Evolusi dan Kinerja Komputer BAB 2 Evolusi dan Kinerja Komputer

Generasi I : Vacuum Tube Sejarah ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer Eckert and Mauchly Universitas Pennsylvania Army’s Ballistics Research Laboratory Mulai 1943 Akhir 1946 Digunakan sampai 1955

ENIAC - Detail Desimal (bukan biner) Accumulator 20, mampu 10 digit Program manual dengan saklar Tabung vakum 18,000 Berat 30 ton Volume 15,000 kaki persegi Daya listrik 140 kW Kecepatan operasi 5,000 per detik

Von Neumann/Turing Konsep program tersimpan (Stored Program Concept) Struktur mesin terdiri dari : Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data biner Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi ‑ instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut I/0, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar Dikenal sebagai Computer of Institute for Advanced Studies (IAS) Komplet 1952

Struktur Komputer IAS Arithmetic and Logic Unit Input Output Equipment Main Memory Program Control Unit

IAS - detail Memory IAS terdiri dari 1000 x 40 bit word Angka biner 2 x 20 bit instruksi Sekumpulan register(penyimpanan didalam CPU) Memory Buffer Register Memory Address Register Instruction Register Instruction Buffer Register Program Counter Accumulator Multiplier Quotient

ALU- IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori. Memory Address Register (MAR), untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR. Instruction Register (IR) , berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi. Instruction Buffer Register (IBR), digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori.

Program Counter (PC) , berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori. Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ), digunakan untuk penyimpanan sementara operand dan hasil ALU. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti ( most significant bit ) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya ( least significant bit ) disimpan dalam MQ.

IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi . Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini : Data tranfer , memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register ALU sendiri. Unconditional branch , perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu.

Conditional branch , perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut. Arithmetic, kumpulan operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU. Address Modify, instruksi – instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

Struktur detail komputer IAS Central Processing Unit Arithmetic and Logic Unit Accumulator MQ Arithmetic & Logic Circuits Input Output Equipment MBR Instructions & Data Main Memory IBR PC MAR IR Control Circuits Address Program Control Unit

Komputer Komersial 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) Tulang punggung penghitungan sensus tahun 1950 di USA Tahun 1950 - UNIVAC II Cepat Memori lebih banyak Seri IBM pertama adalah seri 701 tahun 1953 Seri IBM kedua adalah seri 702 tahun 1955

Generasi II : Transistor Menggantikan tabung vakum Bentuknyapun relatif kecil Konsumsi daya listrik amat kecil Transistor ditemukan di Bell Labs pada tahun 1947 Terbuat dari Silikon

Transistor sebagai Dasar Komputer Mesin generasi kedua NCR dan RCA adalah perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil IBM mengeluarkan seri 7000‑nya Hardware komputer makin cepat prosesnya Memori makin besar Digital Equipment Corporation (DEC) tahun 1957 meluncurkan komputer pertamanya yaitu PDP 1

Generasi III : Integrated Circuit (IC) Lempeng tipis silikon terbagi dalam beberapa matriks Tiap keping terdiri dari GATE dan MEMORY CELL, yang membentuk komponen elektronik digital Gate : gerbang yang mengimplementasikan fungsi-fungsi Bool (logika sederhana) Gate terdiri dari gate NOT, AND dan OR, yang berisi titik input dan output Memory Cell : perangkat penyimpan satu bit data Keuntungan : Elemen-elemen dikemas lebih rapat, shg. Meningkatkan kecepatan dan interkoneksi lebih handal Komputer lebih kecil, hemat daya listrik dan pendinginan

Generasi Selanjutnya Dikembangkan LSI (Large Scale IC) sampai VLSI (Very LSI) Dapat mencapai 3000 – 10.000 – 100.000.000 komponen per keping

Generasi Komputer Giga Scale Integration (GSI) Tabung vakum - 1946-1957 Transistor - 1958-1964 Small scale integration (SSI)- 1965 Lebih dari 100 transistor dalam chip Medium scale integration (MSI)– sampai 1971 100-3,000 transistor dalam chip Large scale integration (LSI)- 1971-1977 3,000 - 100,000 transistor dalam chip Very large scale integration (VLSI)– 1978 sampai sekarang 100,000 - 100,000,000 transistor dalam chip Ultra large scale integration (ULSI) 10,000,000- 1,000,000,000 transistor dalam chip Giga Scale Integration (GSI) 1,000,000,000-100,000,000,000 transistor dalam chip

Transistor dalam Chip

IBM 360 1964 Kelompok komputer pertama yang terencana Set Instruksi mirip atau identik Sistem operasi mirip atau identik Kecepatan yang meningkat Jumlah I/O port meningkat Ukuran memori yang lebih besar Harga yang meningkat Struktur saklar multiplex

DEC PDP-8 1964 Minikomputer pertama Tidak membutuhkan air condition Bentuknya yang kecil sehingga sangat fleksibel digunakan $16,000 Aplikasi Embedded Struktur Bus

Struktur Bus DEC - PDP-8 I/O Main Memory I/O Console Module CPU Module Controller CPU OMNIBUS

Intel 1971 - 4004 1972 - 8008 1974 - 8080 Microprocessor pertama Semua komponen CPU chip tunggal 4 bit 1972 - 8008 8 bit Didisain untuk aplikasi khusus 1974 - 8080 Intel secara umum menggunakan microprocessor

Evolusi Intel Microprocessor Type 4004 8008 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Thn. Release 71 72 74 78 82 85 89 93 Bit/ Exct 4 8 16 32 Pengalamatan Memory 16 KB 64 KB 1 MB 16 MB 4 GB Transistor - 130 K 275 K 1,2 M 3,2 M

Perancangan Kinerja Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer Komputer saat ini adalah mirip dengan komputer IAS dengan tambahan rancangan kontemporer : Branch prediction : prediksi cabang instruksi yang akan diproses berikutnya. Data flow analysis : melakukan analisis untuk penjadwalan optimum bagi instruksi Speculative execution : prosesor mengeksekusi secara spekulatif sebelum eksekusi aktualnya.

Kesenjangan Kemampuan Kecepatan prosesor meningkat Kapasitas memori meningkat Kecepatan memori lebih lambat daripada prosesor

DRAM

Trend DRAM yang digunakan

Penyelesaian Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan melebarkan lintasan sistem busnya Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan menggunakan teknik cache atau pola buffer lainnya pada keping DRAM Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan penggunakan hierarki bus ‑ bus yang lebih cepat untuk buffering dan membuat struktur aliran data