- Ø Pengertian bus
Pengertian Bus adalah bagian dari sistem komputer yang berfungsi untuk memindahkan data antar bagian – bagian dalam sistem komputer. Data dipindahkan dari piranti masukan ke CPU, CPU ke memori, atau dari memori ke piranti keluaran.
Bus beroperasi pada kecepatan dan lebar yang berbeda. PC awal mempunyai bus dengan kecepatan 4.77 MHz dan lebar 8 bit yang dikenal dengan bus ISA (Industry Standard Architecture). Kemudian bus diperbaiki menjadi lebar 16 bit dengan kecepatan 8 MHz. Pada tahun 1990 Intel memperkenalkan bus PCI (Pheriperal Component Interconnect), semula dengan lebar 32 bit, sekarang lebar bus 64 bit dan di-run pada kecepatan 133 MHz. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer disebut sebagai Bus System. Biasanya sebuah Bus System terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah.
Bus System dapat dibedakan atas:
1. Data Bus ( Saluran Data )
2. Address Bus ( Saluran Alamat )
3. Control Bus ( Saluran Kendali )
Sistem BUS
- Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
- Komponen komputer :
- CPU
- Memori
- Perangkat I/O
Transfer data antar komponen komputer.
- Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus
- Melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus
- Kecepatan komponen penyusun komputer harus diimbangi kecepatan dan manajemen busyang baik
Mikroprosesor
- Melakukan pekerjaan secara paralel
- Program dijalankan secara multitasking
- Sistem bus tidak hanya lebar tapi juga cepat
Interkoneksi komponen sistem komputer dalam menjalankan fungsinya
- Interkoneksi bus
- Pertimbangan–pertimbangan perancangan bus
Struktur Interkoneksi adalah Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU,Memori,I/O)
Struktur interkoneksi bergantung pada
- Jenis data
- Karakteristik pertukaran data
Jenis Data
Memori :
Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing–masing word diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat dibaca maupun ditulis pada memori dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.
Modul I/O :
Operasi modul I/O adalah pertukaran data dari dan ke dalam komputer. Berdasakan pandangan internal, modul I/O dipandang sebagai sebuah memori dengan operasi pembacaan dan penulisan. Seperti telah dijelaskan pada bab 6 bahwa modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat peripheral. Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt.
CPU :
CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine–routine program yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruh sistem komputer sehingga sebagai konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem komputer.
Gambar 1. Modul Komputer
Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul–modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data.
- Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.
- CPU ke Memori : CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.
- I/O ke CPU : CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.
- CPU ke I/O : CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.
- I/O ke Memori atau dari Memori : digunakan pada sistem DMA
Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalah sistem bus.
Sistem bus
- Digunakan secara tunggal
- Digunakan secara jamak,
Hal ini Tergantung karakteristik sistemnya
Interkoneksi Bus – Struktur Bus
Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran busdikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu :
- Saluran data
- Saluran alamat
- Saluran kontrol
Gambar 2. Pola Interkoneksi
Saluran Data
Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.
Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.
Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit
Saluran Alamat (Address Bus)
- Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.
- Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
- Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
- Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.
Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya
Saluran kontrol (Control Bus)
Digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada.
Karena bus data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu mekanisme kerja yang dikontrol melalui bus kontrol ini.
Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas
- Sinyal pewaktuan adalah Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat
- Sinyal–sinyal perintah adalah Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi
Prinsip Operasi Bus
- Meminta penggunaan bus.
- Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju
Hierarki Multiple Bus
Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja
Faktor – faktor :
- Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
- Antrian penggunaan bus semakin panjang.
- Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.
Gambar 3. Arsitektur bus jamak tradisional
Arsitektur bus jamak
Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.
Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/O diklasifikasikan menjadi dua,
- Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi
- Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.
Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula,
Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi
Gambar 4. Arsitektur bus jamak kinerja tinggi
Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi
- Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.
- Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus
1. Data Bus :
- · Berfungsi untuk mentransfer data, membawa data dari dan ke perangkat atau periferal
- · Terdiri atas beberapa jalur penghantar, 8, 16, 32 bahkan 64 bahkan lebih jalur paralel
- · Data ditransmisikan dalam dua arah, yaitu dari CPU atau mikroprosesor ke unit memori atau modul I/O dan sebaliknya.
- · Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu.
2. Control Bus:
- · Berfungsi untuk mensinkronkan proses penerimaan dan pengiriman data.
- · Untuk mengatur memori atau port agar siap ditulis atau dibaca.
- · Sinyal Kontrol: RD, WR, IO/M
- · Sinyal Read dan write : untuk mengakses data ke dan dari perangkat
3. Address Bus:
- · membawa informasi untuk mengetahui lokasi suatu perangkat atau periferal
- · Untuk memilih lokasi memori atau port yang akan ditulis atau dibaca
- · Untuk menentukan rute data, bersumber dari mana, tujuannya ke mana.
- · Bersifat searah, cpu memberikan alamat yang bertujuan untuk menentukan periferal mana yang dituju. Contoh memori mana yang dituju atau I/O mana yang dituju.
- · Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi yang dapat dialamati.
- · Jumlah alamat yang dapat dituju pada Bus alamat adalah sebanyak 2n. n jumlah jalur Bus alamat.
- Ø Elemen-Elemen Rancangan Bus
Rancangan suatu bus dapat dibedakan atau diklasifikasikan oleh elemen-elemen sebagai berikut :
1. Jenis bus
2. Metode Arbitrasi
3. Timing
4. Lebar Bus
5. Jenis Transfer Data
- Ø Jenis Bus
Jenis bus dapat dibedakan atas :
1. Dedicated
Merupakan metode di mana setiap bus ( saluran ) secara permanen diberi fungsi atau subset fisik komponen komputer.
2. Time Multiplexed
Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai keperluan, sehingga menghemat ruang dan biaya.
- Ø Metode Arbitrasi
Metode arbitrasi adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas :
1. Tersentralisasi : menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral
2. Terdistribusi : setiap bus memiliki access control logic
- Ø Timing
Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada bus system, dan dapat dibedakan atas :
1. Synchronous
Terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock ( pewaktu )
2. Asynchronous
Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung pada event sebelumnya
- Ø Lebar Bus
Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. - Ø Jenis Transfer Data
Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah :
1. Operasi Read
2. Operasi Write
3. Operasi Read Modify Write
4. Operasi Read After Write
5. Operasi Block
- Ø PCI
PCI adalah singkatan dari Peripheral Component Interconnect dan merupakan bus yang tidak tergantung pada prosesor, berbandwith tinggi serta dapat berfungsi sebagai mezzanine atau bus peripheral.
PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi , seperti : graphic display adapter, network interface controller, dan disc controller.
PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasiskan mikroprosesor, baik sistem mikroprosesor tunggal ataupun sistem mikroprosesor jamak. Karena itu PCI memanfaatkan timing synchronous dan pola arbitrasi tersentralisasi untuk memberikan sejumlah fungsi.
- Ø Future Bus +
Future Bus + adalah standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh IEEE dan didasarkan atas:
- 1. Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor dan teknologi
tertentu. - 2. Memiliki protokol transfer asinkron dasar.
- 3. Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault tolerant
dan memiliki reliabilitas yang tinggi. - 4. Menawarkan dukungan langsung terhadap memori berbasis
cache yang dapat digunakan bersama. - 5. Memberikan definisi transportasi pesan yang kompetibel.
- Bus ISA
Industri computer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan mengadopsi standarnya sendiri, bus ISA (Industry Standar Architecture), yang pada dasarnya adalah bus PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz. Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap mempertahankan kompatibilitas dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.
- Bus USB
Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus kecepatan tinggi PCI, sedangkan banyak peralatan yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer. Sebagai solusinya tujuh vendor computer (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northen Telecom) bersama-sama meranccang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah. Standar yang dihasilakan dinamakan Universal Standard Bus (USB).
- Bus SCSI
Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yang dipo[ulerkan oleh macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuan besar. SCSI menggunakan interface paralel dengan 8,16, atau 32 saluran data.
- Bus P1394 / Fire Wire
Semakin pesatnya kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai 1 GHz, maka perlu diimbangi dengan bus berkecepatan tinggi juga. Bus SCSI dan PCI tidak dapat mencukupi kebutuhan saat ini. Sehingga dikembangkan bus performance tinggi yang dikenal dengan FireWire (P1393 standard IEEE). P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O lainnya, yaitu sangat cepat, murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Pada kenyataan P1394 tidak hanya popular pada system computer, namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televise. Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.
Proses aliran data pada siklus pengambilannya!
- Pada saat siklus pengambilan (fetch cycle), instruksi dibaca dari memori.
- PC berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diambil.
- Alamat ini akan dipindahkan ke MAR dan ditaruh di bus alamat.
- Unit kontrol meminta pembacaan memori dan hasilnya disimpan di bus data dan disalin ke MBR dan kemudian dipindahkan ke IR.
- PC naik nilainya 1, sebagai persiapan untuk pengambilan selanjutnya.
- Siklus selesai, unit kontrol memeriksa isi IR untuk menentukan apakah IR berisi operand specifier yang menggunakan pengalamatan tak langsung.
Proses aliran data pada siklus tak langsung!
- N bit paling kanan pada MBR, yang berisi referensi alamat, dipindahkan ke MAR.
- Unit kontrol meminta pembacaan memori, agar mendapatkan alamat operand yang diinginkan ke dalam MBR.
- Siklus pengambilan dan siklus tak langsung cukup sederhana dan dapat diramalkan.
- Siklus instruksi (instruction cycle) mengambil banyak bentuk karena bentuk bergantung pada bermacam-macam instruksi mesin yang terdapat di dalam IR.
- Siklus meliputi pemindahan data di antara register-register, pembacaan atau penulisan dari memori atau I/O, dan atau penggunaan ALU.
Proses aliran data pada siklus interupsi!
- Isi PC saat itu harus disimpan sehingga CPU dapat melanjutkan aktivitas normal setelah terjadinya interrupt.
- Cara : Isi PC dipindahkan ke MBR untuk kemudian dituliskan ke dalam memori.
- Lokasi memori khusus yang dicadangkan untuk keperluan ini dimuatkan ke MAR dari unit kontrol.
- Lokasi ini berupa stack pointer.
- PC dimuatkan dengan alamat rutin interrupt.
- Akibatnya, siklus instruksi berikutnya akan mulai mengambil instruksi yang sesuai.
Hubungan bus dalam proses read dan write
Bagaimana Cara Kerja ALU di Komputer ???
Suatu unit computer dibangun dari 4 unit fungsional dasar yakni, central processing unit (CPU), memori, input dan ouput (I/O). CPU melakukan proses komputasi yang sebenarnya dan terdiri dari dua sub-bagian: unit logika arimtmetika (ALU) yang berfungsi untuk melakukan proses perhitungan angka dan logika seperti penjumlahan, pengurangan, logika AND, logika OR dan lain-lain. Bagian kendali pada CPU mengelola aliran data, seperti membaca dan melaksanakan instruksi-instruksi program. Jika data diterima memerlukan perhitungan, maka bagian kendali akan memberikannya ke unit ALU untuk diproses. Pada sistim computer berbasis mikroprosesor, mikroprosesornya merupakan CPU.
Gambar 2.2. Blok Diagram Sistim Komputer Berbasis Mikroprosesor
Data digital berbentuk bit, dimana tiap bit memiliki satu nilai 1 atau 0. Rangkaian digital biasanya menggunakan tegangan 5 V DC untuk menyatakan logika 1 dan 0 V DC untuk menyatakan logika 0. Gabungan 8 bit data sama dengan 1 byte. Suatu mikroprosesor menangani data-data digital dalam satuan word, dimana lebar word dalam satuan 8, 16 atau 32 bit. Sebagai contoh, suatu mikroprosesor 8-bit memiliki word dalam ukuran byte dengan nilai maksimum desimal sebesar 255. (computer manyatakan bilangan dalam bentuk digital; sebagai contoh, 11111111 binary = 255 decimal). Bit paling kanan dalam bilangan binary memiliki nilai dengan bobot terendah (biasanya 1) dan disebut bit kurang berarti (least significant bit = LSB). Bit paling kiri mewakili nilai dengan bobot tertinggi dan disebut bit paling berarti (most significant bit = MSB).