Evolusi dan Kinerja Komputer

 MATERI II
Evolusi  dan Kinerja Komputer

A.   Komputer Generasi Pertama

        Perkembangan komputer dari masa ke masa terus mengalami peningkatan yang sangat pesat. Penciptaan perangkat elektronik ini dimulai pada tahun 1940-an dengan memanfaatkan  tabung hampa udara. Salah satu hasil nyata computer generasi pertama ini adalah ENIAC  (Electronic Numerical Integrator And Computer). Pada tahun 1943 John Mauchly, seorang  Profesor teknik elektro dari University of Pennsylvania beserta mahasiswanya, John Eckert  mengusulkan untuk membangun satu komputer general-purpose menggunakan vacuum tubes  (tabung hampa udara). Ide tersebut selanjutnya diterima oleh angkatan darat pemerintah  setempat. Mesin yang dihasilkan memiliki bobot 30 ton dengan luas 1500 meter persegi dan  terdiri atas lebih dari 18.000 vacuum tubes. Komputer ini direncanakan sebagai alat pembuatan  jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. Proyek ENIAC berhasil diselesaikan pada  tahun 1946 sehingga merupakan satu usaha yang terlambat untuk dimanfaatkan pada perang  dunia ke dua, namun mesin ini masih digunakan sampai tahun 1955. Komputer ENIAC bekerja  menggunakan sistem bilangan desimal, bukan biner . Mesin ini memiliki memori yang terdiri  atas 20 akumulator dan setiap akumulator menampung 10 digit desimal. ENIAC diprogram  secara manual dengan switch, membutuhkan konsumsi daya sebesar 140Kw serta mampu  melakukan 5000 operasi penjumlahan per detik.

        Komputer generasi pertama selanjutnya adalah Von Neumann Machine / Turing. Tahun 1945 Von Neumann yang merupakan seorang ahli matematika sekaligus konsultan proyek  ENIAC memperbaiki kelemahan pada ENIAC dengan menciptakan EDVAC (Electronic  Discrete Variable Computer). EDVAC merupakan komputer pertama menggunakan stored-  program concept. Selanjutnya pada tahun 1946 Von Neumann beserta koleganya mulai  mendesain satu komputer stored-program concept yang disebut sebagai komputer IAS di  Princeton Institute for Advanced Studies. IAS (Computer of Institute for Advanced Studies) selesai dibangun pada tahun 1952.

        Komputer dengan konsep stored-program memiliki memori utama untuk  menyimpan data maupun instruksi, Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data biner, Control Unit untuk melakukan kontrol terhadap instruksi–instruksi di dalam memori serta I/O  untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Spesifikasi detail dari komputer IAS yaitu memiliki 1000 lokasi penyimpanan dengan  kapasitas masing-masing 40 bit words untuk menyimpan data dan intruksi. Data dan instruksi  yang ada direpresentasikan dalam bentuk biner dengan jumlah instruksi sebesar 2 x 20 bit.  Selanjutnya set register ( storage dalam CPU ) pada komputer ini terdiri atas Memory Buffer  Register, Memory Address Register, Instruction Register, Instruction Buffer Register, Program  Counter, Accumulator, dan Multiplier Quotient. 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. Misalnya, hasil perkalian 2 buah bilangan 40 bit adalah sebuah bilangan 80 bit; 40 bit yang paling berarti (most significant  bit) disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya (least significant bit) disimpan dalam MQ.

        IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan menjadi 5 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.

        Pada tahun 1947 Eckert-Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Corporation.  Perusahaan ini sudah mulai melakukan komersialisasi komputer. Komputer generasi pertama  yang dikomersialkan adalah UNIVAC I (Universal Automatic Computer). UNIVAC I menjadi tulang punggung perhitungan sensus di USA. Pada tahun tersebut merupakan tahun kelahiran  industri komputer dengan munculnya 2 buah perusahaan yang saat itu mendominasi pasar,  yaitu Sperry dan IBM. Tahun 1950 diluncurkan UNIVAC II, dengan karakteristik komputasi  yang lebih cepat serta kapasitas memory yang lebih besar. Pada tahun 1953 IBM memproduksi  stored program computer pertamanya yang diberi nama IBM seri 701. Komputer ini memiliki  kemampuan untuk melakukan kalkulasi scientific. IBM seri 702 dipasarkan pada tahun 1955,  denggan kemampuan untuk membantu aplikasi bisnis. Pada tahun selanjutnya IBM  mengeluarkan seri 700/7000.

B. Komputer Generasi Kedua

        Pada komputer generasi kedua terjadi perubahan unit pemrosesan yang sebelumnya  memanfaatkan vacuum tube (tabung hama udara) berubah menjadi transistor. Kelebihan yang  dimiliki oleh transistor adalah secara ukuran lebih kecil, secara bobot lebih ringan, dan  memiliki disipasi daya lebih rendah. Transistor berupa perangkat yang berbentuk padat (Solid  State device) dan terbuat dari pasir silikon. Transistor ditemukan oleh William Shockley dan  kawan-kawan pada tahun 1947 di Laboratorium Bell.

        Komputer berbasis transistor merupakan mesin generasi kedua. Perusahaan NCR &  RCA mulai memproduksi small transistor machines, sementara IBM meluncurkan seri 7000  dan DEC membuat PDP-1.

C. Komputer Generasi Ketiga

        Komputer generasi ketiga memanfaatkan Integrated Circuit (IC) sebagai pengganti transistor. IC merupakan kumpulan dari puluhan transistor yang dipadukan secara bersama  dalam satu chip tunggal. IC juga dikenal sebagai perangkat microelectronics yang secara  literature berarti “small electronics”. IC terbentuk dari kumpulan gate, kumpulan memori dan interkoneksinya yang dapat dibuat dengan semikonduktor. Generasi komputer dari tahun ke  tahun dapat dirangkum sebagai berikut:

•         Vacuum Tube - 1946-1957

•         Transistor - 1958-1964

•         Small scale integration - 1965 used up to 100 devices on a chip

•         Medium scale integration - to 1971 used 100-3,000 devices on a chip

•         Large scale integration - 1971-1977 used 3,000 - 100,000 devices on a chip

•         Very large scale integration - 1978 to date, used 100,000 - 100,000,000 devices on a chip

•         Ultra large scale integration, used over 100,000,000 devices on a chip

        Contoh dari komputer generasi ketiga yang diluncurkan oleh IBM pada tahun 1964  adalah IBM seri 360. Komputer ini memiliki karakteristik berupa kemiripan pada set instruksi  atau identik, dalam kelompok komputer ini berbagai model yang dikeluarkan menggunakan  set instruksi yang sama sehingga mendukung kompabilitas sistem maupun perangkat kerasnya.  Selain itu IBM seri 360 juga memiliki sistem operasi mirip atau identik, ini merupakan feature  yang menguntungkan konsumen sehingga apabila kebutuhan menuntut penggantian komputer  tidak kesulitan dalam sistem operasinya karena sama. Pada komputer seri ini kecepatan  meningkat, model – model yang ditawarkan mulai dari kecepatan rendah sampai kecepatan  tinggi untuk penggunaan yang dapat disesuaikan konsumen sendiri. Seri 360 juga memiliki  ukuran memori yang lebih besar, semakin tinggi modelnya akan diperoleh semakin besar  memori yang digunakan selain itu juga harga yang meningkat, semakin tinggi modelnya maka  harganya semakin mahal.

        Contoh lain komputer generasi ketiga adalah DEC PDP-8 yang merupakan  minicomputer pertama kali. Komputer ini diciptakan pada 1964 dan mesin yang dibuat sudah tidak memerlukan air conditioned room. DEC PDP-8 merupakan embedded applications dan  OEM yang memiliki arsitektur 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.

D. Komputer Generasi Selanjutnya

        Aplikasi pertama teknologi IC adalah untuk pembuatan processor (control unit dan ALU), namun pada saat yang sama IC dimanfaatkan pula untuk pembuatan memori  semikonduktor. Pada tahun 1970 Fairchild Semiconductor International, Inc. memproduksi  memori semikonduktor pertama dengan kapasitas 256 bits. Chip memory yang dihasilkan  memiliki karakteristik non-destructive read serta memiliki kecepatan yang lebih tinggi dari  magnetic core memory. Memory yang dibuat hanya membutuhkan 70 billionths of a second  untuk membaca 1 bit data. Kapasistas memori semikonduktor meningkat rata-rata dua kali  setiap tahun.

        Pemanfaatan perangkat IC pada processor komputer generasi keempat dan seterusnya  merupakan integrase chip yang luar biasa mulai dari LSI, VLSI bahkan hingga kini ULSI. Pada  tahun 1971 Intel memproduksi komputer dengan processor dengan ukuran micro  (microprocessor) untuk pertama kalinya. Intel seri 4004 telah menggabungkan semua  komponen CPU dalam satu chip tunggal serta memiliki 4 jalur bus (4 bit data). Selanjutnya  pada tahun 1972 seri 8008 dengan kapasitas pemrosesan 8 bit diluncurkan. Kedua generasi  intel tersebut meruppakan komputer yang memiliki aplikasi spesifik. Komputer general  purpose microprocessor pertama diterbitkan intel tahun 1974 dengan seri 8080.

E. Desain Kinerja

        Pertimbangan dalam pemilihan sebuah komputer adalah : kinerja/kecepatan  pemrosesan yang tinggi, kapasitas memori yang besar dan biaya yang murah. Ketiga dasar  tersebut menjadi tujuan dalam arsitektur komputer. Komputer modern merupakan implementasi teknologi tinggi dan kompleks oleh karena itu dalam perancanganya dibutuhkan  pemilihan spesifikasi sesuai kebutuhan seperti teknologi komponen penyususn, kapasitas  penyimpanan, kinerja serta biaya perangkat. Dalam melakukan desain sebuah komputer modern diperlukan beberapa cara untuk  meeningkatkan kecepatan performa pemrosesan diantaranya adalah sebagai berikut :

•         Pipelining

•         On board cache

•         On board L1 & L2 cache

•         Branch prediction

•         Data flow analysis

•         Speculative execution

        Keseimbangan kinerja antara processor dan memori sangat diperlukan dimana ketika kecepatan processor meningkat maka kapasitas memori juga perlu ditingkatkan. Namun  demikian perlu diketahui bahwa terdapat celah yaitu kecepatan (bukan kapasaitas) yang ada  pada memori sangat jauh lebih rendah dibandingkan dengan kecepatan processor.

F.    Ringkasan

a.      Evolusi prsesor komputer dimulai dari vacuum tube, selanjutnya transistor, IC, LSI, VLSI  dan kemudian ULSI

b.     Generasi Komputer dari tahun ke tahun:

·        Generasi pertama : Vacuum tube - 1946-1957

·        Generasi kedua : Transistor - 1958-1964

·        Generasi ketiga : ICè Small scale integration - 1965 on ; up to 100 devices on a chip & Medium scale integration - to 1971 ; 100-3,000 devices on a chip

·        Generasi keempat : Large scale integration - 1971-1977 ; used 3,000 - 100,000 devices  on a chip

·        Generasi kelima : Very large scale integration - 1978 -1991 ;100,000 - 100,000,000 devices on a chip

·        Generasi keenam : Ultra large scale integration – 1991 – Now ; Over 100,000,000 devices on a chip