Evolusi dan kinerja komputer

Sejarah Perkembangan Komputer
Sejarah perkembangan computer dibagi menjadi :
1. Sebelum tahun 1940
2. Sesudah tahun 1940
SEBELUM TAHUN 1940
Pada tahun 1617, John Napier mengemukakan perhitungan logaritma dan menemukan alat yang disebut tulang Napier (Napier’s bones).. Blaise Pascal mencipta mesin perhitungan mekanikal pertama pada tahun 1642. Howard Aiken memperkenalkan penggunaan mesin elektromakenikal yang disebut dengan nama Mark I pada tahun 1937. Bentuknya besar dan berat serta mengandungi kabel wayer yang panjang. Semua operasi di dalam komputer dijalankan oleh tenaga elektromagnetik.
1. Komputer Generasi Pertama (1945 – 1955)
Komputer generasi pertama menggunakan Vacuum Tube (tabung vakum) untuk menyimpan baris perintah. Vacuum Tube yang diperlukan amatlah banyak agar komputer dapat digunakan secara tepat dan ukuran komputer generasi pertama ini sangat besar.
ENIAC didesain dan dibangun oleh John Mauckhy dan John Presper Eckret di Universitas Pennsylvania merupakan computer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. Pembangunan ENIAC ini dimulai pada tahun 1943 dengan persetujuan Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Pada tahun 1946, ENIAC selesai dibuat dengan spesifikasi sebagai berikut :
1. Memanfaatkan bilangan decimal bukan bilangan biner
2. Berat 30 ton
3. Volume 1.500 kaki²
4. Berisi 18.000 Vakum Tube
5. Daya listrik yang diperlukan 140kW
6. Kecepatan operasi 5000 per detik
7. 20 akumulator mampu menampung 10 digit bilangan desimal
8. Masih menggunakan saklar manual
ENIAC digunakan oleh BRL untuk kepentingan perang sampai dengan tahun1955. Setelah itu, ENIAC tidak lagi digunakan.
VON NEUMANN MACHINE
Neumann mencetuskan ide mengenai konsep stored-program (program penyimpanan) sebagai pengembangan dari ENIAC. Idenya tersebut dipublikasikan dalam bentuk proposal pada tahun 1945 dengan nama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). Pada tahun 1946 Von Neumann bersama koleganya mulai mendesain komputer baru dengan konsep program penyimpanan, dimana kemudian dikenal dengan sebutan komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) karena dikembangkan di Computer of Institute for Advanced Studies. Komputer ini terdiri :
• 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/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.
ALU-IAS
Memory Buffer Register (MBR),
berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk 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. 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.
KOMPUTER KOMERSIAL (COMMERSIAL COMPUTER)
Pada tahun 1950-an mulai bermunculan industri komputer, antara lain:
1947 - Eckert-Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation, dengan produknya: UNIVAC I (Universal Automatic Computer) sebagai tulang punggung perhitungan sensus di USA, UNIVAC II pada tahun 1950 dengan karakteristik : lebih cepat dan memori lebih besar.
2. Komputer Generasi Kedua: Transistor (1955 – 1965)
Perubahan mendasar pada computer generasi kedua ini adalah penggatian Vacuum Tube oleh transistor. Dimana transistor memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Lebih kecil
Lebih ringan
Disipasi daya lebih rendah
Solid State device
Terbuat dari silikon Silicon (Sand)
Transistor ditemukan 1947 di Lab.Bell oleh William Shockley dan tahun 1950 telah meluncurkan revolusi elektronika modern. IBM sebagai perusahaan pertama yang meluncurkan produk komputer dengan transistor sehingga tetap mendominasi pangsa pasar komputer.
Dengan adanya transistor membuat hardware komputer saat itu makin cepat prosesnya, Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. Generasi kedua juga ditandai munculnya Digital Equipment Corporation (DEC) tahun 1957 dan meluncurkan komputer pertamanya, yaitu PDP 1. Komputer ini sangat penting bagi perkembangan komputer generasi ketiga.
Yang termasuk dalam computer generasi kedua antara lain:
IBM 7094
Komputer ini diluncurkan tahun 1962. Kemajuan IBM 7094 adalah adanya Instruction Backup Register (IBR) yang berfungsi membeffer instruksi berikutnya, efeknya komputer akan lebih cepat prosesnya. IBM 7094 dibuat dengan tujuan kemampuannya semakin meningkat, kapasitasnya semakin besar, dan biayanya semakin kecil.
DEC PDP 1
Digital Equipment Corporation (DEC) tahun 1957 meluncurkan komputer pertamanya yaitu PDP 1.
3. Komputer Generasi Ketiga: Integrated Circuits (1965 – 1980)
Komputer generasi ketiga memasuki era microelectronics sebagai pengganti transistor. Microelectronics merupakan dasar penemuan dari integrated-circuit (lintasan yang terintegrasi).
MICROELECTRONICS
Microelectronics merupakan benar-benar “ small-electronics” yang dapat dibuat dengan semikonduktor. Contoh: silicon wafer (wafer silikon). Microelectronics lebih dikenal dengan nama chip.
MOORE’S LAW
Kepadatan komponen dalam sebuah chip meningkat
Gordon Moore - cofounder of Intel
Jumlah transistor dalam chip menjadi dua kali lipat tiap tahun
Sejak 1970 perkembangan agak lambat
Jumlah transitor menjadi 2 kali dalam sebuah chip berkembang tiap 18 bulan
Harga dari chip rata-rata tetap / tidak berubah
Higher packing density berarti jalur elektronik lebih pendek, kemampuan makin meningkat
Ukuran yang mengecil meningkatkan flexebilitas
Mengurangi daya dan membutuhkan pendinginan
Beberapa Interkoneksi meningkatkan reliabilitas
Yang termasuk dalam computer generasi ketiga antara lain:
IBM 360
IBM 360 diluncurkan pada tahun 1964 dan memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Set Instruksi Mirip atau Identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan menggunakan set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas sistem maupun perangkat kerasnya.
Sistem Operasi Mirip atau Identik, ini merupakan feature yang menguntungkan konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian computer tidak kesulitan dalam system operasinya karena sama.
Kecepatan yang meningkat, model-model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri.
Ukuran Memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar memori yang digunakan.
Harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka harganya semakin mahal.
DEC PDP-8
PDP-8 diluncurkan pada tahun 1964 dan memiliki spesifikasi sebagai berikut:
Minicomputer pertama kali (setelah miniskirt)
Tidak memerlukan air conditioned room
Embedded applications & OEM
Arsitektur PDP-8 sangat berbeda dengan IBM terutama bagian sistem bus. Pada komputer ini menggunakan omnibus system
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
4. Komputer Generasi Terakhir: Very Large Scale Integration (1980 - ????)
Era keempat perkembangan genarasi komputer ditandai adanya VLSI. Paket VLSI dapat menampung 10.000 komponen lebih per kepingnya dengan kecepatan operasi mencapai 100juta operasi per detiknya.
Tahun 1972 diperkenalkan dengan mikroprosesor 8008 yang merupakan mikroprosesor 8 bit. Mikroprosesor ini lebih kompleks instruksinya tetapi lebih cepat prosesnya dari pendahulunya. Kemudian Bells dan HP menciptakan mikroprosesor 32 bit pada 1981, sedangkan Intel baru mengeluarkan tahun 1985 dengan mikroprosesor 80386. Dengan teknologi microprocessor ini didapat banyak keuntungan, antara lain:
Kecepatan prosessor meningkat
Kapasitas memori meningkat
Kecepatan memori tertinggal dibanding kecepatan prosessor
Peningkatan kecepatan:
Pipelining
On board cache
On board L1 & L2 cache
Branch prediction
Data Flow Analisys
Speculative Execution
Perancangan Kinerja
Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral. Aplikasi dekstop yang hampir dimiliki semua sistem komputer saat ini meliputi :
Pengolahan citra
Pengenalan voice atau pembicaraan
Video conference
Mulitimedia
Transfer data
Yang menakjubkan lagi adalah dari sudut pandang organisasi dan arsitektur computer saat ini adalah mirip dengan komputer IAS yang dibuat sekitar 50 tahun lalu, namun perkembangan dan kecanggihannya dapat kita rasakan sekarang ini. Peningkatan kinerja mikroprosesor ini terus berlanjut tidak kenal henti dengan berbagai teknik yang telah dikembangkan, diantaranya :
Branch Prediction, teknik dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahulu di dalam software dan melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yang akan dieksekusi berikutnya.
Data Flow Analysis, prosesor akan menganalisa instruksi – instruksi yang tidak tergantung pada hasil atau data lainnya untuk membuat penjadwalan yang optimum dalam eksekusi.
Speculative Execution, dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.
Terdapat beberapa metode untuk mengatasi masalah perbedaan kecepatan operasi antaramikroprosesor dengan komponen lainnya, diantaranya :
Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan melebarkan lintasa sistem busnya.
Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan menggunakan teknik cache atau pola buffer lainnya pada keping DRAM.
Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan penggunakan hierarki bus-bus yang lebih cepat untuk buffering dan membuat struktur aliran data.
Penggunaan DRAM
Bidang lain yang menjadi fokus kajian peningkatan kinerja sistem komputer adalah penanganan perangkat-perangkat I/O. Masalah yang terjadi hampir sama dengan memori. Teknik penyelesaian yang digunakan umumnya adalah teknik buffering dan caching.
Contoh Evolusi Komputer
Evolusi komputer yang akan dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Intel dan PowerPC.
Pentium
Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi pasaran prosesor hingga saat ini. Berikut evolusi prosesor keluaran Intel dari prosesor sederhana sampai prosesor keluaran saat ini:
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.
80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor.
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.
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.
PowerPC
Proyek sistem RISC diawali tahun 1975 oleh IBM pada komputer muni seri 801. Seri pertama ini hanyalah prototipe, seri komersialnya adalah PC RT yang dikenalkan tahun 1986. Tahun 1990 IBM mengeluarkan generasi berikutnya yaitu IBM RISC System/6000 yang merupakan mesin RISC superskalar workstation. Setelah ini arsitektur IBM lebih dikenal sebagai arsitektur POWER.
IBM menjalin kerja sama dengan Motorola menghasilkan mikroprosesor seri 6800, kemudian Apple menggunakan keping Motorola dalam Macintoshnya. Saat ini terdapat 4 kelompok PowerPC, yaitu :
601, adalah mesin 32 bit merupakan produksi masal arsitektur PowerPC untuk lebih dikenal masyarakat.
603, merupakan komputer desktop dan komputer portabel. Kelompok ini sama dengan seri 601 namun lebih murah untuk keperluan efisien.
604, seri komputer PowerPC untuk kegunaan komputer low-end server dan komputer desktop.
620, ditujukan untuk penggunaan high-end server. Mesin dengan arsitektur 64 bit.
740/750, seri dengan cache L2.
G4, seperti seri 750 tetapi lebih cepat dan menggunakan 8 instruksi paralel.
Lebih dari 30 tahun setelah diperkenalkan pada tahun 1978, arsitektur x86 terus mendominasi di luar pasar processor embedded system. Meskipun organisasi dan teknologi mesin x86 telah berubah secara dramatis selama beberapa decade, set instruksi arsitektur tetap berkembang untuk tetap kompatibel dengan versi sebelumnya.
X86 memberikan ilustrasi yang yang baik dari kemajuan perangkat keras computer selama 30 tahun terakhir. The 1978 8086 diperkenalkan dengan kecepatan clock 5 MHz dan memiliki 29.000 transistor. Sebuah quad-core intel core 2 diperkenalkan pada tahun 2008 beroperasi pada 3 GHz, percepatan dari factor 600, dan memiliki 820 juta transistor, sekitar 28.000 kali lebih banyak s 8086. Namun core 2 adalah hanya paket lebih besar dari 8086 dan memiliki biaya yang sebanding.