arsitektur komputer - sugeng rawuhyogi.blog.unsoed.ac.id/files/2010/03/ak_2010_3_arkom2__hw.pdf ·...
Embed Size (px)
TRANSCRIPT
-
Arsitektur KomputerPertemuan ke-3
- Aritmatika Komputer (2)
>>> Sistem bilangan & Format Data
- Perkembangan Perangkat Keras Komputer
-
DATA FORMATS
Computers
Process and store all forms of data in binary
format
Human communication
Includes language, images and sounds
Data formats:
Specifications for converting data into computer-
usable form
Define the different ways human data may be
represented, stored and processed by a
computer3-2
-
SOURCES OF DATA
Binary input Begins as discrete input Example: keyboard input such as A 1+2=3 math Keyboard generates a binary number code for each key
Analog Continuous data such as sound or images Requires hardware to convert data into binary numbers
Chapter 3 Data Formats 3-3
Computer
1101000101010101
Input
deviceA 1+2=3 math
Figure 3.1 with this
color scheme
-
COMMON DATA REPRESENTATIONSType of Data Standard(s)
Alphanumeric Unicode, ASCII, EDCDIC
Image (bitmapped) GIF (graphical image format)
TIF (tagged image file format)
PNG (portable network graphics)
Image (object) PostScript, JPEG, SWF (Macromedia
Flash), SVG
Outline graphics and fonts PostScript, TrueType
Sound WAV, AVI, MP3, MIDI, WMA
Page description PDF (Adobe Portable Document
Format), HTML, XML
Video Quicktime, MPEG-2, RealVideo, WMV
Chapter 3 Data Formats 3-4
-
INTERNAL DATA REPRESENTATION
Reflects the Complexity of input source
Type of processing required
Trade-offs Accuracy and resolution
Simple photo vs. painting in an art book
Compactness (storage and transmission) More data required for improved accuracy and resolution
Compression represents data in a more compact form
Metadata: data that describes or interprets the meaning of data
Ease of manipulation: Processing simple audio vs. high-fidelity sound
Standardization Proprietary formats for storing and processing data (WordPerfect vs. Word)
De facto standards: proprietary standards based on general user acceptance (PostScript)
3-5
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
DATA TYPES: ALPHANUMERIC
Alphanumeric: Characters: b T
Number digits: 7 9
Punctuation marks: ! ;
Special-purpose characters: $ &
Numeric characters vs. numbers Both entered as ordinary characters
Computer converts into numbers for calculationExamples: Variables declared as numbers by the
programmer (Salary$ in BASIC)
Treated as characters if processed as textExamples: Phone numbers, ZIP codes
3-6
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
REPRESENTING CHARACTERS
ASCII - most widely used coding scheme
EBCDIC: IBM mainframe (legacy)
Unicode: developed for worldwide use
3-7
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
ASCII
Developed by ANSI (American National Standards Institute)
Represents
Latin alphabet, Arabic numerals, standard punctuation characters
Plus small set of accents and other European special characters
ASCII
7-bit code: 128 characters
3-8
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
ASCII REFERENCE TABLEMSD
LSD 0 1 2 3 4 5 6 7
0 NUL DLE SP 0 @ P p
1 SOH DC1 ! 1 A Q a W
2 STX DC2 2 B R b r
3 ETX DC3 # 3 C S c s
4 EOT DC4 $ 4 D T d t
5 ENQ NAK % 5 E U e u
6 ACJ SYN & 6 F V f v
7 BEL ETB 7 G W g w
8 BS CAN ( 8 H X h x
9 HT EM ) 9 I Y i y
A LF SUB * : J Z j z
B VT ESC + ; K [ k {
C FF FS , < L \ l |
D CR GS - = M ] m }
E SO RS . > N ^ n ~
F SI US / ? O _ o DEL
Chapter 3 Data Formats 3-9
7416
111 0100
-
EBCDIC
Extended Binary Coded Decimal Interchange
Code developed by IBM
Restricted mainly to IBM or IBM compatible
mainframes
Conversion software to/from ASCII available
Common in archival data
Character codes differ from ASCII
ASCII EBCDIC
Space 2016 4016
A 4116 C116
b 6216 8216
Chapter 3 Data Formats 3-10
-
UNICODE
Most common 16-bit form represents 65,536 characters
ASCII Latin-I subset of Unicode Values 0 to 255 in Unicode table
Multilingual: defines codes for Nearly every character-based alphabet
Large set of ideographs for Chinese, Japanese and Korean
Composite characters for vowels and syllabic clusters required by some languages
Allows software modifications for local-languages
3-11
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
COLLATING SEQUENCE
Alphabetic sorting if software handles mixed
upper- and lowercase codes
In ASCII, numbers collate first; in EBCDIC, last
ASCII collating sequence for string of
characters
Letters Numeric Characters
Adam A d a m 1 011 0001
Adamian A d a m i a n 12 011 0001 011 0010
Adams A d a m s 2 011 0010
Chapter 3 Data Formats 3-12
-
2 CLASSES OF CODES
Printing characters
Produced on the screen or printer
Control characters
Control position of output on screen or printer
Cause action to occur
Communicate status between computer and I/O
device
VT: vertical tab LF: Line feed
ESC: provides extensions by changing the meaning of a
specified number of contiguous following characters
Chapter 3 Data Formats 3-13
BEL: bell rings DEL: delete current character
-
KEYBOARD INPUT
Scan code Two different scan codes on keyboard
One generated when key is struck and another when key is released
Converted to Unicode, ASCII or EBCDIC by software in terminal or PC
Advantage Easily adapted to different languages or
keyboard layout
Separate scan codes for key press/release for multiple key combinationsExamples: shift and control keys
3-14
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
OTHER ALPHANUMERIC INPUT
OCR (optical character reader) Scans text and inputs it as character data
Used to read specially encoded characters Example: magnetically printed check numbers
General use limited by high error rate
Bar Code Readers Used in applications that require fast, accurate and repetitive
input with minimal employee training
Examples: supermarket checkout counters and inventory control
Alphanumeric data in bar code read optically using wand
Magnetic stripe reader: alphanumeric data from credit cards
Voice Digitized audio recording common but conversion to
alphanumeric data difficult Requires knowledge of sound patterns in a language (phonemes) plus
rules for pronunciation, grammar, and syntax3-15
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
IMAGE DATA
Photographs, figures, icons, drawings, charts and graphs
Two approaches: Bitmap or raster images of photos and paintings with
continuous variation
Object or vector images composed of graphical objects like lines and curves defined geometrically
Differences include: Quality of the image
Storage space required
Time to transmit
Ease of modification
Specifications for graphics file formats The Graphics File Format Page
3-16
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
http://www.dcs.ed.ac.uk/home/mxr/gfx/index-hi.html
-
OBJECT IMAGES
Created by drawing packages or output from spreadsheet data graphs
Composed of lines and shapes in various colors
Computer translates geometric formulas to create the graphic
Storage space depends on image complexity number of instructions to create lines, shapes, fill
patterns
Movies Shrek and Toy Story use object images
3-17
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
DATA COMPRESSION
Compression: recoding data so that it requires fewer bytes of storage space.
Compression ratio: the amount file is shrunk
Lossless: inverse algorithm restores data to exact original form Examples: GIF, PCX, TIFF
Lossy: trades off data degradation for file size and download speed Much higher compression ratios, often 10 to 1
Example: JPEG
Common in multimedia
MPEG-2: uses both forms for ratios of 100:13-18
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
INTERNAL COMPUTER DATA FORMAT
All data stored as binary numbers
Interpreted based on
Operations computer can perform
Data types supported by programming language used to
create application
3-19
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
5 SIMPLE DATA TYPES
Boolean: 2-valued variables or constants with values of true or false
Char: Variable or constant that holds alphanumeric character
Enumerated User-defined data types with possible values listed in definition
Type DayOfWeek = Mon, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun
Integer: positive or negative whole numbers
Real Numbers with a decimal point
Numbers whose magnitude, large or small, exceeds computers capability to store as an integer
3-20
Cha
pte
r 3 D
ata
Fo
rma
ts
-
KUIS KE-2
Ubah 6 angka desimal pada
NIM anda menjadi bilangan
biner, oktal, dan heksa
Untuk masing-masingnya,
tunjukkan mana nilai MSB dan
mana nilai LSB
-
PERKEMBANGAN
PERANGKAT KERAS
KOMPUTER
Materi :
Stallings, bab 2
-
Minggu III 23
ENIAC
Electronic Numerical Integrator And Computer
Eckert and Mauchly
University of Pennsylvania
Tabel lintasan peluru
Mulai dibuat tahun 1943
Selesai tahun 1946
Terlambat digunakan dalam perang dunia
Dipakai sampai 1955
-
Minggu III 24
Detail dari ENIAC
Menggunakan sistem Decimal (bukan binary)
Memiliki 20 accumulators untuk 10 digitsDiprogram secara manual melalui saklar (
switches )Berisi 18,000 tabung vakumBerat 30 tonsVolume 15,000 kaki persegiDaya listrik 140 kW Kecepatan operasi 5,000 per detik
-
Minggu III 25
von Neumann/Turing
Konsep : program tersimpan (Stored Program)Memori Utama, untuk menyimpan data maupun
instruksi Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah
data binner Control Unit, untuk melakukan interpretasi
instruksi - instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut
I/0, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar Computer of Institute for Advanced Studies
(IAS)Diselesaikan tahun 1952
-
26
Struktur Mesin Von Nuemann
Main
Memory
Arithmetic and
Logic Unit
Program Control Unit
Input
Output
Equipment
-
Minggu III 27
Detail - IAS
Kapasitas memori : 1000 x 40 bit words
Menggunakan sistem bilangan Binary
Panjang instruksi 2 x 20 bit instruksi 20 bit
Register-register dalam CPU :
Memory Buffer Register = MBR
Memory Address Register = MAR
Instruction Register = IR
Instruction Buffer Register = IBR
Program Counter = PC
Accumulator = AC
Multiplier Quotient = MQ
-
Structure of IAS - detail
Main
Memory
Arithmetic and Logic Unit
Program Control
Unit
Input
Output
Equipment
MBR
Arithmetic & Logic Circuits
MQAccumulator
MAR
Control
Circuits
IBR
IR
PC
Address
Instructions
& Data
Central Processing Unit
-
Minggu III 29
Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakanuntuk 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 MSB disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya LSB disimpan dalam MQ.
Keterangan Gambar
-
Minggu III 30
Keterangan Gambar Lanjutan
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.
-
Minggu III 31
Komputer Komersial
1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation
UNIVAC I (Universal Automatic Computer)
Untuk kalkulasi sensus 1950 oleh US Bureau
Menjadi divisi dari Sperry-Rand Corporation
Dipasarkan akhir tahun 1950 - UNIVAC II
Lebih cepat
Kapasitas memory lebih besar
-
Minggu III 32
IBM
Pabrik peralatan Punched-card
1953 - IBM 701
Komputer pertama IBM ( stored program computer )
Untuk keperluan aplikasi Scientific
1955 - IBM 702
Untuk aplikasi Business
Merupakan awal dari seri 700/7000 yang membuat IBM menjadi pabrik komputer yang dominan
-
Minggu III 33
Transistor
Menggantikan vacuum tubes
Lebih kecil
Lebih murah
Disipasi panas sedikit
Merupakan komponen Solid State
Dibuat dari Silicon (Sand)
Ditemukan pada tahun 1947 di laboratorium
Bell
Oleh William Shockley dkk.
-
Minggu III 34
Komputer Berbasis Transistor
Mesin generasi II
NCR & RCA menghasilkan small transistor machines
IBM 7000
DEC - 1957
Membuat PDP-1
-
Minggu III 35
Microelectronics
Secara harafiah berarti elektronika kecil
Sebuah komputer dibuat dari gerbang logika
(gate), memory cells and interconnections
Sejunlah gate dikemas dalam satu keping semi
konduktor
Misal silicon wafer
-
Beberapa Generasi Komputer
Vacuum tube - 1946-1957
Transistor - 1958-1964
Small scale integration - 1965 on
Up to 100 devices on a chip
Medium scale integration - to 1971
100-3,000 devices on a chip
Large scale integration - 1971-1977
3,000 - 100,000 devices on a chip
Very large scale integration - 1978 to date
100,000 - 100,000,000 devices on a chip
Ultra large scale integration
Over 100,000,000 devices on a chip
-
Minggu III 37
Hukum Moore
Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip
Gordon Moore - cofounder of Intel
Jumlah transistor/ chip meningkat 2x lipet per tahun
Sejak tahun 1970 pengembangan sedikit agak
lambat
Jumlah transistor 2x lipat setiap 18 bulan
Harga suatu chip tetap/ hampir tidak berubah
Kerapatan tinggi berarti jalur pendek, menghasilkan
kinerja yang meningkat
Ukuran semakin kecil, fleksibilitas meningkat
Daya listrik lebih hemat, panas menurun
Sambungan sedikit berarti semakin handal
-
Minggu III 38
Perkembangan Jumlah Transistor
dalam CPU
-
Minggu III 39
IBM Seri 360
1964
Pengganti (& not compatible with) seri 7000
Rancangan awal suatu family computer
Memiliki set instruksi yang sama atau identik
Menggunakan O/S yang sama atau identik
Kecepatan meningkat
Jumlah port I/O meningkat (i.e. Terminal banyak)
Kapasitas memory bertambah besar
Harga meningkat
Struktur pensaklarannya Multiplexed
-
Minggu III 40
DEC PDP-8
1964
Minicomputer pertama (after miniskirt!)
Tidak mengharuskan ruangan ber-AC
Ukurannya kecil
Harga $16,000
$100k+ untuk IBM 360
Embedded applications & OEM
Menggunakan struktur BUS
-
Minggu III 41
Struktur BUS DEC - PDP-8
OMNIBUS
Console
ControllerCPU Main Memory
I/O
ModuleI/O
Module
-
Minggu III 42
Memori Semiconductor 1970
Fairchild
Ukuran kecil sebesar 1 sel core memory
Dapat menyimpan 256 bits
Non-destructive read
Lebih cepat dari core memory
Kapasitas meningkat 2x lipat setiap tahun
-
Minggu III 43
Intel
1971 - 4004
First microprocessor
All CPU components on a single chip
4 bit
Followed in 1972 by 8008
8 bit
Digunakan untuk aplikasi khusus
1974 8080 , Mikroprosesor pertama Inte
1978 8086, 80286
1985- 80386
1989 - 80486
-
Minggu III 44
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 pengalamatan 16KB.
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.
80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor.
-
Minggu III 45
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.
Pentium III, terdapat kemampuan instruksi floating point untuk menangani grafis 3D SSE
Pentium IV, kemampuan floating point dan multimedia semakin canggih
Itanium, memiliki kemampuan 2 unit floating point, 4 unit integer, 3 unit pencabangan, internet streaming, 128 interger register.
-
Minggu III 46
Meningkatkan Kecepatan
Pipelining
On board cache
On board L1 & L2 cache
Branch prediction
Data flow analysis
Speculative execution
-
Minggu III 47
Peningkatan Kinerja
Kecepatan Processor meningkat
Kapasitas Memory meningkat
Kecepatan Memory tertinggal dari kecepatan
processor
-
Minggu III 48
DRAM and Processor
Characteristics
-
Minggu III 49
Tren Penggunaan DRAM
-
Minggu III 50
Solusi
Meningkatkan jumlah bit per akses
Make DRAM wider rather than deeper
Mengubah interface DRAM
Cache
Mengurangi frequency akses memory
cache yang lebih komplek dan cache on chip
Meningkatkan interkoneksi bandwidth
Bus kecepatan tinggi - High speed buses
Hierarchy of buses
-
TUGAS Kelas A
Apakah Hukum Moore masih relevan
dengan kondisi saat ini?
Buat sebuah paper / makalah yang
merepresentasikan hal tersebut.
Sertakan pula daftar pustaka.
1 kelompok 3 orang.
Dikumpulkan via email, paling lambat
tanggal 18 maret 2009 pukul 23.00
-
TUGAS kelas B
Buat sebuah paper / makalah yang
berisikan tentang perkembangan
teknologi (evolusi) microprocessor
(IBM, Intel, AMD, VIA)
Sertakan pula daftar pustaka.
1 kelompok 3 orang.
Dikumpulkan via email, paling lambat
tanggal 18 maret 2009 pukul 23.00