evolusi komputer dan kinerjanya

Click here to load reader

Post on 19-Nov-2015

29 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Materi Arsitektur Komputer

TRANSCRIPT

  • Arsitektur dan Organisasi Komputer

    William Stallings

    Edisi 7

    Bab 2

    Evolusi Komputer dan

    Kinerjanya

  • ENIAC - background

    Electronic Numerical Integrator And Computer

    Eckert dan Mauchly

    University of Pennsylvania

    Ditargetkan untuk persenjataan

    Dimulai 1943

    Selesai 1946

    Terlambat karena perang usai

    Digunakan sampai 1955

  • ENIAC - rinci

    Desimal (bukan biner)

    20 akumulator dengan 10 digit

    Diprogram manual menggunakan saklar

    18,000 tabung hampa

    30 ton

    15,000 kaki persegi

    140 kW konsumsi daya

    5,000 penjumlahan per detik

  • von Neumann/Turing

    Konsep Program Tersimpan

    Memory utama menyimpan program dan data

    ALU bekerja pada data biner

    Unit kontrol menginterpretasi instruksi dari memory dan kemudian dijalankan.

    Peralatan input dan output dioperasikan oleh unit kontrol

    Princeton Institute for Advanced Studies

    IAS

    Selesai 1952

  • Struktur Mesin von Neumann

  • IAS - detail

    1000 x 40 bit words Bilangan biner

    2 x 20 bit instruksi

    Kumpulan register (penyimpanan dalam CPU) Register Buffer Memory

    Register Alamat Memory

    Register Instruksi

    Register Buffer Instruksi

    Pencacah Program

    Akumulator

    Multiplier Quotient

  • Struktur IAS

    detail

  • Komputer komersil

    1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation

    UNIVAC I (Universal Automatic Computer)

    Perhitungan US Bureau of Census 1950

    Menjadi bagian dari Sperry-Rand Corporation

    Akhir 1950s - UNIVAC II

    Lebih cepat

    Lebih besar memory

  • IBM

    Perangkat pemroses kartu berlubang (punched card)

    1953 - the 701

    Komputer IBM dg program tersimpan.

    Penghitungan ilmiah (Scientific)

    1955 - the 702

    Aplikasi bisnis

    Mengarah pada seri 700/7000

  • Transistor

    Menggantikan tabung hampa

    Lebih kecil

    Lebih murah

    Disipasi panas lebih rendah

    Perangkat Solid State

    Dibuat dari Silikon (Pasir)

    Dikembangkan 1947 di Bell Labs

    William Shockley dkk

  • Komputer Berbasis Transistor

    Msin generasi kedua

    NCR & RCA menghasilkan mesin transistor lebih kecil

    IBM 7000

    DEC - 1957

    Pembuatan PDP-1

  • Mikroelektronik

    Literally - small electronics

    Komputer terdiri dari gerbang, sel-sel memory dan sambungan-sambungannya.

    Dapat dibuat dengan menggunakan semikonduktor

    Misal wafer silikon

  • Generations of Computer

    Tabung hampa - 1946-1957

    Transistor - 1958-1964

    Integrasi skala kecil - 1965 Sampai dengan 100 devais per chip

    Integrasi skala menengah s/d 1971 100-3,000 devais per chip

    Integrasi skala besar - 1971-1977 3,000 - 100,000 divais per chip

    Integrasi skala sangat besar - 1978 -1991 100,000 - 100,000,000 divais per chip

    Integrasi skala ultra besar 1991 - Lebih dari 100,000,000 divais per chip

  • Hukum Moore

    Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip

    Gordon Moore wakil pendiri Intel

    Jumlah transistor per chip meningkat dua kali lipat setiap tahun

    Sejak pengembangan tahun 1970 peningkatan sedikit lambat

    Jumlah transistor meningkat dua kali tiap 18 bulan

    Biaya per chip hampir tidak berubah

    Kerapatan pengemasan tinggi berarti jalur elektrikal lebih pendek, memberikan kinerja lebih tinggi

    Ukuran kecil meningkatkan fleksibilitas

    Mengurangi daya dan kebutuhan pendinginan

    Interkoneksi lebih sedikit meningkatkan keandalan

  • Pertumbuhan Jumlah Transistor

  • Seri IBM 360

    1964

    Menggantikan (dan tidak kompatibel dg) Seri 7000

    Keluarga komputer yg direncanakan pertama kali

    Kelompok instruksi serupa atau identik

    Sistem operasi serupa atau identikIncreasing speed

    JUmlah port I/O bertambah (misal tambahan terminal)

    Ukuran memory bertambah

    Biaya bertambah

    Struktur saklar multipleks

  • DEC PDP-8

    1964

    Minikomputer pertama (setelah miniskirt!)

    Tidak memerlukan ruang berpendingin (AC)

    Cukup kecil untuk ditempatkan di meja lab

    $16,000

    $100k+ untuk IBM 360

    Aplikasi embedded & OEM

    Struktur BUS

  • DEC - PDP-8 : Struktur Bus

  • Memory Semikonduktor

    1970

    Fairchild

    Ukuran dari sebuah inti tunggal

    misal 1 bit dari penyimpanan inti magnetik

    Menangani/menyimpan 256 bit

    Pembacaan tak merusak

    Lebih cepat dari inti

    Kapasitas berlipat dua tiap tahun

  • Intel

    1971 - 4004

    Mikroprosesor pertama

    Seluruh komponen CPU menggunakan chip tunggal

    4 bit

    Dilanjutkan dengan 8008 pada 1972

    8 bit

    Keduanya didesain untuk tujuan tertentu

    1974 - 8080

    Mikroprosesor Intel pertama untuk semua kegunaan

  • Peningkatan kecepatan

    Pipelining

    On board cache

    On board L1 & L2 cache

    Prediksi bercabang

    Analisis aliran data

    Eksekusi spekulatif

  • Keseimbangan kinerja

    Kecepatan prosesor meningkat

    Kecepatan memory meningkat

    Kecepatan memory tertinggal dibanding kecepatan prosesor

  • Kesenjangan kinerja logika dan memory

  • Solusi

    Meningkatkan jumlah bit yang diambil tiap satuan waktu

    Membuat DRAM melebar daripada mendalam

    Merubah antarmuka DRAM

    Cache

    Mengurangi frekuensi akses memory

    Cache dan cache dalam chip lebih kompleks

    Meningkatkan bandwidth interkoneksi

    Bus berkecepatan tinggi

    Tingkatan bus

  • Perangkat I/O

    Peralatan dengan kebutuhan I/O yg intensif

    Kebutuhan aliran data yang besar

    Procesesor dapat menanganinya

    Masalah dengan pergerakan data

    Solusi:

    Caching

    Buffering

    Interkoneksi bus dg kecepatan lebih tinggi

    Struktur bus yang lebih jelas

    Konfigurasi prosesor jamak

  • Laju Data Tipical Perangkat I/O

  • Kunci kesetimbangan

    Komponen prosesor

    Memory utama

    Perangkat I/O

    Struktur interkoneksi

  • Perbaikan organisasi dan Arsitektur Chip

    Peningkatan kecepatan perangkat keras prosesor

    Pada dasarnya disebabkan oleh mengecilnya ukuran gerbang logika

    Lebih banyak gerbang, dikemas lebih ringkas, peningkatan laju clock

    Waktu perambatan dari sinyal berkurang

    Peningkatan ukuran dan kecepatan cache

    Ditujukan sebagai bagian dari chip prosesor

    Waktu akses cache turun secara signifikan

    Merubah organisasi dan arsitektur prosesor

    Meningkatkan kecepatan efektif dari eksekusi

    Paralelisme

  • Masalah dengan kecepatan clock dan

    kerapatan login

    Daya

    Kerapatan data meningkat seiring kerapatan logika dan kecepatan clock

    Panas yang dihasilkan

    Delay RC

    Kecepatan alir elektrom dibatasi oleh hambatan dan kapasitansi dari kawat logam yang menghubungkannya

    Delay meningkat seiring peningkatan nilai RC

    Kabel penghubung semakin tipis akan meningkatkan hambatan

    Kawat semakin pendek akan meningkatkan kapasitansi

    Memory latency

    Kecepatan memory tertinggal dari kecepatan prosesor

    Solusi:

    More emphasis on organizational and architectural approaches

  • Kinerja Mikroprosesor Intel

  • Peningkatan Kapasitas Cache

    Terdapat dua atau tiga tingkatan cache antara prosesor dan memory

    Peningkatan kerapatan chip

    Lebih banyak memory cache dalam chip

    Akses cache lebih cepat

    Chip Pentium mengalokasikan sekitar 10% area chip untuk cache

    Pentium 4 mengalokasikan sekitar 50%

  • Eksekusi Logika yg Lebih Kompleks

    Menyediakan eksekusi paralel dari instruksi

    Jalur pipa kerja seperti jalur penggabungan

    Tahap-tahap berbeda dari ekskusi intsruksi berbeda pada saat yang sama sepanjang jalur pipa

    Superskalar mengijinkan jalur pipa jamak dalam prosesor

    Instruksi-instruksi yang tidak tergantung pada instruksi yang lain dapat diekskusi secara paralel

  • Diminishing Returns

    Organisasi internal prosesor adalah kompleks

    Dapat digunakan untuk paralelisme

    Peningkatan signifikan lebih lanjut dapat menjadi yang terbaru

    Manfaat dari cache mendekati limit(batas)

    Peningkatan laju clock akan menyebabkan masalah disipasi daya

    Beberapa batas-batas fisika dasar akan dicapai

  • Pendekatan Baru Inti Jamak

    Prosesor jamak dalam satu chip Cache yang digunakan bersama besar

    Dalam sebuah prosesor, kenaikan kinerja sebanding dengan akar kuadrat kenaikan kompleksitas

    Jika perangkat lunak dapat menggunakan prosesor jamak, jumlah prosesor berlipat akan menghasilkan kinerja yang berlipat juga

    Penggunaan dua prosesor sederhana dalam chip lebih baik daripada satu prosesor komplek

    Dengan dua prosesor, cache lebih besar dapat digunakan Konsumsi daya dari logika memory lebih kecil daripada

    logika pemrosesan

    Contoh: IBM POWER4 Dua inti berbasis PowerPC

  • POWER4 Chip Organization

  • Evolusi Pentium (1)

    8080 Mikroprosesor kegunaan umum pertama

    8 bit jalur data

    Digunakan pada komputer personal pertama- Altair

    8086 Lebih bertenaga

    16 bit

    Cache instruksi, beberap instruksi di-fetch dulu

    8088 (8 bit bus luar) digunakan dalam PC IBM pertama

    80286 16 Mbyte memory dapat dialamati

    Sampai dengan 1Mb

    80386 32 bit

    Mendukung multitasking

  • Evolusi Pentium (2)

    80486 Cache bertenaga yang memuaskan dan

    pipelining instruksi

    Dibuat sekaligus co-processor matematika

    Pentium Superskalar

    Beberapa instruksi dijalankan secara paralel

    Pentium Pro Peningkatan organisasi superskalar

    Penamaan register secara agresif

    Prediksi bercabang

    Analisis aliran data

    Eksekusi spekulatif

  • Evolusi Pentium (3)

    Pentium II Teknologi MMX

    Pemrosesan grafik, video & audio

    Pentium III Instruksi floating point tambahan untuk grafik 3D

    Pentium 4 Menggunakan angka Arabic bukan Roman

    Peningkatan floating point dan multimedia lebih lanjut

    Itanium 64 bit

    Lihat Bab 15

    Itanium 2 Peningkatan perangkat keras untuk meningkatkan

    kecepatan

    Lihat situs Intel untuk mendapatkan informasi detail dari prosesor-prosesor tersebut.

  • PowerPC

    1975, Proyek minikomputer 801 (IBM) RISC

    Prosesor Berkeley RISC I

    1986, IBM memproduksi komputer kerja RISC, RT PC.

    Tidak sukses secara komersil

    Banyak saingan yang sama atau kinerja lebih baik

    1990, IBM RISC System/6000

    Mesin superskalar mirip RISC

    Arsitektur POWER

    IBM bekerja sama dengan Motorola (Mikroprosesor 68000), dan Apple, (Macintosh menggunakan 68000)

    Menghasilkan arsitektur PowerPC

    Turunan dari arsitektur POWER

    Superskalar RISC

    Apple Macintosh

    Menyatu dengan aplikasi chip

  • Keluarga PowerPC (1)

    601: Dipasarkan dengan cepat. Mesin 32-bit

    603: Komputer kerja kelas rendah dan jinjing

    32-bit

    Kinerja setara dengan 601

    Biaya rendah dan implementasi lebih efisien

    604: Desktop and server kelas rendah

    Mesin 32-bit

    Desain superskalar yang lebih canggih

    Kinerja lebih baik

    620: Server kelas tinggi

    Arsitektur 64-bit

  • Keluarga PowerPC (2)

    740/750:

    Dikenal juga sebagai G3

    Dua tingkatan cache dalam chip

    G4:

    Peningkatan paralelisme dan kecepatan internal

    G5:

    Perbaikan dalam paralelisme dan kecepatan internal

    Organisasi 64-bit

  • Rujukan di Internet

    http://www.intel.com/

    Search for the Intel Museum

    http://www.ibm.com

    http://www.dec.com

    Charles Babbage Institute

    PowerPC

    Intel Developer Home