evolusi komputer dan kinerjanya
DESCRIPTION
Materi Arsitektur KomputerTRANSCRIPT
-
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