Sejarah perkembangan computer dibagi menjadi :
- Sebelum tahun 1940
- Sesudah tahun 1940
SEBELUM TAHUN 1940
Manusia menggunakan jari untuk mengenali dan membilang nomor satu hingga sepuluh. Selepas itu mereka mulaI mengenali nomor-nomor yang lebih besar tetapi masih menggunakan digit-digit dari 0 hingga 9. Ahli-ahli perniagaan dari negeri China, Turki dan Yunani menggunakan abacus (sempoa) untuk melakukan perhitungan. 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. Mesin ini beroperasi dengan menggerakkan gear pada roda. Pascal juga telah banyak menyumbang ide dalam bidang matematika. Pada tahun 1816, Charles Babbage membuat ‘the difference engine’. Mesin ini bisa menyelesaikan masalah perhitunganmatematika seperti logaritma secara mekanikal dengan tepat sampai dua puluh digit. 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.
- 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. Yang termasuk dalam komputer generasi pertama antara lain:
ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer )
ENIAC didesain dan dibangun oleh John Mauckhy dan John Presper Eckret di Universitas Pennsylvania merupakan computer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.. Dimana Mauchly merupakan guru besar teknik elektro dan Eckret merupakan mahasiswanya yang sudah lulus. 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. Sebelumnya tugas ini dilakukan oleh kurang lebih 200 personil dengan menggunakan kalkulator untuk menyelesaikan persamaan matematis peluru kendali yang memakan waktu lama. Pada tahun 1946, ENIAC selesai dibuat dengan spesifikasi sebagai berikut :
- Memanfaatkan bilangan decimal bukan bilangan biner
- Berat 30 ton
- Volume 1.500 kaki²
- Berisi 18.000 Vakum Tube
- Daya listrik yang diperlukan 140kW
- Kecepatan operasi 5000 per detik
- 20 akumulator mampu menampung 10 digit bilangan desimal
- Masih menggunakan saklar manual
ENIAC digunakan oleh BRL untuk kepentingan perang sampai dengan tahun1955. Setelah itu, ENIAC tidak lagi digunakan.
- VON NEUMANN MACHINE
Von 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.
Secara detail IAS computer memiliki 1000 lokasi penyimpanan x 40 bit words, dengan rincian:
– Binary number
– 2 x 20 bit instructions
Dengan format memori sebagai
berikut :
Struktur dari IAS secara detail
adalah:
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.
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 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.
- 1950 – muncul 2 perusahaan yaitu Sperry dan IBM yang pada saat itu mendominasi pasar. Produk dari IBM antara lain: IBM seri 701 tahun 1953, IBM seri 702 tahun 1955.
- 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. NCR dan RCA adalah perusahaan yang mengembangkan komputer berukuran kecil saat itu, kemudian diikuti IBM dengan mengeluarkan seri 7000-nya.
Dengan adanya transistor membuat hardware komputer saat itu makin cepat prosesnya, Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. Generasi dua ini juga terdapat perubahan perkembangan pada ALU yang makin kompleks, lahirnya bahasa pemrograman tingkat tinggi maupun tersedianya software sistem operasi. 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.
Gen |
Tahun |
Teknologi |
Kec (operasi/detik) |
1 |
1946 – 1957 |
Tabung Vakum |
40.000 |
2 |
1958 – 1964 |
Transistor |
200.000 |
3 |
1965 – 1971 |
Small and medium scale integration |
1.000.000 |
4 |
1972 – 1977 |
Large scale integration |
10.000.000 |
5 |
1978 – |
Very large scale integration |
100.000.000 |
Tabel 2.1 Kecepatan Generasi – Generasi Komputer
Yang termasuk dalam computer generasi kedua antara lain:
- IBM 7094
Komputer ini diluncurkan tahun 1962. Kemajuan IBM 7094 adalah adanyaInstruction Backup Register (IBR) yang berfungsi membeffer instruksi berikutnya, efeknya komputer akan lebih cepat prosesnya. Unit kontrol mengambil dua word yang berdampingan dari memori untuk sebuah pengambilan instruksi, kecuali bila terjadi percabangan. Kemajuan IBM 7094 lainnya adalah adanya multiplexor untuk memultiplexdata channel (saluran data). Multiplexor berfungsi sebagai sentral switch data yang akan diproses dalam CPU.
Konfigurasi IBM 7094
IBM 7094 memiliki konfigurasi sebagai berikut:
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.
- 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.
Karakteristik Penting Kelompok System/360
Karakteristik |
Model 30 |
Model 40 |
Model 50 |
Model 65 |
Model 75 |
Ukuran memori (Kb) |
64 |
256 |
256 |
512 |
512 |
Laju data dari meori (Mbytes/det) |
0.5 |
0.8 |
2.0 |
8.0 |
16.0 |
Prosesor cycle time (μdetik) |
1.0 |
0.625 |
0.5 |
0.25 |
0.2 |
Jumlah maksimum data channel |
3 |
3 |
4 |
6 |
6 |
Data maks per channel (Kbps) |
250 |
400 |
800 |
1250 |
1250 |
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
- 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.
Masa-masa ini diawali peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004. Mikroprosesor 4004 dapat menambahkan dua bilangan 4 bit dan hanya dapat mengalikan dengan cara pengulangan penambahan. Memang masih primitif, namun mikroprosesor ini tonggak perkembangan mikroprosesor-mikroprosesor canggih saat ini. Tidak ada ukuran pasti dalam melihat mikroprosesor, namun ukuran terbaik adalah lebar bus data : jumlah bit data yang dapat dikirim diterima mikroprosesor. Ukuran lain adalah jumlah bit dalam register.
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.
Grafik jumlah transistor dalam chips Pentium
Feature |
8008 |
8080 |
8086 |
80386 |
80486 |
Tahun diperkenalkan
Jumlah instruksi
Lebar bus alamat
Lebar bus data
Jumlah flag
Jumlah register
Memori
I/O port
Waktu add register to register |
1972
66
8
8
4
8
15KB
24
– |
1974
111
16
8
5
8
64KB
256
1.3μ det |
1978
133
20
16
9
16
1MB
64KB
0.3μ det |
1985
154
32
32
14
8
4GB
64KB
0.125μdet |
1989
235
32
32
14
8
4GB
4GB
0.06μdet |
Evolusi mikroprosesor Intel
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. Dari segi perkembangan program aplikasipun sangat menakjubkan. 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. Perkembangan mikroprosesor, dilihat dari kapasitas operasi dan kecepatannya sangatlah pesat. Perkembangan mikroprosesor ini sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Hal ini menimbulkan masalah kesenjangan dan kurang sinkronnya operasi antar komponen. Perhatikan laju perkembangan prosesor dibandingkan memori utama seperti terlihat pada gambar ini.
Grafik perbandingan kecepatan mikroprosesor dan memori
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.
Target yang ingin dicapai dalam peningkatan kinerja adalah tercapainya keseimbangan proses operasi antar komponen – komponen penyusun komputer sehingga menghasilkan kinerja komputer yang tinggi.
Contoh Evolusi Komputer
Evolusi komputer yang akan dijelaskan adalah kelompok komputer Pentium Intel dan
PowerPC. Alasannya adalah komputer Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara
18
teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam
arsitekturnya. Sedangkan PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi
RISC (reduced instruction set computers). Detail tentang CISC dan RISC akan dijelaskan dalam
matakuliah Arsitektur CPU.
Pentium
Pentium merupakan produk Intel yang mampu mendominasi pasaran prosesor hingga saat ini. Generasi demi generasi diluncurkan ke pasaran dengan kenaikan unjuk kerja yang menakjubkan
dalam memenuhi kebutuhan konsumennya. 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.
- 8086, dikenalkan tahun 1974 adalah mikroprosesor 16 bit dengan teknologi cache instruksi. Jumlah instruksi mencapai 111 dan kemampuan pengalamatan ke memori 64KB.
- 80286, keluar tahun 1982 merupakan pengembangan dari 8086, kemampuan pengalamatan mencapai 1MB dengan 133 instruksi.
- 80386, keluar tahun 1985 dengan mesin 32 bit. Sudah mendukung sistem multitasking. Dengan mesin 32 bitnya, produk ini mampu menjadi terunggul pada masa itu.
- 80486, dikenalkan tahun 1989. Kemajuannya pada teknologi cache memori danpipelining 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 organisasisuperscalar 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.
BEBERAPA SOLUSI
- Meningkatkan jumlah bits yang diterima tiap proses
- Make DRAM “wider” rather than “deeper”
- Mengubah DRAM interface
- Mengurangi frekuensi dari akses memori
- More complex cache and cache on chip
- Meningkatkan interconnection bandwidth
- High speed buses
- Hierarchy of buses
KESIMPULAN
- Sejarah singkat komputer dimulai dari Tabung Vakum, Transistor, IC dan VLSI.
- Kinerja sebuah sistem komputer merupakan hasil proses dari seluruh komponen komputer, yang melibatkan CPU, memori utama, memori sekunder, bus, peripheral.
- Pentium Intel mampu mendominasi pasaran dan secara
- teknologi menggunakan rancangan CISC (complex instruction set computers) dalam arsitekturnya.
- PowerPC merupakan kelompok komputer yang menerapkan teknologi RISC (reduced instruction set computers).