembangan perangkat lunak.