Arsitektur Komputer. Pertemuan ke-3 - Aritmatika Komputer (2) >>> Sistem bilangan & Format Data - Perkembangan Perangkat Keras Komputer

Arsitektur Komputer Pertemuan ke-3 - Aritmatika Komputer (2) >>> Sistem bilangan & Format Data - Perkembangan Perangkat Keras Komputer

DATA FORMATS  Computers 

Process and store all forms of data in binary format

 Human 

Includes language, images and sounds

 Data  

communication

formats:

Specifications for converting data into computerusable form Define the different ways human data may be represented, stored and processed by a computer

3-2

SOURCES OF DATA 

Binary input   



Begins as discrete input Example: keyboard input such as A 1+2=3 math Keyboard generates a binary number code for each key

Analog  

Continuous data such as sound or images Requires hardware to convert data into binary numbers

Figure 3.1 with this color scheme

A 1+2=3 math

Chapter 3 Data Formats

Computer

Input device

1101000101010101…

3-3

COMMON DATA REPRESENTATIONS Type of Data

Standard(s)

Alphanumeric

Unicode, ASCII, EDCDIC

Image (bitmapped)

GIF (graphical image format) TIF (tagged image file format) PNG (portable network graphics)

Image (object)

PostScript, JPEG, SWF (Macromedia Flash), SVG

Outline graphics and fonts

PostScript, TrueType

Sound

WAV, AVI, MP3, MIDI, WMA

Page description

PDF (Adobe Portable Document Format), HTML, XML

Video

Quicktime, MPEG-2, RealVideo, WMV


3-4

INTERNAL DATA REPRESENTATION 

Reflects the Complexity of input source  Type of processing required 

Trade-offs 

Accuracy and resolution 



Simple photo vs. painting in an art book

Compactness (storage and transmission)

More data required for improved accuracy and resolution  Compression represents data in a more compact form  Metadata: data that describes or interprets the meaning of data  Ease of manipulation:  Processing simple audio vs. high-fidelity sound 






Standardization  

Proprietary formats for storing and processing data (WordPerfect vs. Word) De facto standards: proprietary standards based on general user acceptance (PostScript) 3-5

DATA TYPES: ALPHANUMERIC  Alphanumeric: 



 Numeric

characters vs. numbers

Both entered as ordinary characters  Computer converts into numbers for calculation 






 

Characters: b T Number digits: 7 9 Punctuation marks: ! ; Special-purpose characters: $ &

Examples: Variables declared as numbers by the programmer (Salary$ in BASIC)

Treated as characters if processed as text 

Examples: Phone numbers, ZIP codes 3-6

REPRESENTING CHARACTERS ASCII - most widely used coding scheme  EBCDIC: IBM mainframe (legacy)  Unicode: developed for worldwide use 


3-7

ASCII Developed by ANSI (American National Standards Institute)  Represents 

 

Latin alphabet, Arabic numerals, standard punctuation characters Plus small set of accents and other European special characters

ASCII 




7-bit code: 128 characters

3-8

ASCII REFERENCE TABLE MSD LSD

0

1

2

3

4

5

0

NUL

DLE

SP

0

@

P

1

SOH

DC1

!

1

A

Q

a

W

2

STX

DC2

“

2

B

R

b

r

3

ETX

DC3

#

3

C

S

c

s

4

EOT

DC4

$

4

D

T

d

t

5

ENQ

NAK

%

5

E

U

e

u

6

ACJ

SYN

&

6

F

V

f

v

7

BEL

ETB

‘

7

G

W

g

w

8

BS

CAN

(

8

H

X

h

x

9

HT

EM

)

9

I

Y

i

y

A

LF

SUB

*

:

J

Z

j

z

B

VT

ESC

+

;

K

[

k

{

C

FF

FS

,

<

L

\

l

|

D

CR

GS

-

=

M

]

m

}

E

SO

RS

.

>

N

^

n

~

F

SI

US

/

?

O

_

o

DEL


6

7 p

3-9

7416

111 0100

EBCDIC  Extended

Binary Coded Decimal Interchange Code developed by IBM Restricted mainly to IBM or IBM compatible mainframes  Conversion software to/from ASCII available  Common in archival data  Character codes differ from ASCII 

ASCII

EBCDIC

Space

2016

4016

A

4116

C116

b

6216

8216


3-10

UNICODE  Most



Values 0 to 255 in Unicode table

 Multilingual:   

defines codes for

Nearly every character-based alphabet Large set of ideographs for Chinese, Japanese and Korean Composite characters for vowels and syllabic clusters required by some languages

software modifications for locallanguages


common 16-bit form represents 65,536 characters  ASCII Latin-I subset of Unicode

 Allows

3-11

COLLATING SEQUENCE  Alphabetic

sorting if software handles mixed upper- and lowercase codes  In ASCII, numbers collate first; in EBCDIC, last  ASCII collating sequence for string of characters Letters

Numeric Characters

Adam

A d a m

Adamian

A d a m i a n

Adams

A d a m s


1 011 0001 12 011 0001 011 0010

2 011 0010 3-12

2 CLASSES OF CODES  Printing 

Produced on the screen or printer

 Control 

VT: vertical tab



LF: Line feed

Cause action to occur 



characters

Control position of output on screen or printer 



characters

BEL: bell rings



DEL: delete current character

Communicate status between computer and I/O device ESC: provides extensions by changing the meaning of a specified number of contiguous following characters 


3-13

KEYBOARD INPUT  Scan

Two different scan codes on keyboard 



One generated when key is struck and another when key is released

Converted to Unicode, ASCII or EBCDIC by software in terminal or PC

 Advantage




code

Easily adapted to different languages or keyboard layout  Separate scan codes for key press/release for multiple key combinations 



Examples: shift and control keys

3-14

OTHER ALPHANUMERIC INPUT 

OCR (optical character reader) Scans text and inputs it as character data  Used to read specially encoded characters 

 

Example: magnetically printed check numbers

General use limited by high error rate

Bar Code Readers Used in applications that require fast, accurate and repetitive input with minimal employee training  Examples: supermarket checkout counters and inventory control  Alphanumeric data in bar code read optically using wand 

 




Magnetic stripe reader: alphanumeric data from credit cards Voice 

Digitized audio recording common but conversion to alphanumeric data difficult 

Requires knowledge of sound patterns in a language (phonemes) plus rules for pronunciation, grammar, and syntax 3-15

IMAGE DATA Photographs, figures, icons, drawings, charts and graphs  Two approaches: 



Differences include:    




Bitmap or raster images of photos and paintings with continuous variation  Object or vector images composed of graphical objects like lines and curves defined geometrically 

Quality of the image Storage space required Time to transmit Ease of modification

Specifications for graphics file formats 

The Graphics File Format Page

3-16

OBJECT IMAGES  Created




by drawing packages or output from spreadsheet data graphs  Composed of lines and shapes in various colors  Computer translates geometric formulas to create the graphic  Storage space depends on image complexity number of instructions to create lines, shapes, fill patterns

 Movies

Shrek and Toy Story use object

images 3-17

DATA COMPRESSION Compression: recoding data so that it requires fewer bytes of storage space.  Compression ratio: the amount file is shrunk  Lossless: inverse algorithm restores data to exact original form 



Examples: GIF, PCX, TIFF

Lossy: trades off data degradation for file size and download speed




Much higher compression ratios, often 10 to 1  Example: JPEG  Common in multimedia 



MPEG-2: uses both forms for ratios of 100:1 3-18

INTERNAL COMPUTER DATA FORMAT All data stored as binary numbers  Interpreted based on 



Operations computer can perform Data types supported by programming language used to create application




3-19

5 SIMPLE DATA TYPES Boolean: 2-valued variables or constants with values of true or false  Char: Variable or constant that holds alphanumeric character  Enumerated 

User-defined data types with possible values listed in definition 

Type DayOfWeek = Mon, Tues, Wed, Thurs, Fri, Sat, Sun

Integer: positive or negative whole numbers  Real 

 




Numbers with a decimal point Numbers whose magnitude, large or small, exceeds computer’s capability to store as an integer 3-20

KUIS KE-2 Ubah

6 angka desimal pada NIM anda menjadi bilangan biner, oktal, dan heksa Untuk masing-masingnya, tunjukkan mana nilai MSB dan mana nilai LSB

PERKEMBANGAN PERANGKAT KERAS KOMPUTER Materi :  Stallings, bab 2

ENIAC Electronic Numerical Integrator And Computer Eckert and Mauchly University of Pennsylvania Tabel lintasan peluru Mulai dibuat tahun 1943 Selesai tahun 1946

Terlambat digunakan dalam perang dunia Dipakai sampai 1955

Minggu III

23

Detail dari ENIAC  Menggunakan

sistem Decimal (bukan

binary)  Memiliki 20 accumulators untuk 10 digits  Diprogram secara manual melalui saklar ( switches )  Berisi 18,000 tabung vakum  Berat 30 tons  Volume 15,000 kaki persegi  Daya listrik 140 kW  Kecepatan operasi 5,000 per detik

Minggu III

24

von Neumann/Turing  Konsep

: program tersimpan (Stored Program)  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/0, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar  Computer of Institute for Advanced Studies (IAS) Diselesaikan tahun 1952

Minggu III

25

Struktur Mesin Von Nuemann

Arithmetic and Logic Unit Input Output Equipment

Main Memory

Program Control Unit

26

Detail - IAS  Kapasitas memori

: 1000 x 40 bit words Menggunakan sistem bilangan Binary Panjang instruksi 2 x 20 bit instruksi 20 bit  Register-register dalam CPU : Memory Buffer Register = MBR Memory Address Register = MAR Instruction Register = IR Instruction Buffer Register = IBR Program Counter = PC Accumulator = AC Multiplier Quotient = MQ Minggu III

27

Structure of IAS - detail Central Processing Unit Arithmetic and Logic Unit

Accumulator

MQ

Arithmetic & Logic Circuits MBR

Input Output Equipment

Instructions Main & Data Memory IBR

PC MAR

IR Program Control Unit

Control Circuits Address

Keterangan Gambar 



 

 

Memory Buffer Register (MBR), berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakanuntuk 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 MSB disimpan dalam AC dan 40 bit lainnya LSB disimpan dalam MQ. Minggu III

29

Keterangan Gambar ……Lanjutan 

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 Minggu program. III

30

Komputer Komersial 1947 - Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) Untuk kalkulasi sensus 1950 oleh US Bureau

Menjadi divisi dari Sperry-Rand Corporation Dipasarkan akhir tahun 1950 - UNIVAC II Lebih cepat Kapasitas memory lebih besar

Minggu III

31

IBM Pabrik peralatan Punched-card 1953 - IBM 701 Komputer pertama IBM ( stored program computer ) Untuk keperluan aplikasi Scientific 1955 - IBM 702 Untuk aplikasi Business Merupakan awal dari seri 700/7000 yang membuat IBM menjadi pabrik komputer yang dominan Minggu III

32

Transistor   

    

Menggantikan vacuum tubes Lebih kecil Lebih murah Disipasi panas sedikit Merupakan komponen Solid State Dibuat dari Silicon (Sand) Ditemukan pada tahun 1947 di laboratorium Bell Oleh William Shockley dkk. Minggu III

33

Komputer Berbasis Transistor Mesin generasi II NCR & RCA menghasilkan small transistor machines

IBM 7000 DEC - 1957 Membuat PDP-1

Minggu III

34

Microelectronics  Secara harafiah berarti “

elektronika kecil”  Sebuah komputer dibuat dari gerbang logika (gate), memory cells and interconnections  Sejunlah gate dikemas dalam satu keping semi konduktor  Misal silicon wafer

Minggu III

35

Beberapa Generasi Komputer Vacuum tube - 1946-1957  Transistor - 1958-1964  Small scale integration - 1965 on 

◦ Up to 100 devices on a chip 

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



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



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



Ultra large scale integration ◦ Over 100,000,000 devices on a chip

Hukum Moore Meningkatkan kerapatan komponen dalam chip Gordon Moore - cofounder of Intel Jumlah transistor/ chip meningkat 2x lipet per tahun Sejak tahun 1970 pengembangan sedikit agak lambat Jumlah transistor 2x lipat setiap 18 bulan Harga suatu chip tetap/ hampir tidak berubah Kerapatan tinggi berarti jalur pendek, menghasilkan kinerja yang meningkat Ukuran semakin kecil, fleksibilitas meningkat Daya listrik lebih hemat, panas menurun Sambungan sedikit berarti semakin handal Minggu III

37

Perkembangan Jumlah Transistor dalam CPU

Minggu III

38

IBM Seri 360 1964 Pengganti (& not compatible with) seri 7000 Rancangan awal suatu “family” computer Memiliki set instruksi yang sama atau identik Menggunakan O/S yang sama atau identik Kecepatan meningkat Jumlah port I/O meningkat (i.e. Terminal banyak) Kapasitas memory bertambah besar Harga meningkat Struktur pensaklarannya Multiplexed Minggu III

39

DEC PDP-8 1964 Minicomputer pertama (after miniskirt!) Tidak mengharuskan ruangan ber-AC Ukurannya kecil Harga $16,000 $100k+ untuk IBM 360 Embedded applications & OEM Menggunakan struktur BUS

Minggu III

40

Struktur BUS DEC - PDP-8

Console Controller

CPU

Main Memory

I/O Module

I/O Module

OMNIBUS

Minggu III

41

Memori Semiconductor 1970 Fairchild Ukuran kecil sebesar 1 sel core memory Dapat menyimpan 256 bits Non-destructive read Lebih cepat dari core memory Kapasitas meningkat 2x lipat setiap tahun

Minggu III

42

Intel 1971 - 4004  First microprocessor  All CPU components on a single chip  4 bit Followed in 1972 by 8008  8 bit  Digunakan untuk aplikasi khusus 1974 – 8080 , Mikroprosesor pertama Inte 1978 – 8086, 80286 1985- 80386 1989 - 80486 Minggu III

43

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 dan pipelining instruksi. Sudah dilengkapi dengan math co-processor. 

Minggu III

44

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  SSE  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. 

Minggu III

45

Meningkatkan Kecepatan  Pipelining  On

board cache  On board L1 & L2 cache  Branch prediction  Data flow analysis  Speculative execution

Minggu III

46

Peningkatan Kinerja  Kecepatan Processor meningkat  Kapasitas Memory

meningkat  Kecepatan Memory tertinggal dari kecepatan processor

Minggu III

47

DRAM and Processor Characteristics

Minggu III

48

Tren Penggunaan DRAM

Minggu III

49

Solusi Meningkatkan jumlah bit per akses Make DRAM “wider” rather than “deeper” Mengubah interface DRAM Cache Mengurangi frequency akses memory cache yang lebih komplek dan cache on chip Meningkatkan interkoneksi bandwidth Bus kecepatan tinggi - High speed buses Hierarchy of buses

Minggu III

50

TUGAS – Kelas A Apakah Hukum Moore masih relevan dengan kondisi saat ini?  Buat sebuah paper / makalah yang merepresentasikan hal tersebut.  Sertakan pula daftar pustaka.  1 kelompok 3 orang.  Dikumpulkan via email, paling lambat tanggal 18 maret 2009 pukul 23.00 

TUGAS – kelas B Buat sebuah paper / makalah yang berisikan tentang perkembangan teknologi (evolusi) microprocessor (IBM, Intel, AMD, VIA)  Sertakan pula daftar pustaka.  1 kelompok 3 orang.  Dikumpulkan via email, paling lambat tanggal 18 maret 2009 pukul 23.00 

Arsitektur Komputer. Pertemuan ke-3 - Aritmatika Komputer (2) >>> Sistem bilangan & Format Data - Perkembangan Perangkat Keras Komputer

Recommend Documents