ORGANISASI SISTEM
KOMPUTER
SEMESTER V
PERTEMUAN KE-2
Perubahan I/O
Perubahan bentuk case Perubahan chipset
Perubahan ukuran memory Perubahan besar bus
...
Better, Faster, Cheaper?
Once Upon A Time
Pada awalnya, komputer bukan digunakan untuk kepentingan hiburan atau mengirim email seperti sekarang, tetapi digunakan untuk menghitung kumpulan angka yang rumit.
GENERASI I 1940–1956
Komputer generasi pertama menggunakan tabung vakum untuk sirkuit dan drum magnetik untuk penyimpanan memori.
Tabung vakum digunakan untuk memperkuat sinyal dengan mengendalikan gerakan elektron di ruang evakuasi.
Komputer generasi pertama sangatlah sulit untuk dioperasikan dan berbiaya sangat mahal.
ENIAC
Electronic Numerical Integrator And Computer
Eckert and Mauchly
University of Pennsylvania
Mulai dibuat 1943 - 1946
Digunakan Pada PD-II untuk otomatisasi kalkulasi pada tabel balistik (lintasan peluru)
Digunakan sampai 1955
ENIAC
Menggunakan nilai desimal (bukan biner)
Memiliki 20 akumulator untuk 10 digit
Diprogram secara manual dengan switch (sakelar)
Terdiri dari 18.000 tabung vakum
Berat 30 ton
Luas 15,000 square feet
Konsumsi daya 140 kW
Tabung Vakum
Servis Komputer
John Von Neumann
Konsep penyimpanan program komputer
Memori Menyimpan data dan program
ALU operasi data biner
Unit Kontrol Menginterpretasikan instruksi dari memori dan mengeksekusi
Perangkat I/O Penerima request dan penampil
respon yang dikendalikan oleh Unit Kontrol
John Von Neumann
John von Neumann (1903-1957) adalah ilmuan yang meletakkan dasar-dasar komputer modern. Dalam hidupnya yang singkat, Von Neumann telah menjadi ilmuwan besar abad 21. Von Neumann meningkatkan karya-karyanya dalam bidang matematika, teori kuantum, game theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer. Beliau juga merupakan salah seorang ilmuwan yang sangat berpengaruh dalam pembuatan bom atom di Los Alamos pada Perang Dunia II lalu.
Von Neumann dilahirkan di Budapest, Hungaria pada 28 Desember 1903 dengan nama Neumann Janos. Dia adalah anak pertama dari pasangan Neumann Miksa dan Kann Margit. Di sana, nama keluarga diletakkan di depan nama asli. Sehingga dalam bahasa Inggris, nama orang tuanya menjadi Max Neumann. Pada saat Max Neumann memperoleh gelar, maka namanya berubah menjadi Von Neumann. Setelah bergelar doktor dalam ilmu hukum, dia menjadi pengacara untuk sebuah bank. Pada tahun 1903, Budapest terkenal sebagai tempat lahirnya para manusia genius dari bidang sains, penulis, seniman dan musisi.
Von Neumann juga belajar di Berlin dan Zurich dan mendapatkan diploma pada bidang teknik kimia pada tahun 1926. Pada tahun yang sama dia mendapatkan gelar doktor pada bidang matematika dari Universitas Budapest. Keahlian Von Neumann terletak pada bidang teori game yang melahirkan konsep seluler automata, teknologi bom atom, dan komputasi modern yang kemudian melahirkan komputer. Kegeniusannya dalam matematika telah terlihat semenjak kecil dengan mampu melakukan pembagian bilangan delapan digit (angka) di dalam kepalanya.
Setelah mengajar di Berlin dan Hamburg, Von Neumann pindah ke Amerika pada tahun 1930 dan bekerja di Universitas Princeton serta menjadi salah satu pendiri Institute for Advanced Studies.
Dipicu ketertarikannya pada hidrodinamika dan kesulitan penyelesaian persamaan diferensial parsial nonlinier yang digunakan, Von Neumann kemudian beralih dalam bidang komputasi. Sebagai konsultan pada pengembangan ENIAC, dia merancang konsep arsitektur komputer yang masih dipakai sampai sekarang. Arsitektur Von Nuemann adalah komputer dengan program yang tersimpan (program dan data disimpan pada memori) dengan pengendali pusat, I/O, dan memori.
Sumber : beritaNET.com
Arsitektur Von Neumann
IAS
IAS
Computer of Institute for Advanced Studies
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)
Struktur IAS
Kemunculan komputer komersial
UNIVAC I (Universal Automatic Computer)
1947
Dikembangkan Eckert-Mauchly Computer Corporation
Untuk kalkulasi sensus 1950 oleh US Bureau of Census
Berhasil memprediksi hasil pemilihan presiden di AS, 1956
UNIVAC II
Dipasarkan akhir th. 1950-an
Lebih cepat
Kapasitas memori
IBM
Pabrik peralatan Punched-card
1953 – IBM-701
Komputer pertama IBM (stored program computer)
Untuk keperluan aplikasi Scientific
1955 – IBM- 702
Untuk aplikasi bisnis
Merupakan awal dari seri 700/7000 yang membuat IBM menjadi pabrik komputer
IBM Punched Card
Cek : https://www.youtube.com/watch?v=oPKmegMkJrI
GENERASI II 1957–1963
Teknologi tabung vakum mulai tergantikan dengan transistor.
Keunggulan transistor adalah bentuknya yang lebih kecil.
Dengan bentuk minimalis dari transistor, komputer menjadi lebih kecil dan hemat energi.
Di generasi kedua ini, bahasa pemograman mulai diperkenalkan, seperti contohnya COBOL dan Fortran.
Teknologi penyimpanan memori juga berubah dari drum magnetik menjadi teknologi pita magnetik.
Transistor
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 Berbasis Prosesor
NCR & RCA
IBM 7000
DEC - 1957
GENERASI III 1964–1971
Pengembangan sirkuit terpadu adalah ciri khas dari generasi ketiga komputer.
Bentuk transistor semakin diperkecil dan
ditempatkan di chip silikon, yang dinamakan semikonduktor.
Teknologi ini semakin mempercepat kinerja komputer.
Mouse dan keyboard (Belum RGB)
Ada sistem operasi
Hukum Moore
Dicetuskan oleh Gordon Moore - cofounder of Intel
Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip
Jumlah transistors/chip meningkat 2 x lipat per tahun
Sejak 1970 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
pertumbuhan kecepatan perhitungan
mikroprosesor mengikuti rumusan eksponensial pertumbuhan kecepatan
perhitungan
mikroprosesor mengikuti rumusan eksponensial
Hukum Moore
Hukum Moore
Perkembangan teknologi dewasa ini menjadikan Hukum Moore semakin tidak Relevan untuk meramalkan kecepatan mikroprossesor.
Hukum Moore, yang menyatakan bahwa kompleksitas sebuah mikroprosesor akan meningkat dua kali lipat tiap 24 bulan sekali, sekarang semakin dekat ke arah
jenuh.
Hal ini semakin nyata setelah Intel secara resmi memulai arsitektur prosesornya dengan code Nehalem.
Prosesor ini akan mulai menerapkan teknik teknologi nano dalam pembuatan prosesor, sehingga tidak membutuhkan waktu selama 24 bulan untuk melihat peningkatan kompleksitas tetapi akan lebih singkat
IBM Seri 360
1964
Mengganti (& tdk kompatibel dengan) seri 7000
Pelopor munculnya “family” komputer
Sama atau identik Instruksinya
Sama atau identik O/S
Bertambahnya kecepatan
Bertambahnya jumlah port I/O
Bertambahnya ukuran memori
Harga meningkat
Multiplexed switch structure
DEC – PDP 8
1964
Minikomputer pertama
Tidak mengharuskan ruangan ber AC
Ukuran kecil
Harga $16.000
$100k+ for IBM 360
Embedded applications & OEM
Struktur BUS
DEC – PDP 8
Memori Semikonduktor
1970
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
Bentuk umumnya berupa Integrated Circuit atau IC
GENERASI IV 1971–1980
Di periode ini prosesor mikro mulai diperkenalkan, saat ribuan sirkuit terpadu dimasukan ke dalam sebuah silikon chip yang kecil.
Prosesor pertama Intel, 4004 chip mulai menjadi otak utama di sebuah komputer.
Istilah Personal Computer (pc) mulai digunakan.
Menjadi tonggak awal pembangunan internet.
Intel
Tahun 1971 4004
Mikroprosesor pertama
Semua komponen CPU dalam 1 IC (chip)
4 bit
Tahun 1972 8008
8 bit
Untuk aplikasi yang spesifik
Tahun 1974 8080
Generasi pertama dari intel “general purpose microprocessor”
Tahun 1978 8086, 80286
Tahun 1985 80386
Tahun 1989 80486
Dll....
IBM 4341,
DEC 10,
STAR 1000,
PUP 11
APPLE II
GENERASI V
1980–SEKARANG
• Teknologi ULSI (Ultra Large Scale Integration), yang memungkinkan pemadatan hingga 10 juta komponen didalam sebuah mikroprocessor.
• Artificial Intelegenca (AI) atau kecerdasan buatan. Komputer generasi kelima telah memanfaatkan AI, meskipun masih dalam tingkat rendah.
• Parallel Processing, penggunaan lebih dari satu prosessor yang dapat bekerja bersama secara parallel.
• Teknologi Superkonduktor (superconductor), yang memungkinkan aliran informasi dengan kecepatan tinggi.
Karakteristik Gen V
• Interface yang lebih user friendly. Misalnya mouse dengan sensor optik, mouse tanpa kabel (wireless), serta mouse sensorik. Monitor dengan layar sentuh juga telah banyak beredar di pasaran belakangan ini.
• Hardware komputer yang lebih compact, ringan, dan relatif lebih murah namun tentunya lebih canggih.
• Mulai dikembangkan natural language understanding; pengembangan teknologi yang memungkinkan komputer untuk dapat mengerti bahasa manusia.
Contoh Gen V
• Kecerdasan buatan
• Pengenalan suara
• Pendeteksi lingkungan
• Gerakan alami robot
• Interaksi dengan benda mati
Ketidakseimbangan Kinerja Memory
Kecepatan prosesor meningkat
Kapasitas memori meningkat
Perkembangan kecepatan memori lebih lambat (tertinggal) dibanding kecepatan prosesor
SOLUSI?
Performance Gap
Solusi
Meningkatkan jumlah bit per akses
Mengubah interface DRAM
Cache
Mengurangi frekuensi akses memory
Cache yg lebih kompleks dan cache on chip
Meningkatkan bandwidth interkoneksi
Bus kecepatan tinggi - High speed buses
Hierarchy of buses
Ketidakseimbangan Kinerja I/O
Perangkat untuk kebutuhan I/O
Besar data throughput yang dibutuhkan
Dapat dihandle oleh prosesor
Permasalahan Perpindahan data
Ketidakseimbangan Kinerja I/O
Solusi:
Caching
Buffering
Higher-speed interconnection buses
More elaborate bus structures
Multiple-processor configurations
Komputer Ideal
Keseimbangan
Komponen prosesor
Memori
Perangkat I/O
Struktur koneksi
Komputer Ideal
Meningkatkan kecepatan prosesor
Ukuran gerbang logika (IC) yang lebih kecil
Lebih banyak gate, dikemas lebih rapat, menambah clock rate
Waktu propagasi untuk sinyal berkurang
Menambah ukuran dan kecepatan cache
Diperuntuk bagi prosesor
Waktu akses cache turun secara signifikan
Perubahan organisasi dan arsitektur prosesor
Meningkatkan kecepatan eksekusi
Parallel
Hukum Amdahl
Gene Amdahl [AMDA67]
Potensi peningkatan kecepatan program dengan menggunakan beberapa prosesor
Menyimpulkan bahwa:
Kode perlu parallelizable
Kecepatan meningkat, memberikan hasil yang menurun untuk procesor lebih banyak
Tergantung apa yang dikerjakan
Server dapat memelihara beberapa koneksi pada multiple prosesor
Database dapat dibagi dalam tugas-tugas pararel
Hukum Amdahl
For program running on single processor
Fraction f : bagian/fraksi dari operasi komputasi yang dapat dikerjakan secara pararel
T adalah waktu eksekusi total untuk program dalam prosesor tunggal
N adalah jumlah prosesor yang sepenuhnya memanfaatkan bagian dari kode pararel
Kesimpulan
f small, parallel processors mempunyai efek yang kecil
N ->∞, kecepatan tergantung dari 1/(1 – f)
Berkurangnya manfaat ketika menggunakan banyak prosesor
Perkembangan Mikroprosesor
Perkembangan Intel
Penambahan Cache
Biasanya dua atau tiga kali cache antara prosesor dan memori utama
Bertambahnya kepadatan IC (Chip)
Lebih besar cache memori dalam chip
Lebih cepat akses cache
Pentium mengalokasikan 10% untuk cache
Pentium 4 mengalokasikan sekitar 50%
Penilaian Kinerja Komputer
Parameter Kunci
Kinerja, biaya, ukuran, keamanan, kehandalan, konsumsi daya
Sistem kecepatan clock
Dalam Hz atau kelipatanya
Clock rate, clock cycle, clock tick, cycle time
Sinyal dalam CPU membutuhkan waktu untuk perubahan ke 1 atau 0
Sinyal dapat berubah dengan kecepatan yang berbeda
Dibutuhkan sinkronisasi untuk pengoperasiannya
Eksekusi instruksi dalam diskrit
Decode, load dan menyimpan, aritmatika atau logika
Biasanya memerlukan beberapa siklus clock per instruksi
System Clock
Instruction Excecution Rate
Millions of instructions per second (MIPS)
Millions of floating point instructions per second (MFLOPS)
Sangat bergantung pada instruksi, kompiler, implementasi prosesor, cache dan hirarki memori
Program dirancang untuk menguji kinerja
Ditulis dengan bahasa tingkat tinggi
Portable
Merepresentasikan jenis pekerjaannya
Systems, numerical, commercial
Mudah diukur
Luas penggunannya
Misal: System Performance Evaluation Corporation (SPEC)
CPU2006 untuk perhitungan yang pasti
17 floating point programs dalam C, C++, Fortran
12 integer programs dalam C, C++
3 juta baris kode
Kecepatan
Single task dan throughput
