Evolusi dan Kinerja Komputer

 

 Evolusi dan Kinerja Komputer

Assalamu'alaikum wr wb

Hai teman-teman!

Kembali lagi di blog saya. Kali ini saya akan menjelaskan materi yang berhubungan dengan mata kuliah Organisasi dan Arsitektur Komputer, yaitu evolusi dan kinerja komputer.

Evolusi Komputer

Komputer Generasi Pertama

Perkembangan komputer dari masa kemasa terus mengalami peningkatan yang sangat pesat. Penciptaan perangkat elektronik ini dimulai pada tahun 1940-an dengan memanfaatkan  tabung hampa udara. Salah satu hasil nyata computer generasi pertama ini adalah ENIAC  (Electronic Numerical Integrator And Computer). Pada tahun 1943 John Mauchly, seorang Profesor teknik elektro dari University of Pennsylvania beserta mahasiswanya, John Eckert  mengusulkan untuk membangun satu komputer general-purpose menggunakan vacuum tubes  (tabung hampa udara). Ide tersebut selanjutnya diterima oleh angkatan darat pemerintah  setempat. Mesin yang dihasilkan memiliki bobot 30 ton dengan luas 1500 meter persegi dan  terdiri atas lebih dari 18.000 vacuum tubes. Komputer ini direncanakan sebagai alat pembuatan  jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Proyek ENIAC berhasil diselesaikan pada  tahun 1946 sehingga merupakan satu usaha yang terlambat untuk dimanfaatkan pada perang  dunia ke dua, namun mesin ini masih digunakan sampai tahun 1955. Komputer ENIAC bekerja  menggunakan sistem bilangan desimal, bukan biner . Mesin ini memiliki memori yang terdiri  atas 20 akumulator dan setiap akumulator menampung 10 digit desimal. ENIAC diprogram  secara manual dengan switch, membutuhkan konsumsi daya sebesar 140Kw serta mampu  melakukan 5000 operasi penjumlahan per detik.

Komputer generasi pertama selanjutnya adalah Von Neumann Machine / Turing. Tahun 1945 Von Neumann yang merupakan seorang ahli matematika sekaligus konsultan proyek  ENIAC memperbaiki kelemahan pada ENIAC dengan menciptakan EDVAC (Electronic  Discrete Variable Computer). EDVAC merupakan komputer pertama menggunakan stored-  program concept. Selanjutnya pada tahun 1946 Von Neumann beserta koleganya mulai  mendesain satu komputer stored-program concept yang disebut sebagai komputer IAS di  Princeton Institute for Advanced Studies. IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) selesai dibangun pada tahun 1952. Struktur dari von Neumann machine tampak padda gambar di bawah. Komputer dengan konsep stored-program memiliki 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 serta I/O  untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.




Spesifikasi detail dari komputer IAS, yaitu :

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)

IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan menjadi 5 seperti berikut ini : 
  1. Data transfer,  memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register  ALU sendiri. 
  2. Unconditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat  tertentu. 
  3. Conditional branch, perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan  syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai dari percabangan tersebut. 
  4. Arithmetic, kumpulan  operasi – operasi yang dibentuk oleh ALU. 
  5. Address Modify, instruksi – instruksi yang  memungkinkan pengubahan alamat saat di komputasi sehingga memungkinkan fleksibilitas  alamat yang tinggi pada program.
Pada tahun 1947 Eckert-Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation.  Perusahaan ini sudah mulai melakukan komersialisasi komputer. Komputer generasi pertama  yang dikomersialkan adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer). UNIVAC I menjadi tulang punggung perhitungan sensus di USA. Pada tahun tersebut merupakan tahun kelahiran  industri komputer dengan munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu mendominasi pasar,  yaitu Sperry dan IBM. Tahun 1950 diluncurkan UNIVAC II, dengan karakteristik komputasi  yang lebih cepat serta kapasitas memory yang lebih besar. Pada tahun 1953 IBM memproduksi  stored program computer pertamanya yang diberi nama IBM seri 701. Komputer ini memiliki  kemampuan untuk melakukan kalkulasi scientific. IBM seri 702 dipasarkan pada tahun 1955,  denggan kemampuan untuk membantu aplikasi bisnis. Pada tahun selanjutnya IBM  mengeluarkan seri 700/7000.

Komputer Generasi Kedua

Pada komputer generasi kedua terjadi perubahan unit pemrosesan yang sebelumnya  memanfaatkan vacuum tube (tabung hama udara) berubah menjadi transistor. Kelebihan yang  dimiliki oleh transistor adalah secara ukuran lebih kecil, secara bobot lebih ringan, dan  memiliki disipasi daya lebih rendah. Transistor berupa perangkat yang berbentuk padat (Solid  State device) dan terbuat dari pasir silikon. Transistor ditemukan oleh William Shockley dan  kawan-kawan pada tahun 1947 di Laboratorium Bell.

Komputer berbasis transistor merupakan mesin generasi kedua. Perusahaan NCR &  RCA mulai memproduksi small transistor machines, sementara IBM meluncurkan seri 7000  dan DEC membuat PDP-1. 



Komputer Generasi Ketiga

Komputer organisasi ketiga memanfaatkan Integrated Circuit (IC) sebagai pengganti transistor. IC merupakan kumpulan dari puluhan transistor yang dipadukan secara bersama  dalam satu chip tunggal. IC juga dikenal sebagai perangkat microelectronics yang secara  literature berarti “small electronics”. IC terbentuk dari kumpulan gate, kumpulan memori dan interkoneksinya yang dapat dibuat dengan semikonduktor. Generasi komputer dari tahun ke  tahun dapat dirangkum sebagai berikut :

  • Vacuum Tube - 1946-1957
  • Transistor - 1958-1964
  • Small scale integration - 1965 used up to 100 devices on a chip
  • Medium scale integration - to 1971 used 100-3,000 devices on a chip
  • Large scale integration - 1971-1977 used 3,000 - 100,000 devices on a chip
  • Very large scale integration - 1978 to date, used 100,000 - 100,000,000 devices on a chip
  • Ultra large scale integration, used over 100,000,000 devices on a chip

Contoh dari komputer generasi ketiga yang diluncurkan oleh IBM pada tahun 1964  adalah IBM seri 360. Komputer ini memiliki karakteristik berupa kemiripan pada set instruksi  atau identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan menggunakan  set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas sistem maupun perangkat kerasnya.  Selain itu IBM seri 360 juga memiliki sistem operasi mirip atau identik, ini merupakan feature  yang menguntungkan konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer  tidak kesulitan dalam sistem operasinya karena sama. Pada komputer seri ini kecepatan  meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan  tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri. Seri 360 juga memiliki  ukuran memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar  memori yang digunakan selain itu juga harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka  harganya semakin mahal.

Contoh lain komputer generasi ketiga adalah DEC PDP-8 yang merupakan  minicomputer pertama kali. Komputer ini diciptakan pada 1964 dan mesin yang dibuat sudah tidak memerlukan air conditioned room. DEC PDP-8 merupakan embedded applications dan  OEM yang memiliki arsitektur sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada  komputer ini menggunakan omnibus system sebagai mana tampak pada gambar Struktur Bus DEC - PDP-8 dibawah.

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.

Komputer Generasi Selanjutnya

Aplikasi pertama teknologi IC adalah untuk pembuatan processor (control unit dan ALU), namun pada saat yang sama IC dimanfaatkan pula untuk pembuatan memori  semikonduktor. Pada tahun 1970 Fairchild Semiconductor International, Inc. memproduksi  memori semikonduktor pertama dengan kapasitas 256 bits. Chip memory yang dihasilkan  memiliki karakteristik non-destructive read serta memiliki kecepatan yang lebih tinggi dari  magnetic core memory. Memory yang dibuat hanya membutuhkan 70 billionths of a second  untuk membaca 1 bit data. Kapasistas memori semikonduktor meningkat rata-rata dua kali  setiap tahun.

Pemanfaatan perangkat IC pada processor komputer generasi keempat dan seterusnya  merupakan integrase chip yang luar biasa mulai dari LSI, VLSI bahkan hingga kini ULSI. Pada  tahun 1971 Intel memproduksi komputer dengan processor dengan ukuran micro  (microprocessor) untuk pertama kalinya. Intel seri 4004 telah menggabungkan semua  komponen CPU dalam satu chip tunggal serta memiliki 4 jalur bus (4 bit data). Selanjutnya  pada tahun 1972 seri 8008 dengan kapasitas pemrosesan 8 bit diluncurkan. Kedua generasi  intel tersebut meruppakan komputer yang memiliki aplikasi spesifik. Komputer general  purpose microprocessor pertama diterbitkan intel tahun 1974 dengan seri 8080. Evolusi  microprocessor intel dari tahun ke tahun tampak pada tabel di bawah.

Tabel Evolusi Mikroprosesor Intel

Processor

Tahun

Lebar Bus

Deskripsi

4004

1971

4

Mikroprosesor pertama

4040

1972

4

Peningkatan versi dari prosesor Intel 4004.

8008

1972

8

Pertama 8-bit mikroprosesor.

8080

1974

8

Penerus Intel 8008 CPU.

8085

1976

8

Peningkatan versi dari Intel 8080 CPU.

8086

1978

16

Generasi pertama dari prosesor Intel 80×86.

8088

1979

8/16

8 bit (eksternal) versi dari Intel 8086 CPU.

80186

1982

16

Generasi berikutnya prosesor 80×86. Kebanyakan digunakan sebagai prosesor tertanam.

80188

1982

8/16

Generasi berikutnya prosesor 80×86. Kebanyakan digunakan sebagai prosesor tertanam.

80286

1982

16

Generasi kedua prosesor 80×86:
instruksi baru, modus terproteksi, dukungan untuk 16MB memori.

80376

1989

32

Tertanam mikroprosesor 32-bit berbasis Intel 80386.

80386

1985

32

Ketiga generasi prosesor 80×86: 32 bit arsitektur, mode prosesor baru.

80486

1989

32

Keempat generasi prosesor 80×86: terpadu FPU, clock multiplier internal.

80486 overdrive /DX2

1989

32

Overdrive / Upgrade keluarga prosesor Intel 80486.

Pentium

1993

32

Kelima generasi prosesor x86: arsitektur superscalar, MMX.

Pentium II

1997

32

Keenam generasi prosesor x86.

Celeron

1998

32

Biaya rendah versi Pentium II, Pentium III dan Pentium 4 prosesor.

Pentium II Xeon

1998

32, 64

Kinerja lebih tinggi dari versi Pentium 4 CPU.

Pentium III

1999

32

Ditingkatkan dan lebih cepat dari versi Pentium II.

Pentium 4

2000

32, 64

Generasi baru dari prosesor Pentium.

Pentium M

2003

32

Mikroprosesor Pentium khusus dirancang untuk aplikasi mobile

Celeron D

2004

32, 64

Biaya rendah versi desktop prosesor Pentium 4.

Celeron M

2004

32

Rendah biaya mikroprosesor khusus dirancang untuk aplikasi mobile

Pentium D

2005

64

Dual-core CPU berbasis arsitektur  pada Pentium 4.

Pentium Extreme Edition

2005

64

Dual-core CPU berbasis arsitektur  pada Pentium 4.

Core 2 Duo

2006

64

64-bit mikroprosesor.

Pentium Dual-Core

2007

64

64-bit rendah-biaya mikroprosesor.

Celeron Dual-Core

2008

64

64-bit rendah-biaya mikroprosesor.

Atom

2008

32, 64

Ultra-low power microprocessor.

Core i7

2008

32, 64

64-bit mikroprosesor.

Core i5

2009

32, 64

64-bit mikroprosesor.

Core i3

2010

32, 64

64-bit mikroprosesor.


Kinerja Computer 

Kinerja Komputer adalah elemen-elemen yang terkait untuk menjalankan suatu aktifitas dengan menggunakan komputer. Elemen dari sistem komputer terdiri dari manusianya (brainware), perangkat lunak (software), set instruksi (instruction set), dan perangkat keras (hardware).

Dengan demikian komponen tersebut merupakan elemen yang terlibat dalam suatu sistem komputer. Tentu saja hardware tidak berarti apa-apa jika tidak ada salah satu dari dua lainnya (software dan brainware). Contoh sederhananya, siapa yang akan menghidupkan komputer jika tidak ada manusia. Atau akan menjalankan perintah apa komputer tersebut jika tidak ada softwarenya.  

Adanya perkembangan teknologi elektronika dan informatika telah memberikan perangkat tambahan pada sebuah komputer personal seperti:

  • Mouse, suatu perangkat mekanik untuk melaksanakan suatu pekerjaan yang biasanya dikerjakan oleh manusia. Misalnya melakukan pengecatan mobil. Robot ini dilengkapi oleh perangkat mesin atau komputer baik sederhana maupun komplek yang mampu mengontrol gerakannya.
  • Modem, alat bantu untuk mengubah data digital ke bentuk data voice atau sebaliknya sehingga data dari sebuah komputer dapat dikomunikasikan ke komputer lain melalui saluran telepon biasa, radio komunikasi ataupun stasiun bumi
  • Sound card, bagian dari komponen komputer berupa kartu yang berfungsi untuk membangkitkan suara.
  • Video Card, alat untuk menampilkan informasi ke layar monitor.
  • Kartu penerima televisi, alat untuk penangkap sinyal acara televisi.
  • Kartu penerima radio, alat untuk menerima gelombang radio.
  • Ethernet Card, alat untuk penghubung dengan Komputer jaringan.
  • Printer, alat pencetak (desk jet, buble jet, laser jet, plotter)
  • Alat penterjemah gambar cetakan (digitizer dan scanner).

Pertimbangan dalam pemilihan sebuah komputer adalah kinerja/kecepatan  pemrosesan yang tinggi, kapasitas memori yang besar dan biaya yang murah. Ketiga dasar  tersebut menjadi tujuan dalam arsitektur komputer. Komputer modern merupakan implementasi teknologi tinggi dan kompleks oleh karena itu dalam perancanganya dibutuhkan  pemilihan spesifikasi sesuai kebutuhan seperti teknologi komponen penyususn, kapasitas  penyimpanan, kinerja serta biaya perangkat.
Dalam melakukan desain sebuah komputer modern diperlukan beberapa cara untuk  meningkatkan kecepatan performa pemrosesan diantaranya adalah sebagai berikut :
  • Pipelining
  • On board cache
  • On board L1 & L2 cache
  • Branch prediction
  • Data flow analysis
  • Speculative execution

Keseimbangan kinerja antara processor dan memori sangat diperlukan dimana ketika kecepatan processor meningkat maka kapasitas memori juga perlu ditingkatkan. Namun, terdapat ketidakseimbangan kinerja, yaitu :

  • Kecepatan prosesor meningkat
  • Kapasitas memori meningkat
  • Perkembangan kecepatan memori lebih  lambat (tertinggal) dibanding kecepatan  prosesor
Solusi atas masalah di atas, yaitu :
  • Meningkatkan jumlah bit per akses.
  • Mengubah interface DRAM :
    • Cache.
  • Mengurangi frekuensicy akses memory : 
    • Cache yang lebih kompleks 
    • cache on chip.
  • Meningkatkan bandwidth interkoneksi : 
    • Bus kecepatan tinggi - High speed buses 
    • Hierarchy of buses.

Sekian Penjelasan dari saya, semoga teman-teman dapat memahaminya.

Wassalamu'alaikum Wr Wb

Komentar

Posting Komentar