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 - DetailDesimal (bukan biner)Accumulator 20, mampu 10 digitProgram manual dengan saklarTabung vakum 18,000 Berat 30 tonVolume 15,000 kaki persegiDaya listrik 140 kW Kecepatan operasi 5,000 per detik

Von Neumann/TuringKonsep 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

MainMemory

Arithmetic and Logic Unit

Program Control Unit

InputOutputEquipment

IAS - detailMemory 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 . 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

MainMemory

Arithmetic and Logic Unit

Program Control Unit

InputOutputEquipment

MBR

Arithmetic & Logic Circuits

MQAccumulator

MARControlCircuits

IBR

IR

PC

Address

Instructions& Data

Central Processing Unit

Komputer Komersial

1947 - Eckert-Mauchly Computer CorporationUNIVAC 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 keduaNCR dan RCA adalah perusahaan yang

mengembangkan komputer berukuran kecil IBM mengeluarkan seri 7000‑nya Hardware komputer makin cepat prosesnya Memori makin besarDigital Equipment Corporation (DEC) tahun

1957 meluncurkan komputer pertamanya yaitu

PDP 1

Generasi III : Integrated Circuit (IC)Lempeng tipis silikon terbagi dalam beberapa

matriksTiap keping terdiri dari GATE dan MEMORY CELL,

yang membentuk komponen elektronik digitalGate : gerbang yang mengimplementasikan fungsi-

fungsi Bool (logika sederhana)Gate terdiri dari gate NOT, AND dan OR, yang berisi

titik input dan outputMemory 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 SelanjutnyaDikembangkan LSI (Large Scale IC) sampai

VLSI (Very LSI)Dapat mencapai 3000 – 10.000 – 100.000.000

komponen per keping

Generasi KomputerTabung vakum - 1946-1957Transistor - 1958-1964Small scale integration (SSI)- 1965

• Lebih dari 100 transistor dalam chipMedium scale integration (MSI)– sampai 1971

• 100-3,000 transistor dalam chipLarge scale integration (LSI)- 1971-1977

• 3,000 - 100,000 transistor dalam chipVery 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 3601964Kelompok 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

1964Minikomputer pertamaTidak membutuhkan air conditionBentuknya yang kecil sehingga sangat fleksibel

digunakan $16,000 Aplikasi EmbeddedStruktur Bus

Struktur Bus DEC - PDP-8

OMNIBUS

ConsoleController

CPU Main Memory I/OModule

I/OModule

Intel1971 - 4004

• 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 MicroprocessorType 4004 8008 8080 8086 80286 80386 80486 Pentium

Thn. Release

71 72 74 78 82 85 89 93

Bit/ Exct 4 8 8 16 16 32 32 32

Pengalamatan Memory

16 KB 64 KB 1 MB 16 MB 4 GB 4 GB 4 GB

Transistor

- - - - 130 K 275 K 1,2 M 3,2 M

Perancangan KinerjaKinerja 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 instruksiSpeculative execution : prosesor mengeksekusi

secara spekulatif sebelum eksekusi aktualnya.

Kesenjangan KemampuanKecepatan prosesor meningkatKapasitas memori meningkatKecepatan memori lebih lambat daripada

prosesor

DRAM

Trend DRAM yang digunakan

PenyelesaianMeningkatkan 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