Diterbitkan: 10 Juni 2024
Kontributor: Josh Schneider, Ian Smalley
Mikroprosesor adalah jenis prosesor komputer modern terkuat. Ini menggabungkan komponen dan fungsi unit pemrosesan pusat (CPU) ke dalam satu sirkuit terpadu (IC) atau beberapa IC yang terhubung.
Seperti CPU, mikroprosesor umumnya dianggap sebagai “otak” komputer. Tidak seperti CPU tradisional, mikroprosesor mengintegrasikan sirkuit aritmatika, logika, dan kontrol dari CPU yang lebih tradisional ke dalam satu sirkuit digital multifungsi yang digerakkan oleh clock dan berbasis register.
Meski istilah CPU dan mikroprosesor sering digunakan secara berganti-ganti, mikroprosesor pada dasarnya adalah CPU terpadu pada satu chip. Desain chip tunggal ini mengurangi jumlah sambungan listrik yang rentan, meningkatkan keandalan dengan mengurangi potensi titik kegagalan. Dengan demikian, mikroprosesor hampir sepenuhnya menggantikan CPU multikomponen tradisional.
Sebelum mikroprosesor, komputer menggunakan rak IC untuk mencapai fungsi komputasi utama komputer. Pada tahun 1971, perubahan signifikan terjadi pada teknologi komputasi dengan diperkenalkannya Intel 4004, mikroprosesor pertama yang tersedia secara komersial. Perangkat inovatif ini, yang dirancang oleh Federico Faggin, lebih dari sekadar respons terhadap permintaan 12 microchip khusus untuk kalkulator dari produsen elektronik Jepang, Busicom. Ini adalah momen penting yang merevolusi cara kita berpikir tentang komputasi, karena Intel, alih-alih memproduksi 12 chip individual, menciptakan satu perangkat logika multiguna.
Di bawah standar saat ini, arsitektur Intel 4004 beroperasi pada kecepatan clock 740 kHz dan hanya dapat memproses aliran data dengan maksimum 4 bit, yang juga dikenal sebagai "nibble". Meskipun dianggap lemah dibandingkan dengan mikroprosesor modern 8-bit hingga 64-bit, 4004 secara universal dianggap sebagai terobosan revolusioner untuk sirkuit. Seperti yang diprediksi hukum Moore, perkembangan teknologi semikonduktor yang cepat memicu peningkatan daya pemrosesan yang besar. Diproduksi oleh pemasok terkemuka, seperti Intel dan Pentium, dan digunakan oleh semua perusahaan teknologi besar, seperti IBM, Microsoft, dan Apple, mikroprosesor memberdayakan ribuan sistem dan aplikasi, mulai dari kendali jarak jauh TV hingga International Space Station.
Mikroprosesor modern menggabungkan jutaan transistor kecil, resistor, dan dioda yang dirakit pada bahan semikonduktor untuk membuat komponen penting CPU. Komponen-komponen ini disusun ke dalam berbagai jenis arsitektur komputer yang unik untuk melakukan komputasi dan menjalankan instruksi. Fungsi mikroprosesor rata-rata dapat dipecah menjadi empat langkah utama.
- Pengambilan: Mikroprosesor mengambil (atau "fetching") instruksi dari memori komputer. Proses pengambilan dapat dimulai dengan input otomatis atau manual.
- Dekode: Mikroprosesor "menerjemahkan" instruksi, yang pada dasarnya menafsirkan input atau perintah menjadi permintaan dan memulai proses atau komputasi tertentu.
- Eksekusi: Sederhananya, mikroprosesor menjalankan operasi yang diperlukan atau diminta.
- Penyimpanan: Hasil eksekusi disimpan ke dalam memori komputer.
Mikroprosesor dapat menyelesaikan proses ini dengan menggabungkan komponen utama CPU ke dalam rangkaian tunggal. Komponen utama dari mikroprosesor adalah sebagai berikut:
- Unit logika aritmatika (ALU): Unit logika utama CPU, komponen ini melakukan operasi logika, termasuk kalkulasi matematika dan perbandingan data.
- Unit kontrol (CU): Rangkaian CU menafsirkan instruksi dan memulai eksekusi, mengarahkan operasi dasar prosesor.
- Register: Register menyediakan penyimpanan memori kecil dan cepat yang digunakan oleh CPU untuk menyimpan sementara data dan instruksi selama proses komputasi.
- Memori cache: Mikroprosesor dan CPU menggunakan memori cache, bentuk memori berkecepatan tinggi yang terletak dekat dengan CPU, untuk menyimpan data yang sering diakses guna mempercepat kinerja.
- Bus dan antarmuka bus: Antarmuka bus menyediakan titik masuk dan keluar bagi data untuk melakukan perjalanan melintasi berbagai kelompok kabel (disebut bus), seperti bus alamat atau bus data. Bus dan antarmuka secara fisik menghubungkan berbagai komponen internal, memungkinkan dan memfasilitasi komunikasi dalam CPU dan periferal lain seperti unit input/output (I/O).
- Transistor: Salah satu blok pembangun utama IC, transistor adalah semikonduktor kecil yang mengatur, memperkuat, dan menghasilkan arus dan sinyal listrik. Alat ini juga dapat bertindak sebagai sakelar sederhana atau digabungkan untuk membentuk gerbang logika. Jumlah transistor adalah indikator umum untuk daya mikroprosesor.
- Inti prosesor: Unit pemrosesan individual dalam mikroprosesor dikenal sebagai inti. Prosesor modern sering kali menggabungkan beberapa inti (dual-core, quad-core) yang memungkinkan pemrosesan paralel dengan memungkinkan pelaksanaan beberapa tugas secara bersamaan.
- Clock: Meskipun tidak semua mikroprosesor memiliki clock internal, namun semuanya digerakkan oleh clock. Beberapa mengandalkan chip clock eksternal, yang terkenal memiliki akurasi lebih tinggi. Baik internal maupun eksternal, siklus clock mikroprosesor menentukan frekuensi mikroprosesor melaksanakan perintah. Kecepatan clock modern diukur dalam megahertz (MHz) dan gigahertz (GHz).
Arsitektur mikroprosesor mengacu pada berbagai metodologi desain dan organisasi dari berbagai komponen CPU prosesor. Ini adalah elemen arsitektur utama dari mikroprosesor:
- Instruction Set Architecture (ISA): ISA mikroprosesor mendefinisikan set instruksi yang dapat dilakukan oleh prosesor. ISA seperti arsitektur Reduced Instruction Set Computer (RISC) dan Complex Instruction Set Computer (CISC) menyediakan berbagai metode untuk pemrosesan data, yang menawarkan berbagai tingkat kinerja, keandalan, dan kecepatan yang sesuai untuk berbagai jenis aplikasi.
- Jalur data: Jalur data mikroprosesor menentukan urutan pergerakan data melalui komponen mikroprosesor (bus, ALU, register), yang memengaruhi kinerja secara keseluruhan.
- Jalur kontrol: Serupa dengan jalur data, elemen jalur kontrol pada arsitektur mikroprosesor menginstruksikan urutan operasi dan mengelola transmisi data di dalam CPU.
- Hierarki memori: Hierarki memori adalah komponen penting dari arsitektur prosesor, yang menyediakan struktur untuk berbagai tingkat memori (cache, register, RAM) untuk mengoptimalkan akses data yang efisien dan kecepatan pengambilan.
Mikroprosesor memiliki daya, performa, metodologi arsitektur, ukuran, konsumsi energi, dan banyak variabel lainnya, serta didesain untuk semua jenis aplikasi. Mikroprosesor multiguna adalah hal yang umum pada komputer pribadi dan perangkat mobile, sedangkan unit khusus berkinerja tinggi seperti Digital Signal Processors (DSP) dirancang untuk tugas-tugas berat seperti pemrosesan audio, ucapan, video, dan gambar.
Berikut ini adalah beberapa jenis utama mikroprosesor.
Mikroprosesor serbaguna ini ditemukan dalam berbagai macam aplikasi dan perangkat umum, seperti laptop dan server.
Meskipun lebih akurat mengatakan bahwa Mikrokontroler dilengkapi mikroprosesor, jenis chip ini juga memiliki semua komponen tambahan yang diperlukan untuk komputer fungsional, yaitu memori internal. Mikrokontroler berfungsi seperti mikrokomputer dan lebih disukai untuk mengendalikan elemen tertentu dalam sistem komputer tertanam. Mikrokontroler kecil dan berdaya rendah tidak memerlukan sistem operasi yang rumit untuk berjalan dan umumnya digunakan dalam industri otomotif untuk mengoptimalkan Engine Control Unit (ECU), Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS), dan unit infotainment, serta berbagai macam perangkat elektronik konsumen, bahkan otomatisasi industri.
DSP dikhususkan untuk penghitungan numerik berkecepatan tinggi dan sering digunakan untuk tugas-tugas yang berat, seperti pemrosesan audio, telekomunikasi, dan pemrosesan gambar. Ini juga dapat ditemukan dalam aplikasi yang memerlukan penafsiran sinyal analog ke digital, seperti sensor cuaca. DSP umumnya digunakan dalam aplikasi militer seperti drone pengintai dan pesawat otonom lainnya.
Mikroprosesor ASIC didesain untuk tugas-tugas spesifik dan disesuaikan untuk memenuhi permintaan spesifik dari berbagai aplikasi. Beberapa contoh mikroprosesor ASIC termasuk chip khusus untuk konsol game atau penambangan mata uang kripto. DSP, GPU, dan jenis mikroprosesor khusus lainnya juga secara teknis adalah ASIC.
Mikroprosesor GPU dirancang khusus untuk tugas berat rendering video digital dan grafis yang membutuhkan kinerja bertenaga tinggi dan pemrosesan paralel. Sangat penting untuk game kelas atas, mikroprosesor GPU yang kuat juga biasanya digunakan dalam penambangan mata uang kripto dan dikenal memiliki konsumsi daya yang tinggi.
Jenis mikroprosesor ASIC yang secara khusus dioptimalkan untuk memproses paket data jaringan yang paling sering digunakan pada sakelar telekomunikasi, router, dan perangkat keamanan jaringan.
Koprosesor, seperti unit floating-point (FPU), dirancang untuk memberikan dukungan tambahan bagi CPU utama sistem guna meningkatkan kinerja selama tugas-tugas berat tertentu, seperti melakukan perhitungan ilmiah tingkat lanjut atau rumus matematika yang rumit.
IBM AIX adalah sistem operasi Unix eksklusif milik IBM yang dirancang untuk berjalan di server IBM Power. AIX on Power mendorong inovasi dengan kemampuan hybrid cloud dan sumber terbuka yang membantu Anda membangun dan menerapkan aplikasi modern dalam lingkungan yang aman dan tangguh.
Dengan server kelas perusahaan sebagai fondasi strategi infrastruktur IT Anda, Anda dapat mengintegrasikan solusi ini dengan infrastruktur pilihan Anda, serta menerapkan dan memindahkan beban kerja ke lokasi yang Anda inginkan di hybrid cloud—baik on premises atau di cloud. Kembangkan strategi yang mudah dijalankan dan berisiko rendah yang terintegrasi dengan Infrastruktur IT Anda yang sudah ada dan dapat membuka jalan bagi inovasi.
IBM z16 adalah iterasi terbaru dari mainframe IBM Z dengan inferensi AI on-chip dan teknologi aman dari quantum yang pertama dalam industri. Ini dibangun dengan prosesor Telum akselerasi on-chip pertama di industri yang dirancang untuk inferensi AI real-time untuk membantu mengidentifikasi penipuan. AI dan ketahanan siber dibawa ke hybrid cloud Anda untuk mempercepat insight dan melindungi data sekarang dari ancaman di masa depan.
Unit pemrosesan pusat (CPU) adalah komponen fungsional utama komputer. CPU adalah kumpulan sirkuit elektronik yang menjalankan sistem operasi dan aplikasi komputer serta mengelola berbagai operasi komputer lainnya.
Penyimpanan data mengacu pada media magnetik, optik, atau mekanis yang merekam dan menyimpan informasi digital untuk operasi yang sedang berlangsung atau yang akan datang.
Unit mikrokontroler (MCU) pada dasarnya adalah komputer kecil pada satu chip. Ini dirancang untuk mengelola tugas-tugas tertentu dalam sistem tertanam tanpa memerlukan sistem operasi yang kompleks.
Field Programmable Gate Array (FPGA) adalah jenis sirkuit terpadu serbaguna yang dirancang untuk dapat diprogram pada tingkat perangkat keras agar sesuai dengan tujuan yang berbeda, seperti komputasi berkinerja tinggi (HPC) dan pembuatan prototipe.
Field programmable gate array (FPGA) dan unit mikrokontroler (MCU) adalah dua jenis sirkuit terpadu (IC) yang umum dibandingkan yang biasanya digunakan dalam sistem tertanam dan desain digital. Baik FPGA maupun mikrokontroler dapat dianggap sebagai "komputer kecil" yang dapat diintegrasikan ke dalam perangkat dan sistem yang lebih besar.
Unit pemrosesan grafis, juga dikenal sebagai unit pemrosesan grafis atau GPU, adalah sirkuit elektronik yang dirancang untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan grafis komputer dan gambar pada berbagai perangkat, seperti kartu video, motherboard, ponsel, dan komputer pribadi (PC).