Pertemuan Kedua

Latar Belakang ENIAC
 Electronic Numerical Integrator And Computer
 Eckert and Mauchly
 University of Pennsylvania
 Tabel lintasan peluru
 Mulai dibuat 1943
 Selesai 1946
 Sangat terlambat untuk digunakan dalam PD-II
 Digunakan sampai 1955
 Desimal (bukan biner)
 Memiliki 20 akumulator untuk 10 digit
 Diprogram manual dengan switch (sakelar)
 18.000 tabung vakum
 Berat 30 ton
 Luas 15,000 square feet
 Konsumsi daya 140 kW
Von neumann / Turing
 Konsep à Penyimpanan program komputer
 Memori à Menyimpan data dan program
 ALU à operasi data biner
 Unit Kontrol à Menginterpretasikan instruksi dari memori dan mengeksekusi
 Perangkat I/O dikendalikan oleh Unit Kontrol
 Princeton Institute for Advanced Studies
 IAS
 Selesai 1952
IAS (Computer of Institute for Advanced Studies)
 Kapasitas memori: 1000 x 40 bit words
 Menggunakan sistem bilangan Biner
 Panjang instruksi 20 bit ( 1 word = 2 instruksi )
 Register-register dalam CPU
 MBR (Memory Buffer Register)
 MAR (Memory Address Register)
 IR (Instruction Register)
 IBR (Instruction Buffer Register)
 PC (Program Counter)
 AC (Accumulator)
 MQ (Multiplier Quotient)
Komputer Komersial
 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation
 UNIVAC I (Universal Automatic Computer)
 Untuk kalkulasi sensus 1950 oleh US Bureau of Census
 Menjadi divisi dari Sperry-Rand Corporation
 UNIVAC II dipasarkan akhir th. 1950-an
 Lebih cepat
 Kapasitas memori
IBM
 Pabrik peralatan Punched-card
 1953 – IBM-701
 Komputer pertama IBM (stored program computer)
 Untuk keperluan aplikasi Scientific
 1955 – IBM- 702
 Untuk applikasi bisnis
 Merupakan awal dari seri 700/7000 yang membuat IBM menjadi pabrik komputer
Komputer Berbasis Prosesor
 Mesin generasi II
 NCR & RCA menghasilkan small transistor machines
 IBM 7000
 DEC - 1957
 Membuat PDP-1
Mikro Elektronik
 Secara harafiah berarti “electronika kecil”
 Sebuah computer dibuat dari gerbang logika (gate), sel memori dan interkoneksi
 Sejumlah gate dikemas dalam satu keping semikonduktor
 silicon wafer
Generasi Komputer
 Vacuum tube - 1946-1957
 Transistor - 1958-1964
 Small scale integration - 1965
 Sampai dengan 100 komponen dalam 1 IC (chip)
 Medium scale integration - sampai 1971
 100-3.000 komponen dalam 1 IC
 Large scale integration - 1971-1977
 3.000 – 100.000 komponen dalam 1 IC
 Very large scale integration - 1978 -1991
 100.000 – 100.000,000 komponen dalam 1 IC
 Ultra large scale integration – 1991 -
 Lebih dari 100.000.000 komponen dalam 1 IC
Hukum Moore
 Gordon Moore - cofounder of Intel
 Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip
 Jumlah transistors/chip meningkat 2 x lipat per tahun
 Sejak 1970 pengembangan agak lambat
 Jumlah transistors 2 x lipat setiap 18 bulan
 Harga suatu chip tetap / hampir tidak berubah
 Kerapatan tinggi berarti jalur pendek, menghasilkan kinerja yang meningkat
 Ukuran semakin kecil, flexibilitas meningkat
 Daya listrik lebih hemat, panas menurun
 Sambungan sedikit berarti semakin handal / reliable
Memori Semikonduktor
 1970
 Ukuran kecil ( sebesar 1 sel core memory)
 Dapat menyimpan 256 bits
 Non-destructive read
 Lebih cepat dari core memory
 Kapasitas meningkat 2 x lipat setiap tahun
Meningkatkan Kecepatan
 Pipelining
 On board cache
 On board L1 & L2 cache
 Branch prediction
 Data flow analysis
 Speculative execution
Ketidak Seimbangan Kinerja
 Kecepatan prosesor meningkat
 Kapasitas memori meningkat
 Perkembangan kecepatan memori lebih lambat (tertinggal) dibanding kecepatan prosesor
Solusi
 Meningkatkan jumlah bit per akses
 Mengubah interface DRAM
 Cache
 Mengurangi frekuensicy akses memory
 Cache yg lebih kompleks dan cache on chip
 Meningkatkan bandwidth interkoneksi
 Bus kecepatan tinggi - High speed buses
 Hierarchy of buses
Perangkat I/O
 Perangkat untuk kebutuhan I/O
 Besar data throughput yang dibutuhkan
 Dapat dihandle oleh prosesor
 Permasalahan à Perpindahan data
 Solusi:
 Caching
 Buffering
 Higher-speed interconnection buses
 More elaborate bus structures
 Multiple-processor configurations
Kunci à Keseimbangan
 Komponen prosesor
 Memori
 Perangkat I/O
 Struktur koneksi
 Meningkatkan kecepatan prosesor
 Ukuran gerbang logika (IC) yang lebih kecil
 Lebih banyak gate, dikemas lebih rapat, menambah clock rate
 Waktu propagasi untuk sinyal berkurang
 Menambah ukuran dan kecepatan cache
 Diperuntuk bagi prosesor
 Waktu akses cache turun secara signifikan
 Perubahan organisasi dan arsitektur prosesor
 Meningkatkan kecepatan eksekusi
 Parallel
Bertambahnya kapasitas cache
 Biasanya dua atau tiga kali cache antara prosesor dan memori utama
 Bertambahnya kepadatan IC (Chip)
 Lebih besar cache memori dalam chip
 Lebih cepat akses cache
 Pentium mengalokasikan 10% untuk cache
 Pentium 4 mengalokasikan sekitar 50%
Embedded System / ARM
 ARM pengembangan dari desain RISC
 Digunakan terutama di embedded systems
 Digunakan dalam produk
 Bukan general purpose computer
 Mempunyai fungsi khusus
 Contoh: Anti-lock rem di mobil
Kategori Sistem ARM
 Embedded real time
 Platform aplikasi
 Linux, Palm OS, Symbian OS, Windows mobile
 Secure applications
Penilaian Kinerja Kecepatan Clock
 Parameter Kunci
 Kinerja, biaya, ukuran, keamanan, kehandalan, konsumsi daya
 Sistem kecepatan clock
 Dalam Hz atau kelipatanya
 Clock rate, clock cycle, clock tick, cycle time
 Sinyal dalam CPU membutuhkan waktu untuk perubahan ke 1 atau 0
 Sinyal dapat berubah dengan kecepatan yang berbeda
 Dibutuhkan sinkronisasi untuk pengoperasiannya
 Eksekusi instruksi dalam diskrit
 Decode, load dan menyimpan, aritmatika atau logika
 Biasanya memerlukan beberapa siklus clock per instruksi
Instruction Execution Rate
 Millions of instructions per second (MIPS)
 Millions of floating point instructions per second (MFLOPS)
 Sangat bergantung pada instruksi, kompiler, implementasi prosesor, cache dan hirarki memori
Benchmarks
 Program dirancang untuk menguji kinerja
 Ditulis dengan bahasa tingkat tinggi
 Portable
 Merepresentasikan jenis pekerjaannya
 Systems, numerical, commercial
 Mudah diukur
 Luas penggunannya
 Misal: System Performance Evaluation Corporation (SPEC)
 CPU2006 untuk perhitungan yang pasti
 17 floating point programs dalam C, C++, Fortran
 12 integer programs dalam C, C++
 3 juta baris kode
 Kecepatan
 Single task dan throughput
Hukum Amdahl
 Gene Amdahl [AMDA67]
 Potensi peningkatan kecepatan program dengan menggunakan beberapa prosesor
 Menyimpulkan bahwa:
 Kode perlu parallelizable
 Kecepatan meningkat, memberikan hasil yang menurun untuk procesor lebih banyak
 Tergantung apa yang dikerjakan
 Server dapat memelihara beberapa koneksi pada multiple prosesor
 Database dapat dibagi dalam tugas-tugas pararel
Formula Hukum Amdahl
 For program running on single processor
 Fraction f : bagian/fraksi dari operasi komputasi yang dapat dikerjakan secara pararel
 T adalah waktu eksekusi total untuk program dalam prosesor tunggal
 N adalah jumlah prosesor yang sepenuhnya memanfaatkan bagian dari kode pararel

Kesimpulan
 f small, parallel processors mempunyai efek yang kecil
 N ->∞, kecepatan tergantung dari 1/(1 – f)
 Berkurangnya manfaat ketika menggunakan banyak prosesor