arsitektur komputer - sugeng rawuhyogi.blog.unsoed.ac.id/files/2010/03/ak_2010_3_arkom2__hw.pdf ·...

of 52 /52
Arsitektur Komputer Pertemuan ke-3 - Aritmatika Komputer (2) >>> Sistem bilangan & Format Data - Perkembangan Perangkat Keras Komputer

Author: duonghanh

Post on 01-Feb-2018

222 views

Category:

Documents


4 download

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