Pengantar Organisasi Komputer - stta.namestta.name/materi/pengantar_orkom/materi2-Evolusi dan...

Pengantar Organisasi

Komputer

BAB II Evolusi dan Kinerja

Komputer

Mar-19Pengantar Organisasi Komputer1

TUJUAN


1. Menjelaskan tentang sejarah teknologi komputer

2. Menjelaskan trend teknologi yang telah membuat unjuk kerja

yang menjadi fokus rancangan sistem komputer

3. Meninjau bermacam-macam teknik dan strategi yang digunakan

untuk mencapai unjuk kerja yang seimbang dan efisien

4. Menjelaskan perkembangan pentium dan PowerPC

Mar-19Teknik Digital3

12

3 4 5

Generasi Sistem Komputer


No Generasi

Teknologi Durasi Komputer Populer Penemuan Baru yang

Utama

1 Tabung Hampa 1945-1958 Mark 1, ENIAC, EDVAC 1, IBM

650, IBM 701

Stored Program Concept, memori magnetik,

magnetik sebagai memori utama, Aritmetika

biner fixed point

2 Transistor 1958-1966 ATLAS, B 5000, IBM 1401, ICL

1901, PDP-1, MINSK-2

Sistem Operasi, multiprograming, compiler

kompiler, hardisk magnetik, Aritmetika biner

floating point, minicomputer

3 Sirkuit Terpadu (SSI

dan MSI)

1966-1972 IBM System/360, UNIVAC 1100,

Hp 2100 A, PDP-8

Multiprocessing, memori semikonduktor,

memori virtual, memori cache,

supercomputer

4 Large Scale

Integration

1972-1978 ICL 2900, HP 9845 A, INTEL 8080 Konsep RISC, Microcomputer, kontrol

proses, workstation

5 Very Large Scale

Integration

1978- IBM RS/6000, keluarga SUN

Microsystem Ultra SPARC

Networking, sistem server, multimedia,

embedded system

Evolusi Sistem Komputer


Evolusi Sistem Komputer Generasi Pertama

(kira-kira 1943-1956)

- Menggunakan tabung vakum

- Menggunakan punched card

- Media penyimpanan magnetic drum

- Bahasa mesin berkode biner



Generasi Pertama (kira-kira 1943-1956) 1943 ENIAC (Electronic

Number Integrator and Calculation)

- Dirancang oleh Mauchly & Eckert

- 140 kilowatt listrik

- 18.000 tabung vakum

- 70.000 resistor

- 10.000 kapasitor

- 1,5000 kaki persegi

- 8 ton



Generasi Pertama (kira-kira 1943-1956)

Kekurangan :

- Operasi kontrol I/O yang tidak efisien yang menghasilkan unjuk kerja

keseluruhan sistem yang buruk.

- Skema modifikasi pengalamatan yang tidak efisien.

- Instruksi diorientasikan pada perhitungan angka, sehingga pemrograman

non angka dan problem logis menjadi sulit.

- Tidak adanya fasilitas linking program, seperti instruksi untuk memanggil

subrutin yang secara otomatis menyimpan alamat program pemanggil.

- Aritmatika floating point tidak diimplementasikan, khususnya karena

harga perangkat keras yang diperlukan.



Generasi Pertama (kira-kira 1943-1956)

Karakteristik :

-Penggunaaan tabung vakum dalam sirkuit elektronik dan mercury delay lines sebagai

memory.

-Drum magnetik sebagai media penyimpanan internal utama.

- Kapasitas penyimpanan utama yang terbatas (1000-4000 byte)

- Pemrograman bahasa simbol tingkat rendah.

- Problem panas dan pemeliharaan.

- Aplikasi : perhitungan sains, proses payroll, penyimpanan record

-Waktu siklus : milidetik

- Harga : $5 per operasi floating point

- Kecepatan pemrosesan 2000 instruksi per detik.



Generasi Kedua (1957-1964)

- Menggunakan transistor -- hemat daya

- Media penyimpanan magnetic core

- Ditambah pita magnetik sebagai media

penyimpanan eksternal.



Generasi Kedua (1957 - 1964)

Karakteristik :

- Menggunakan transistor untuk operasi internal.

-Magnetic core sebagai media penyimpanan internal utama.

-Mempunyai kapasitas penyimpanan yang lebih banyak (4K – 32K byte)

- I/O lebih cepat

- Mempunyai bahasa pemrograman tingkat tinggi (COBOL, FORTRAN, ALGOL)

- Penurunan yang besar dalam ukuran dan panas yang dihasilkan.

- Peningkatan kecepatan dan kehandalan. - Aplikasi berorientasi batch

-Waktu siklus : mikrodetik

- Biaya 50 sen per operasi floating point.

- Kecepatan pemrosesan 1 Juta instruksi per detik.



Generasi Ketiga (1965 - 1971)

Karakteristik : - Menggunakan sirkuit terintegrasi.

- Magnetik core dan penyimpanan utama yang padat (32K – 3M byte)

- Lebih fleksibel dengan I/O, berorientasi disk.

- Ukuran lebih kecil, unjuk kerja lebih baik dan handal.

- Penggunaan bahasa pemrograman tingkat tinggi lebih luas.

- Munculnya komputer mini.

- Pemrosesan jarak jauh dan time

-sharing melalui jaringan komunikasi.

-Tersedianya perangkat lunak sistem operasi untuk mengontrol I/O dan melakukan banyak pekerjaanyang sebelumnya dikerjakan oleh manusia.

-Waktu siklus nanodetik.

- Biaya 5 sen per operasi floating point.

- Kecepatan pemrosesan 10 mips. (mips = million instruction per second)



Generasi Keempat (1972 sampai kira-kira 1989)

Karakteristik :

-Menggunakan Large

-scale integrated circuit.

- Peningkatan kapasitas penyimpanan (lebih dari 3 Mbyte) dan kecepatan.

- Peningkatan dalam rancangan modular dan kompabilitas antara peralatan (hardware) yang

disediakan oleh pabrik yang berbeda.

-Tersedianya program yang canggih untuk aplikasi-aplikasi khusus.

- Kecanggihan peralatan I/O komputer yang meningkat.

- Penggunaan minikomputer, mikroprosessor dan mikrokomputer yang ekstensif.

- Biaya 1/100 sampai 1 sen per operasi floating point.

- Kecepatan pemrosesan 100 mips sampai 1 bips.



Era Setelah 1940 Generasi Kelima (1980 - ? )

-Komputer mampu menerjemahkan bahasa manusia,

-manusia dapat langsung bercakap-cakap dengan komputer

-penghematan energi komputer.

-Sifat luar biasa ini disebut sebagai "artificial intelligence“.

-Berbasis GUI (Graphic User Interface), multimedia, dan multikomunikasi.

-Pada tahun 1993 Intel memperkenalkan keluarga prosesor 586 yang dikenal sebuatan

Pentium 1 dengan jumlah transistor 3,1 juta untuk melakukan 90 MIPS (Million

Instruction Per Second).

-Kemudian lanjut pada generasi berikutnya yaitu Pentium 2,3 dan 4.



Generasi Keenam Abad 21 Generasi ini adalah generasi masa depan

yang nantinya dikenal dengan Generasi Titanium.

ENIAC – Latar belakang


Electronic Numerical Integrator And Computer

Eckert and Mauchly

University of Pennsylvania

Pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru

Dimulai tahun 1943

Selesai tahun 1946

Too late for war effort

Digunakan sampai tahun 1955

ENIAC - detail


Decimal (not binary)

20 akumulator masing-masing menampung 10 digit desimal

Diprogram secara manual dengan switch

18,000 tabung vakum

30 tons

15,000 meter persegi

140 kW konsumsi dayanya

5,000 operasi penambahan / detik

von Neumann/Turing


Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data biner.

Control Unit, untuk melakukan kontrol terhadap instruksi–

instruksi di dalam memori.

I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Princeton Institute for Advanced Studies

IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

Completed 1952

von Neumann/Turing


Ahli matematika : konsultan pembuatan ENIAC

1945 memperbaiki kelemahan ENIAC : EDVAC

EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer)

Konsep: stored-program concept

1946 dipublikasikasikan

Dikenal :Komputer IAS (Computer of Institute for

Advanced Studies).

Struktur dari von Nuemann

machine


IAS - detail


1000 lokasi penyimpanan x 40 bit words

Binary number

2 x 20 bit instructions

Format Memori IAS

Struktur dari IAS - detail


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.

ALU-IAS(Computer of Institute for Advanced

Studies)


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. 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.

Komputer Komersial


1947 - Eckert-Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer

Corporation

UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

UNIVAC I menjadi tulang punggung perhitungan sensus di USA

Tahun kelahiran industri komputer dengan munculnya 2 buah

perusahaan yang saat itu mendominasi pasar, yaitu Sperry dan IBM

Tahun 1950 diluncurkan UNIVAC II, karakteristik :

Lebih cepat

Memory lebih besar

IBM


Punched-card processing equipment

1953 - the 701

IBM’s first stored program computer

Scientific calculations

1955 - the 702

Applikasi bisnis

Mengeluarkan seri 700/7000

Transistors


Pengganti tabung vakum

Lebih kecil

Lebih ringan

Disipasi daya lebih rendah

Solid State device

Terbuat dari silikon Silicon (Sand)

Ditemukan tahun 1947 di Lab.Bell

William Shockley et al.

Konfigurasi IBM 7094


Transistor Based Computers


Mesin generasi kedua

NCR & RCA membuat small transistor machines

IBM 7000

DEC - 1957

Dibuat PDP-1

Microelectronics


Literally - “small electronics”

Komputer terbentuk dari kumpulan gate,

kumpulan memori dan interkoneksinya

Dapat dibuat dengan semikonduktor

Contoh : silicon wafer (wafer silikon)

Moore’s Law


Kepadatan komponendalam sebuah chip meningkat

Gordon Moore - cofounder of Intel

Jumlah transistor dalam chip menjadi dua kali lipat tiap tahun

Sejak 1970 perkembangan agak lambat

Jumlah transitor menjadi 2 kali dalam sebuah chip berkembang

tiap 18 bulan

Harga dari chip rata-rata tetap / tidak berubah

Higher packing density berarti jalur elektronik lebih pendek, kemampuan makin

meningkat

Ukuran yang mengecil meningkatkan flexebilitas

Mengurangi daya dan membutuhkan pendinginan

Beberapa Interkoneksi meningkatkan reliabilitas

Grafik jumlah transistor dalam chips

Pentium


Seri IBM 360


1964

Set Instruksi Mirip atau Identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang

dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas

sistem maupun perangkat kerasnya.

Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini merupakan feature yang menguntungkan konsumen

sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer tidak kesulitan dalam

sistem operasinya karena sama.

Kecepatan yang meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah

sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.

Ukuran Memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar

memori yang digunakan.

Harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka harganya semakin mahal.

DEC PDP-8


1964

Minicomputer pertama kali (setelah miniskirt!)

Tidak memerlukan air conditioned room

Embedded applications & OEM

Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem

bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system

Sistem ini terdiri atas 96 buah lintasan sinyal yang terpisah, yang

digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data

Arsitektur bus seperti PDP-8 ini nantinya digunakan oleh komputer –

komputer modern

Struktur Bus DEC - PDP-8


Memori Semikonduktor


1970

Fairchild

Size of a single core

i.e. 1 bit of magnetic core storage

Holds 256 bits

Non-destructive read

Much faster than core

Capacity approximately doubles each year

Kesimpulan


Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung Vakum,

Transistor, IC dan VLSI.

Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari

seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori

utama, memori sekunder, bus, peripheral.

Arsitektur & Organisasi

Komputer

BAB II Evolusi dan Kinerja

Komputer Lanjutan


Tujuan


1. Menjelaskan tentang sejarah teknologi komputer

2. Menjelaskan trend teknologi yang telah membuat

unjuk kerja yang menjadi fokus rancangan sistem

komputer

3. Meninjau bermacam-macam teknik dan strategi yang

digunakan untuk mencapai unjuk kerja yang seimbang

dan efisien

4. Menjelaskan perkembangan pentium dan PowerPC

Intel


1971 - 4004

Microprocessor pertama

Semua komponen CPU adalah single chip

4 bit

Diikuti dengan munculnya 8008 tahun 1972

8 bit

Mikroposessor dengan desain applikasi khusus

1974 - 8080

Intel adalah mikroprosessor dengan kegunaan umum

Evolusi mikroprosesor Intel


Peningakatan Kecepatan


Pipelining

On board cache

On board L1 & L2 cache

Branch prediction

Data Flow Analisys

Speculative Execution

Kemampuan


Kecepatan prosessor meningkat

Kapasitas memori meningkat

Kecepatan memori tertinggal dibanding

kecepatan prosessor

Karakteristik DRAM dan

Prosessor


Penggunaan DRAM


Generasi Pentium


8080, keluar tahun 1972 merupakan mikroprosesor pertama keluaran

Intel dengan mesin 8 bit dan bus data ke memori juga 8 bit. Jumlah

instruksinya 66 instruksi dengan kemampuan pengalamatan16KB.

8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan

teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan

kemampuan pengalamatan ke memori 64KB.

80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari 8086,

kemampuan pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi.

80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem

multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi

terunggul pada masa itu.

Generasi Pentium


80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori

dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor.

Pentium, dikeluarkan tahun 1993, menggunakan teknologi superscalar

sehingga memungkinkan eksekusi instruksi secara paralel.

Pentium Pro, keluar tahun 1995. Kemajuannya pada peningkatan

organisasi superscalar untuk proses paralel, ditemukan sistem prediksi

cabang, analisa aliran data dan sistem cache memori yang makin canggih.

Pentium II, keluar sekitar tahun 1997 dengan teknologi MMX sehingga

mampu menangani kebutuhan multimedia. Mulai Pentium II telah

menggunakan teknologi RISC.

Generasi Pentium


Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating

point untuk menangani grafis 3D.

Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia

semakin canggih.

Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4

unit integer, 3 unit pencabangan, interne streaming, 128

interger register.

PowerPC


Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada

komputer muni seri 801.

Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah

PC RT yang dikenalkan tahun 1986.

Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM

RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar

workstation.

Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai

arsitektur POWER

Power PC


IBM menjalin kerja sama dengan Motorola

menghasilkan mikroprosesor seri 6800

Apple menggunakan keping Motorola dalam

Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok

PowerPC

Kelompok Power PC


601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur

PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat.

603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok

ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien.

604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer lowend server

dan komputer desktop.

620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur

64 bit.

740/750, seri dengan cache L2.

G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan

8 instruksi paralel

Beberapa Solusi


Meningkatkan jumlah bits yang diterima tiap proses

Make DRAM “wider” rather than “deeper”

Mengubah DRAM interface

Cache

Mengurangi frekuensi dari akses memori

More complex cache and cache on chip

Meningkatkan interconnection bandwidth

High speed buses

Hierarchy of buses

CISC


A. CISC ( Complex Instruction Set Computing )

Complex Instruction Set Computing (CISC) atau kumpulan instruksi komputasi kompleks.

Adalah suatu arsitektur komputer dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa

operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memori (load), operasi aritmatika,

dan penyimpanan ke dalam memori (store) yang saling bekerja sama.

Tujuan utama dari arsitektur CISC adalah melaksanakan suatu instruksi cukup dengan

beberapa baris bahasa mesin yang relatif pendek sehingga implikasinya hanya sedikit saja

RAM yang digunakan untuk menyimpan instruksi-instruksi tersebut. Arsitektur CISC

menekankan pada perangkat keras karena filosofi dari arsitektur CISC yaitu bagaimana

memindahkan kerumitan perangkat lunak ke dalam perangkat keras.

RISC


RISC (Reduced Instruction Set Computer)

RISC singkatan dari Reduced Instruction Set Computer. Merupakan bagian dari arsitektur mikroprosessor,

berbentuk kecil dan berfungsi untuk negeset instruksi dalam komunikasi diantara arsitektur yang lainnya.

Sejarah RISC

Proyek RISC pertama dibuat oleh IBM, stanford dan UC –Berkeley pada akhir tahun 70 dan awal tahun

80an. IBM 801, Stanford MIPS, dan Barkeley RISC 1 dan 2 dibuat dengan konsep yang sama sehingga dikenal

sebagai RISC. RISC mempunyai karakteristik :

• one cycle execution time : satu putaran eksekusi. Prosessor RISC mempunyai CPI (clock per

instruction)atau waktu per instruksi untuk setiap putaran. Hal ini dimaksud untuk mengoptimalkan setiap

instruksi pada CPU.

• pipelining:adalah sebuah teknik yang memungkinkan dapat melakukan eksekusi secara simultan.Sehingga

proses instruksi lebih efiisien

• large number of registers: Jumlah register yang sangat banyak. RISC di Desain dimaksudkan untuk dapat

menampung jumlah register yang sangat banyak untuk mengantisipasi agar tidak terjadi interaksi yang

berlebih dengan memory.

Perbedaan RISC dan CISC


Perbedaan RISC dengan CISC dilihat dari segi instruksinya

RISC ( Reduced Instruction Set Computer )

– Menekankan pada perangkat lunak, dengan sedikit transistor

– Instruksi sederhana bahkan single

– Load / Store atau memory ke memory bekerja terpisah

– Ukuran kode besar dan kecapatan lebih tinggi

–Transistor didalamnya lebih untuk meregister memori

CISC ( Complex Instruction Set Computer )

– Lebih menekankan pada perangkat keras, sesuai dengan takdirnya untuk pragramer.

– Memiliki instruksi komplek. Load / Store atau Memori ke Memori bekerjasama

– Memiliki ukuran kode yang kecil dan kecepatan yang rendah.

–Transistor di dalamnya digunakan untuk menyimpan instruksi – instruksi bersifatkomplek

Kesimpulan


Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara teknologi

menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers)

dalam arsitekturnya.

PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan

teknologi RISC (reduced instruction set computers).

Pengantar Organisasi Komputer - stta.namestta.name/materi/pengantar_orkom/materi2-Evolusi dan...

Documents

Transcript of Pengantar Organisasi Komputer - stta.namestta.name/materi/pengantar_orkom/materi2-Evolusi dan...