John von Neumann lahir di Hungaria pada
tahun 1903. Ia merupakan salah satu manusia ajaib yang mampu merilis 2
paper matematika saat masih berumur 19 tahun. Setelah mengajar di
University of Berlin, Ia diundang untuk pindah ke Princeton University
di Amerika Serikat pada tahun 1930, yang kemudian bergabung dengan
Institute for Advanced Study di sana. Pada waktu itu Ia telah
berkontribusi dibeberapa cabang matematika seperi teori himpunan, game
theory, mekanika kuantum, logika, dan ekonomi matematika.
Pada akhir tahun 1930an, Ia mengerjakan modelling explosions,
yang membawanya terlibat dalam Manhatten Project. Von Neumann juga
diakui atas pengembangan strategi mutually assured destruction yang
turut mendorong Perang Dingin.
Von Neumann sangat berkontribusi diawal sejarah komputasi,
terutama karena pekerjaannya untuk mengembangkan bom hidrogen waktu itu
membutuhkan kalkulasi yang besar dan kompleks. Perhitungan ini pada
awalnya dikerjakan oleh manusia menggunakan kalkulator meja untuk
melakukan perhitungan yang diperlukan. Pada tahun 1943 perhitungan ini
mulai diganti dengan menggunakan mesin IBM ber-punched card yang
memiliki kecepatan yang sama namun lebih mudah digunakan. (Satu
perhitungan dapat memakan waktu tiga bulan, namun Richard Feynmann dapat
menurunkan waktu perhitungannya menjadi tiga minggu saja dengan cara
menjalankan punched card secara parallel di mesin IBM tersebut). Perlu
diketahui bahwa mesin-mesin IBM tersebut bukanlah komputer yang dapat
diprogram, mereka hanyalah kalkulator raksasa.
ENIAC, komputer pertama yang dapat diprogram pada awalnya masih
menggunakan saklar dan kabel untuk mengoperasikannya. Ia masih belum
memiliki kemampuan untuk menyimpan program. ENIAC menggunakan tabung
hampa yang sangat banyak untuk menyimpan angka dan melakukan
perhitungan, serta punch card untuk input dan output. Ia dikembangkan
untuk menjalankan perhitungan artileri, namun berkat campur tangan von
Neumann dan Los Alamos, komputer ini mampu melakukan perhitungan untuk
bom hidrogen sebagai perhitungan pertamanya dengan menggunakan kurang
lebih satu juta punch card.
Pengembangan EDVAC diusulkan oleh pembuat ENIAC, Mauchly dan
Eckert, di akhir 1944. Sama halnya dengan ENIAC, EDVAC dikembangkan
untuk Army's Ballistics Research Laboratory Amerika Serikat. Meskipun
belum dibuat, von Neumann menulis draft pertama laporan untuk EDVAC pada
bulan Juni tahun 1945.
Draf laporan yang ditulis oleh von Neumann berisi deskripsi awal
desain logis dari komputer yang mampu menyimpan program, desain yang
dewasa ini kita kenal dengan arsitektur komputer von Neumann. Akan
tetapi, apakah ide ini murni hanya dari von Neumann seorang diri ataukah
tidak sempat menjadi kontroversi.
Draf pertama dari laporan EDVAC memang hanyalah sebatas draft.
Penulisannya dimaksudkan untuk memberikan kesimpulan dan analisis atas
desain logis dari sistem EDVAC yang diusulkan, lengkap dengan tambahan
dan saran dari von Neumann. Di dalamnya, von Neumann merekomendasikan
bahwa komputer harus memiliki sebuah central control unit untuk mengatur
semua operasi, sebuah central processing unit untuk menjalankan
operasi, serta sebuah memori untuk menyimpan dan mengambil program dan
data dari manapun di dalam memori tersebut (secara acak, tidak secara
berurutan). Ia juga merekomendasikan bahwa EDVAC harus memiliki serial
prosesor bukannya paralel karena menurutnya prosesor paralel akan sulit
untuk dibuat.
Sayangnya (tanpa sepengetahuan von Neumann), Goldstine merilis
draft awal tersebut hanya dengan namanya dan von Neumann tanpa
memberikan kredit bagi Eckert dan Mauchly. Goldstine mungkin hanya ingin
membagikan ide ini secepat mungkin ke khalayak, namun sayang efek
samping yang dihasilkan membuat ide arsitektur ini hanya dikaitkan
dengan von Neumann sendiri yang seharusnya sekelompok peneliti yang
bersama-sama mengembangkannya.
Saat EDVAC telah dibuat, ia memiliki sebuah unit komputasi yang
dapat mengoperasikan dua bilangan dan kemudian mengembalikan nilainya ke
memori, sebuah unit kontrol yang menghubungkan proses tadi ke memori,
tiga penampung operasi sementara, hampir 6000 tabung hampa, dan sebuah
memori mercury delay line berjumlah 1000 word (nantinya akan berjumlah
1024 word). EDVAC mulai beroperasi pada tahun 1951 dimana pada saat itu
von Neumann telah kembali ke IAS. Tak hanya itu Manchester Mark I,
komputer asal Inggris dengan kemampuan menyimpan program yang sama
dengan EDVAC lebih dahulu diumumkan pada bulan Juni 1948 sebagai
komputer pertama yang dapat menyimpan programnya.
Mesin IAS
Sementara itu, pada tahun 1946, von Neumann menulis paper lain berjudul "Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument". Ide-ide von Neumann pada paper ini diwujudkan dalam bentuk mesin IAS.
Satu perbedaan besar antara mesin IAS dan EDVAC adalah bahwa IAS
memiliki sebuah prosesor paralel. Meskipun word diproses secara seri,
namun bit disetiap word disimpan dan dioperasikan secara paralel.
Perwujudan ini menunjukkan betapa cepatnya teknologi berkembang. Pada
laporan EDVAC tahun 1945, von Neumann berpikir bahwa sebuah prosesor
paralel mungkin akan terlalu sulit untuk dibuat sehingga Ia
merekomendasikan proses serial saja. Pada saat proyek mesin IAS dimulai
pada tahun 1946, von Neumann yakin bahwa proses paralel tersebut dapat
dilakukan.
Mesin IAS tersebut menggunakan 40-bit word (dengan dua instruksi
20-bit per word), sebuah memori berjumlah 1024-word dan dua
general-purpose register. Tidak seperti komputer lain dijamannya, mesin
IAS bekerja secara asynchronous, Ia tidak menunggu instruksi sebelumnya
selesai sebelum menjalankan instruksi selanjutnya melainkan langsung
mengeksekusi tiap instruksi satu persatu. Tabung hampa masih digunakan
bersama dengan tabung William (tabung sinar katoda alias cathode ray
tubes) untuk memorinya, yang dikenal dengan nama Selectron.
Arsitektur von Neumann
Poin paling krusial dari arsitektur von Neumann adalah
penyimpanan instruksi dan data dalam satu memori yang sama. Hal ini
membatasi mesin sehingga tidak dapat menjalankan sebuah instruksi dan
mengakses data secara bersamaan. Kekurangan ini dikenal dengan istilah
von Neumann Bottleneck. Sebagai alternatif, arsitektur Harvard
dikembangkan untuk memisahkan tempat penyimpanan data dan instruksi.
Sebagian besar komputer modern menggunakan arsitektur von Neumann untuk
memori utama, namun arsitektur Harvard yang telah dimodifikasi digunakan
untuk penyimpanan cache dan situasi lainnya.
IAS memiliki lima bagian utama yaitu: Central Arithmetic (yang
melakukan operasi aritmatika), Central Control (yang menyalurkan
informasi antara CA dan memori), Memory, Input, Output, dan media
penyimpanan (pita magnetik pada mulanya). Ia memiliki tujuh register,
tiga di CA dan empat di CC.
Central Arithmetic:
- AC Accumulator
- MQ/AR Multiplier/Quotient register (alias Arithmetic Register)
- MDR Memory Data Register
Central Control
- IBR Instruction Buffer Register
- IR Instruction Register
- PC Program Counter
- MAR Memory Address Register
Beberapa komputer terkenal yang menerapkan arsitektur IAS adalah
MANIAC (komputer yang terletak di Los Alamos National Laboratory yang
mana von Neumann juga terlibat dalam pengembangan dan penentuan
namanya), IBM 701 (komputer komersial saintifik pertama miliki IBM), dan
ORACLE (terletak di Oak Ridge National Laboratory).
Von Neumann terus menggeluti bidang komputasi bersama dengan
bidak lain yang turut menarik perhatiannya. Disisa hidupnya, Ia terus
berkarya tanpa kenal lelah. Pada tahun 1949, Ia mendesain program
komputer yang mampu menduplikasikan dirinya sendiri. Program ini
dianggap sebagai virus komputer yang pertama kali diciptakan.
Salah seorang ilmuwan komputer yang paling dihormati ini kembali
pada sang pencipta pada tahun 1955 karena menderita kanker tulang atau
pankreas. (Seorang penulis biografi berspekulasi bahwa kanker ini
merupakan akibat keterlibatannya di program tes nuklir Bikini Atoll pada
tahun 1946). Karya-karya yang telah Ia hasilkan tak akan pernah hilang
meski jaman terus berkembang.
Tidak ada komentar