Chapter 2 Evolusi dan Kinerja Komputer Organisasi dan Arsitektur Komputer : Perancangan Kinerja (William Stallings) Chapter 2 Evolusi dan Kinerja Komputer

PERKEMBANGAN SEJARAH KOMPUTER Abdul Rouf Abacus, yang muncul sekitar 4000 tahun sebelum masehi. Disusun atas lempengan tipis dari batu dengan batu koral yang dikaitkan pada kawat 1642. Blaise Pascal menemukan kalkulator roda numerik (numerical wheel calculator) yang dinamakan Pascaline, menggunakan delapan roda putar bergerigi untuk menjumlahkan bilangan hingga delapan digit.

MESIN KOMPUTASI PERTAMA Abdul Rouf 1821. Awal mula komputer yang sebenarnya dibentuk oleh seorang profesor matematika Inggris, Charles Babbage yang menciptakan mesin komputasi penyelesaian persamaan differensial yang terdiri dari sekitar 50.000 komponen. Desain dasar dari Analytical Engine menggunakan kartu-kartu perforasi (berlubang-lubang) yang berisi instruksi operasi bagi mesin tersebut

SIRKUIT ELEKTRIK Abdul Rouf 1934. John V. Atanasoff dan Clifford Berry mencoba membuat komputer elektrik yang menerapkan aljabar Boolean pada sirkuit elektrik. Pendekatan ini didasarkan pada hasil kerja George Boole (1815-1864) berupa sistem biner aljabar, yang menyatakan bahwa setiap persamaan matematik dapat dinyatakan sebagai benar atau salah.

ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer Eckert and Mauchly Abdul Rouf Electronic Numerical Integrator And Computer Eckert and Mauchly University of Pennsylvania Tabel Lintasan peluru Mulai dibuat 1943 Selesai 1946 Terlambat untuk digunakan dlm PD-II Dipakai sampai 1955

ENIAC - details Menggunakan sistem Decimal (bukan binary) Abdul Rouf Menggunakan sistem Decimal (bukan binary) Memiliki 20 accumulator untuk 10 digits Diprogram secara manual melalui sakelar Berisi 18,000 vacuum tubes Berat 30 tons Luas 15,000 square feet Daya 140 kW Kecepatan: 5,000 penambahan per detik

von Neumann/Turing Konsep: Stored Program Computer Abdul Rouf Konsep: Stored Program Computer Main memory: menyimpan program dan data ALU: mengerjakan operasi data biner Control unit: interpretasi instruksi dari memory dan meng-eksekusi Peratan Input/output dikendailkan oleh control unit Princeton Institute for Advanced Studies IAS Selesai dibuat 1952

Structure Mesin von Nuemann Abdul Rouf Arithmetic and Logic Unit Input Output Equipment Main Memory Program Control Unit

IAS - details Kapasitas memori: 1000 x 40 bit words Abdul Rouf Kapasitas memori: 1000 x 40 bit words Menggunakan sistem bilangan Biner Panjang instruksi 20 bit ( 1 word = 2 instruksi ) Register-register dalam CPU MBR (Memory Buffer Register) MAR (Memory Address Register) IR (Instruction Register) IBR (Instruction Buffer Register) PC (Program Counter) AC (Accumulator) MQ (Multiplier Quotient)

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

Komputer Komersial 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation Abdul Rouf 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) Untuk kalkulasi sensus 1950 oleh US Bureau of Census Menjadi divisi dari Sperry-Rand Corporation UNIVAC II dipasarkan akhir th. 1950-an Lebih cepat Kapasitas memori lebih besar

IBM Pabrik peralatan Punched-card 1953 – IBM-701 1955 – IBM- 702 Abdul Rouf Pabrik peralatan Punched-card 1953 – IBM-701 Komputer pertama IBM (stored program computer) Untuk keperluan aplikasi Scientific 1955 – IBM- 702 Untuk applikasi bisnis Merupakan awal dari seri 700/7000 yang membuat IBM menjadi pabrik komputer yang dominan

Transistor Menggantikan vacuum tubes Lebih kecil Lebih murah Abdul Rouf Menggantikan vacuum tubes Lebih kecil Lebih murah Disipasi panas sedikit Merupakan komponen Solid State Dibuat dari Silicon (Sand) Ditemukan pada th 1947 di laboratorium Bell Oleh William Shockley dkk.

Komputer berbasisTransistor Abdul Rouf Mesin generasi II NCR & RCA menghasilkan small transistor machines IBM 7000 DEC - 1957 Membuat PDP-1

Microelectronics Secara harafiah berarti “electronika kecil” Abdul Rouf Secara harafiah berarti “electronika kecil” Sebuah computer dibuat dari gerbang logika (gate), sel memori dan interkoneksi Sejumlah gate dikemas dalam satu keping semikonduktor silicon wafer

Generasi Komputer 1946-1957 : Vacuum tube 1958-1964 : Transistor Abdul Rouf 1946-1957 : Vacuum tube 1958-1964 : Transistor 1965-1971 : SSI - Small scale integration Up to 100 devices on a chip 1971 : MSI - Medium scale integration ( 100-3,000 devices on a chip 1971-1977 : LSI - Large scale integration 3,000 - 100,000 devices on a chip 1978- : VLSI - Very large scale integration 100,000 - 100,000,000 devices on a chip Ultra large scale integration Over 100,000,000 devices on a chip

Generasi Komputer (G-1  Vacuum Tubes (1943 – 1956)) Abdul Rouf Karakteristik Komputer Generasi Pertama: Penggunaan tabung vakum dalam sirkuit elektronik dan mercury delay lines sebagai memory. Drum Magnetik sebagai media penyimpan internal utama. Kapasitas penyimpanan utama yang terbatas (1000 – 4000 bytes) Pemrograman bahasa symbol tingkat rendah. Problem panas dan pemeliharaan. Aplikasi : perhitungan sains, pemrosesan payroll, penyimpanan record. Waktu siklus : milidetik Kecepatan pemrosesan : 2000 instruksi per detik.

Generasi Komputer (G-2 Transistors (1957 – 1964)) Abdul Rouf Karakteristik komputer generasi kedua: Penggunaan transistor untuk operasi internal. Magnetic core sebagai media penyimpan internal utama. Mempunyai kapasitas penyimpanan lebih banyak (4K – 32K) I/O lebih cepat, orientasi pita Bahasa pemrograman tingkat tinggi (Cobol, Fortran, Algol) Penurunan panas. Waktu siklus mikrodetik Kecepatan pemrosesan : 1 juta instruksi per detik (mips)

Generasi Komputer (G-3  Integrated Circuits (1965 – 1971)) Abdul Rouf Karakteristik komputer generasi ketiga: Menggunakan sirkuit terintegrasi. Magnetic core dan penyimpanan utama yang padat (32K – 3 Mbyte) Lebih fleksibel dengan I/0 ; berorientasi disk. Ukuran lebih kecil, unjuk kerja lebih baik dan handal. Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi lebih luas. Muncul komputer mini. Pemrosesan jarak jauh dan time sharing melalui jaringan komunikasi. Tersedianya perangkat lunak sistem operasi untuk mengontrol I/O. Waktu siklus ; nano detik kecepatan pemrosesan ; 10 mips.

Generasi Komputer (G-4  Very Large Scale Integration (1972 – 1989)) Abdul Rouf Karakteristik komputer generasi ke empat: Menggunaan large scale integrated circuit. Peningkatan kapasitas penyimpanan (lebih 3 Mbyte) dan kecepatan. Dukungan dari bahasa pemrograman yang lebih kompleks. Perangkat I/O semakin meningkat sehingga mendukung peripheral lainnya. Penggunaan minikomputer, mikroprosessor, dan mikrokomputer. Aplikasi ; simulasi model matematika, komunikasi data. Kecepatan pemrosesan ; 100 mips sampai 1 bips

Perkembangan komputer digital Abdul Rouf

Perkembangan komputer digital (2) Abdul Rouf

Moore’s Law Gordon Moore - cofounder of Intel Abdul Rouf Gordon Moore - cofounder of Intel Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip Jumlah transistors/chip meningkat 2 x lipat per tahun Sejak 1970 pengembangan agak lambat Jumlah transistors 2 x lipat setiap 18 bulan Harga suatu chip tetap / hampir tidak berubah Kerapatan tinggi berarti jalur pendek, menghasilkan kinerja yang meningkat Ukuran semakin kecil, flexibilitas meningkat Daya listrik lebih hemat, panas menurun Sambungan sedikit berarti semakin handal / reliable

Jumlah Transistor dalam CPU Abdul Rouf

IBM seri 360 1964 Pengganti seri 7000 (tidak kompatibel) Abdul Rouf 1964 Pengganti seri 7000 (tidak kompatibel) Rancangan awal suatu “keluarga” komputer Memiliki set instruksi yang sama atau identik Menggunakan O/S yang sama atau identik Kecepatan meningkat Jumlah I/O ports bertambah (i.e. terminal tambah banyak) Kapasitas memori bertambah Harga meningkat

DEC PDP-8 1964 Minicomputer pertama Tidak mengharuskan ruangan ber-AC Abdul Rouf 1964 Minicomputer pertama Tidak mengharuskan ruangan ber-AC Ukurannya kecil Harga $16,000 $100k+ untuk IBM 360 Embedded applications & OEM Menggunakan BUS STRUCTURE

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

Memori Semiconductor 1970 Fairchild Abdul Rouf 1970 Fairchild Ukuran kecil ( sebesar 1 sel core memory) Dapat menyimpan 256 bits Non-destructive read Lebih cepat dari core memory Kapasitas meningkat 2 x lipat setiap tahun

Intel Abdul Rouf 1971 - 4004 Microprocessor pertama, CPU dalam 1 chip, 4 bit 1972 - 8008 8 bit, Digunakan untuk aplikasi khusus 1974 - 8080 Microprocessor general purpose yang pertama dari Intel 1978 - 8086, 80286 1985 - 80386 1989 - 80486

Meningkatkan kecepatan Abdul Rouf Pipelining On board cache On board L1 & L2 cache Branch prediction Data flow analysis Speculative execution

Performance Mismatch Kecepatan Processor meningkat Abdul Rouf Kecepatan Processor meningkat Kapasitas memory meningkat Kecepatan memory tertinggal dari prosesor

DRAM and Processor Characteristics Abdul Rouf

Trends in DRAM use Abdul Rouf

Solusi Meningkatkan jumlah bit per akses Mengubah interface DRAM Abdul Rouf Meningkatkan jumlah bit per akses Mengubah interface DRAM Cache Mengurangi frekuensicy akses memory Cache yg lebih kompleks dan cache on chip Meningkatkan bandwidth interkoneksi Bus kecepatan tinggi - High speed buses Hierarchy of buses

Pentium CISC Menggunakan teknik-teknik superscalar Abdul Rouf CISC Menggunakan teknik-teknik superscalar Eksekusi instruksi secara parallel P6 : menggunakan: Brach prediction Data flow analisys Specultive execution P7 : menggunakan teknologi berbasis RISC

PowerPC Sistem RISC superscalar Abdul Rouf Sistem RISC superscalar Hasil kerjasama IBM – Motorolla - Apple Diturunkan dari arsitektur POWER (IBM RS/6000) Keluarga PowerPC: 601: 32-bit 603: low-end desktop dan komputer portabel 604: desktop dan low-end user 620: 64-bit penuh, high-end user

Internet Resources http://www.intel.com/ http://www.ibm.com Abdul Rouf http://www.intel.com/ Search for the Intel Museum http://www.ibm.com http://www.dec.com Charles Babbage Institute PowerPC Intel Developer Home