Pengantar Organisasi Komputer

1
Organisasi dan Arsitektur Komputer I
Bab II.Bus-Bus Sistem Oleh I Wayan Supardi,
S.Si.,M.Si
2
Tujuan

• Menjelaskan struktur antar hubungan Menjelaskan
  bus antar hubungan
• Menjelaskan elemen dari desain bus
• Menjelaskan PCI, SCSI, Fire wire dan USB

3
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 bus yang baik

4
Sistem Bus

• 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
• Pertimbanganpertimbangan perancangan bus

5
StruktuStruktur Interkoneksi

• Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul
  (CPU,Memori,I/O)
• Struktur interkoneksi bergantung pada
• Jenis data
• Karakteristik pertukaran data

6
Jenis Data

• Memori
• Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan
  panjang yang sama. Masingmasing 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 enulisan. 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 routineroutine program
  yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruh
  sistem komputer sehingga sebagai konsekuensinya
  memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi
  bagian sistem komputer.

7
Modul modul komputer
8
Struktur interkoneksi

• Dari jenis pertukaran data yang diperlukan
  modulmodul 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

9
Perkembangan Struktur Intekoneksi

• 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

10
InterkoneksInterkoneksi Bus

• Bus ?
• merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan
  dua atau lebih komponen komputer
• Sifat penting dan merupakan syarat utama ?
• bus adalah media transmisi yang dapat digunakan
  bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung
  padanya
• Digunakan bersama ?
• Diperlukan aturan main agar tidak terjadi
  tabrakan data atau kerusakan data yang
  ditransmisikan.
• Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu
  hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan
  bus

11
InterkoneksInterkoneksi 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 bus dikatagorikan
  dalam tiga bagian
• Saluran data
• Saluran alamat
• Saluran kontrol

12
Pola interkoneksi bus
13
Saluran data (data bus)

• 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

14
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

15
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
• Sinyalsinyal perintah

16
Sinyal Saluran kontrol

• Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan
  alamat
• Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi

17
Saluran kontrol

• Apa saja ?
• Memory Write, memerintahkan data pada bus akan
  dituliskan ke dalam lokasi alamat.
• Momory Read memerintahkan data dari lokasi
  alamat ditempatkan pada bus data.
• I/O Write, memerintahkan data pada bus dikirim
  ke lokasi port I/O.
• I/O Read, memerintahkan data dari port I/O
  ditempatkan pada bus data.
• Transfer ACK, menunjukkan data telah diterima
  dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.
• Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan
  kontrol bus.
• Bus Grant, menunjukkan modul yang melakukan
  request telah diberi hak mengontrol bus.
• Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan
  interupsi dari modul.
• Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi
  telah diketahui CPU.
• Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar
  modul.
• Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh
  modu

18
Sinyal kontrol secara fisik

• Konduktor listrik paralel yang menghubungkanmodul
  modul.
• Konduktor adalah saluran utama pada PCB
  motherboard dengan layout tertentu sehingga
  didapat fleksibilitas penggunaan.
• Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang
  mudah dipasang dan dilepas
• Slot PCI
• Slot ISA.
• Untuk chips akan terhubung melalui pinnya

19
Prinsip operasi busOperasi pengiriman data ke
modul

• 1. Meminta penggunaan bus.
• 2. Apabila telah disetujui, modul akan
  memindahkan data yang diinginkan ke modul yang
  dituju

20
Prinsip operasi bus Operasi meminta data dari
modul lainnya

• 1. Meminta penggunaan bus.
• 2. Mengirim request ke modul yang dituju melalui
  saluran kontrol dan alamat yang sesuai.
• 3. Menunggu modul yang dituju mengirimkan data
  yang diinginkan

21
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.

22
Arsitektur bus jamak tradisional
23
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

24
Arsitektur bus jamak kinerja tinggi
25
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

26

• Pertemuan 5

27
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 bus yang baik

28
Sistem Bus

• 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
• Pertimbanganpertimbangan perancangan bus

29
Elemen Perancangan Elemen Bus

• Parameter dasar perancangan bus dapat
  diklasifikasikan berdasarkan jenis
• Dedicated
• Mulitiplexed
• Metode arbitrasi
• Tersentralisasi
• Terdistribusi
• Timing
• Sinkron
• Tak sinkron
• Lebar bus
• Lebar address
• Lebar data
• Jenis transfer data
• read
• write
• read-modify-write
• read-alter-write, block

30
Jenis Bus

• Dedicated bus
• Bus dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan
  data tertentu, misalnya paket data saja, atau
  alamat saja.
• Multiplexed bus
• Bus dilalukan informasi yang berbeda baik data,
  alamat maupun sinyal kontrol dengan metode
  mulipleks data maka bus ini disebut
• Keuntungan adalah hanya memerlukan saluran
  sedikit sehingga dapat menghemat tempat
• Kerugiannya adalah kecepatan transfer data
  menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek
  untuk mengurai data yang telah dimulitipleks

31
Metode Arbitrasi

• Pada metode tersentral diperlukan pengontrol bus
  sentral atau arbiter yang bertugas mengatur
  penggunaan bus oleh modul. Arbiter bisa suatu
  modul atau bagian fungsi CPU.
• Pada metode terdistribusi, setiap modul memiliki
  logika pengontrol akses (access control logic)
  yang berfungsi mengatur pertukaran data melalui
  bus.
• Kedua metode arbitrasi intinya menugaskan suatu
  perangkat bisa modul I/O ataupun CPU bertindak
  sebagai master kontrol pertukaran

32
Timing-Sinkron

• Metode pewaktuan sinkron terjadinya event pada
  bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock).
• Sebuah transmisi 1 0 disebut siklus waktu atau
  siklus bus dan menentukan besarnya slot waktu.
• Semua perangkat modul pada bus dapat membaca
  atau pengetahui siklus clock.
• Biasanya satu siklus untuk satu event.
• Model ini mudah diimplementasikan dan cepat
  namun kurang fleksibel menangani peralatan yang
  beda kecepatan operasinya.
• Biasanya digunakan untuk modulmodul tertentu
  yang sudah jelas karakteristiknya

33
Contoh pewaktuan sinkron
34
Timing-Asinkron

• Kerja modul yang tidak serempak kecepatannya.
• Event yang terjadi pada bus tergantung event
  sebelumnya sehingga diperlukan sinyal sinyal
  validasi untuk mengidentifikasi data yang
  ditransfer.
• Sistem ini mampu menggabungkan kerja modulmodul
  yang berbeda kecepatan maupun teknologinya,
  asalkan aturan transfernya sama

35
Contoh pewaktuan asinkron
36
Lebar Bus

• Semakin lebar bus maka semakin besar data yang
  dapat ditransfer sekali waktu.
• Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak
  range lokasi yang dapat direfensikan

37
Jenis Transfer Data

• Operasi transfer data adalah pertukaran data
  antar modul sebagai tindak lanjut atau pendukung
  operasi yang sedang dilakukan.
• Saat operasi baca (read), terjadi pengambilan
  data dari memori ke CPU, begitu juga sebaliknya
  pada operasi penulisan maupun operasi operasi
  kombinasi.
• Bus harus mampu menyediakan layanan saluran bagi
  semua operasi komputer

38
Contoh Bus - Bus ISA

• Industry Standar Architecture
• 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.
• Pendekatan ini juga didasarkan pada sebuah bus
  yang telah dilisensikan secara bebas oleh IBM
  kepada banyak perusahaan dalam rangka untuk
  menjamin bahwa sebanyak mungkin pihak ketiga
  dapat memproduksi kartu-kartu untuk PC pertama,
  sesuatu yang kembali menghantui IBM.

39
Contoh Bus - Bus PCI

• Peripheral Component Interconnect (PCI)
• Bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi
  sebagai bus
• mezzanine atau bus peripheral
• PCI memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O
  berkecepatan tinggi seperti video adaptor,
  NIC, disk controller, sound card, dan lainlain.
• Standard PCI adalah 64 saluran data pada
  kecepatan 33 MHz, laju transfer data 264 MB per
  detik atau 2,112 Gbps.
• Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya
  saja tetapi murah dengan keping yang sedikit
• Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk
  sistem pentiumnya.
• Untuk mempercepat penggunaan PCI, Intel
  mempatenkan PCI bagi domain publik sehingga
  vendor dapat mengeluarkan produk dengan PCI tanpa
  royalti

40
Contoh Bus - Bus USB

• Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila
  dipasang pada bus berkecepatan tinggi PCI
• Banyak peralatan yang memiliki kecepatan rendah
  seperti keyboard, mouse, dan printer.
• Solusi tujuh vendor komputer (Compaq, DEC, IBM,
  Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom)
  bersama-sama merancang bus untuk peralatan I/O
  berkecepatan rendah.
• Standard yang dihasilkan dinamakan Universal
  Standard Bus (USB).

41
Keuntungan USB

• Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper
  pada PCB atau peralatan
• Pemakai tidak harus membuka casing untuk
  memasang peralatan I/O baru
• Hanya satu jenis kabel yang diperlukan sebagai
  penghubung
• Dapat mensuplai daya pada peralatan-peralatan
  I/O
• Memudahkan pemasangan peralatan-peralatan yang
  hanya sementara dipasang pada komputer
• Tidak diperlukan reboot pada pemasangan
  peralatan baru dengan USB
• Murah

42
Pengkabelan USB

• Bandwidth total USB adalah 1,5 MB per detik.
• Bandwidth itu sudah mencukupi peralatan I/O
  berkecepatan rendah seperti keyboard, mouse,
  scanner, telepon digital, printer, dan
  sebagainya.
• Kabel pada bus terdiri dari 4 kawat, 2 untuk
  data, 1 untuk power (5 volt), dan 1 untuk
  ground.
• Sistem pensinyalan mentransmisikan sebuah
  bilangan nol sebagai transisi tegangan dan sebuah
  bilangan satu bila tidak ada transmisi tegangan

43
Contoh Bus - Bus SCSI

• Small Computer System Interface (SCSI)
• Perangkat peripheral eksternal yang dipopulerkan
  oleh macintosh pada tahun 1984.
• SCSI merupakan interface standard untuk drive
  CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat
  penyimpanan eksternal berukuran besar.
• SCSI menggunakan interface paralel dengan 8, 16,
  atau 32 saluran data
• Perangkat SCSI memiliki dua buah konektor
• Konektor input
• Konektor output.
• Seluruh perangkat berfungsi secara independen
  dan dapat saling bertukar data
• misalnya hard disk dapat mem-back up diri ke tape
  drive tanpa melibatkan prosesor

44
Contoh Bus - Bus SCSI

• Beberapa macam versi SCSI.
• SCSI-1 dibuat tahun 1980 memiliki 8 saluran data,
  dan beroperasi pada kecepatan 5 MHz. Versi ini
  memungkinkan sampai 7 perangkat dihubungkan
  secara daisy-chain.
• SCSI-2 diperkenalkan tahun 1992 dengan
  spesifikasi 16 atau 32 saluran data pada
  kecepatan 10 MHz.
• SCSI-3 yang mendukung kecepatan yang lebih tinggi
  sampai saat ini masih dalam tahap penelitian

45
Contoh Bus -Bus P1394 / Fire Wire

• Kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan
  Semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai
  1 GHz
• Perlu diimbangi dengan bus berkecepatan tinggi
• Dikembangkan bus performance tinggi yang dikenal
  dengan Fire Wire (P1394 standard IEEE)

46
Kesimpulan

• 1. Komputer tersusun atas beberapa komponen
  penting seperti CPU, memori, perangkat I/O.
  Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan
  komponen komputer dalam menjalankan tugasnya.
• 2. Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul
  disebut struktur interkoneksi. Rancanagan
  struktur interkoneksi sangat bergantung pada
  jenis dan karakteristik pertukaran datanya.
• 3. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan
  dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran
  alamat dan saluran kontrol.

47
Kesimpulan

• 4. Saat ini terdapat banyak implementasi sistem
  bus, tetapi parameter dasar perancangan bus dapat
  diklasifikasikan berdasarkan jenis (dedicated dan
  mulitiplexed), metode arbitrasi (tersentralisasi
  dan terdistribusi), timing (sinkron dan tak
  sinkron), lebar bus (lebar address dan lebar
  data) dan jenis transfer datanya(read, write,
  read-modify-write, read-alterwrite, block).
• 5. Diantara jenis bus yang beredar di pasaran
  saat ini adalah PCI, ISA, USB, SCSI, FuturaBus,
  FireWire, dll

48

• Bab III. Memori