Organisasi Komputer 3 - Sistem BUS

SISTEM BUS

A.      Pengertian Sistem Bus

Bus adalah jalur komunikasi yang dibagi pemakai suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

Suatu Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. Setiap computer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi.Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatukomputer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.

B.       Struktur Interkoneksi

Komputerterdiri dari satu set komponen atau modul dari tiga tipe dasar (prosesor, memori, input dan output) yang berkomunikasi satu sama lain. Pada dasarnya, komputer adalah jaringan modul basis. Sehingga harus ada jalan untuk menghubungkan modul.Koleksi jalan yang menghubungkan berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Desain struktur ini akan tergantung pada pertukaran yang harus dilakukan antara modul.

Angka 3,15 menunjukkan jenis pertukaran yang dibutuhkan oleh yang menunjukkan bentuk utama dari input dan output untuk setiap jenis modul struktur interkoneksi adalah kumpulan lintasan yang menghubungkan berbagai komponen-komponen seperti CPU, Memory dan I/O, yang saling berkomunikasi satu dengan lainnya.

1.     

                                                       1.  CPU

CPU membacainstruksi dan data, menulis data setelah diolah, dan menggunakan sinyal-sinyal kontrol untuk mengontrol operasi sistem secara keseluruhan. CPU juga menerima sinyal-sinyal interupt.

2.      Memory

Memory umumnya modul memory terdiri dari n word yang memiliki panjang yang sama. Masing-masing word diberi alamat numerik yang unik(0,1…,N-1). Sebuah word data dapat dibaca dari memory atau ditulis ke memori. Sifat operasinya ditandai oleh signal-signal control read dan write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.  

3.   3. Input dan Output (I/O)

I/O berfungsi sama dengan memory.Terdapat dua buah operasi, baca dan tulis. Selain itu, modul-modul I/O dapat mengontrol lebih dari 1 perangkat eksternal. Kita dapat mengaitkan interface ke perangkat eksternal sebagai sebuah port dan memberikan alamat yang unik (misalnya0,1,…,M-1) ke masing-masing port tersebut. Di samping itu, terdapat juga lintasan-lintasan data internal bagi input dan output data dengan suatu perangkat eksternal. Terakhir, modul I/O dapat mengirimkan sinyal-sinyal interupt ke CPU.

 

P    4. Prosesor

Prosesor membaca dalam instruksi dan data, menulis data setelah keluar pengolahan, dan menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan keseluruhan sistem operasi. Juga menerima sinyal interupt.

Dari  jenis  pertukaran  data  yang  diperlukan  modul-modul  komputer,  maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut :

a.         Memori ke CPU

CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

b.         CPU ke Memori

CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

c.         I/O ke CPU

CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O

d.        CPU ke I/O

CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.

e.         I/O ke Memori atau dari Memori ke I/O

Digunakan pada sistem DMA.

Saat initerjadi perkembangan struktur interkoneksi, namunyang banyak digunakan adalahsistem bus. Sistem bus ada yang digunakan yaitu sistem bus tunggal dan struktur sistem bus campuran, tergantung karakteristik sistemnya.

C.      Interkoneksi Bus

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebihkomponenkomputer.Karakteristikutama daribusyaitu sebagai media transmisi yang dapat digunakan bersamaoleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya.

Karena  digunakan  bersama,  diperlukan  pengaturan  agar  tidak  terjadi  tabrakan  data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan secara bersamaaan, dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

1.    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 menjadi tiga bagian, yaitu:

a.         Saluran Data

Saluran data (data bus) adalah lintasan yang digunakan sebagai perpindahan data antar modul. Secara umum lintasan ini disebut  bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32. Saluran ini bertujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data disebut lebar bus, dengan satuan bit, misal: lebar bus 16 bit.

b.         Saluran Alamat

Saluran alamat (addressbus) digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU. Juga digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul. Perlu diketahui, semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat. Misalnya mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

c.         Saluran Kontrol

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 dan sinyal-sinyal perintah. Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat, sedangkan sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi.

Secara umum saluran kontrol meliputi:

1)        Memory Write, memerintahkan data pada bus yang akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.

2)        Memory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

3)        I/O Write, memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O.

4)        I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada busdata.

5)        Transfer  ACK,  menunjukkan  data  telah  diterima  dari  bus  atau  data  telah ditempatkan pada bus.

6)        Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.

7)        Bus Grant,menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

8)        Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

9)        Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

10)    Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.

11)    Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

Secara fisik bus adalah konduktor listrik yang dihubungkan secara paralel yang berfungsi menghubungkan modul-modul. Konduktor ini biasanya 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, seperti slot PCI dan ISA. Sedangkan untuk chips akan terhubung melalui pinnya.

2.    Prinsip Operasi

Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut:

a.         Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

1)        Meminta penggunaan bus.

2)        Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

b.         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.

3.    Hierarki Mutiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja. Faktor-faktor:

a.         Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

b.         Antrian penggunaan bus semakin panjang.

c.         Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

4.    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, yaitu:

a.         Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula.

b.         Memerlukan transfer data berkecepatan rendah

Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi.

5.    Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi, yaitu:

a.         Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

b.         Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.

D.      Elemen-elemen Rancangan Bus

Rancangan suatu bus dapat dibedakan atau diklasifikasikan oleh elemen-elemen sebagai berikut:

1.    Jenis Bus

Jenis bus dapat dibedakan atas dua yaitu:

a.         Dedicated

Merupakan metode di mana setiap bus (saluran) secarapermanen diberi fungsi atau subset fisik komponen komputer. Sifat-sifatnya:

1)        Data Bus dan Address Bus memiliki jalur terpisah

2)        Rancangan lebih mahal

3)        Kecepatan transfer data lebih tinggi

b.         Time Multiplexed

Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai keperluan,sehingga menghemat ruang dan biaya. Sifat-sifatnya:

1)        Jalur Data dan Address dijadikan satu

2)        Rancangan lebih murah

3)        Kecepatan transfer data lebih lambat

2.    Metode Arbitrasi

Metode arbitrasi adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas dua yaitu:

a.         Tersentralisasi yaitu menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral

b.         Terdistribusi yaitu setiap bus memiliki accesscontrollogic.

3.    Timing

Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada sistem bus, dan dapat dibedakan atas:

a.         Synchronous yaitu terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock (pewaktu)

b.         Asynchronous yaitu terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantungpada event sebelumnya

4.    Lebar Bus

Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.Semakin besar bus alamat, akan semakinbanyak range lokasi yang dapat direfensikan.

5.    Jenis Transfer Data

Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah:

a.         Operasi Read

b.         Operasi Write

c.         Operasi Read Modify Write

d.        Operasi Read After Write

e.         Operasi Block

E.       Contoh-contoh Bus

Banyak perusahaan yang mengembangakan bus-bus antarmuka terutama untuk perangkat peripheral. Diantara jenis bus yang beredar di pasaran saat ini adalah PCI, ISA, USB, SCSI, Future Bus+, FireWire, dan lain-lain. Semua memiliki keunggulan, kelemahan, harga, dan teknologi yang berbeda sehingga akan mempengaruhi jenis-jenis penggunaannya.

1.         Bus ISA

Industri komputer 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.

2.         Bus PCI

Peripheral Component Interconect (PCI) adalah bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. Standar PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33MHz, laju transfer data 263 MB per detik atau 2,112 Gbps. Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi murah dengan keping yang sedikit.

PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi sepertiGraphic 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.

3.         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 merancang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah. Standar yang dihasilkan dinamakan Universal Standard Bus (USB).

4.         Bus SCSI

Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yang dipopulerkan oleh Macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, harddisk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar. SCSI menggunakan interface paralel dengan 8,16 atau 32 saluran data.

5.         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 sistem komputer, namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televisi. Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.

6.         Future Bus +

Future Bus + adalah standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh IEEE dan didasarkan atas:

a.         Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor dan teknologitertentu

b.        Memiliki protokol transfer asinkron dasar

c.         Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault tolerantdan memiliki reliabilitas yang tinggi

d.        Menawarkan dukungan langsung terhadap memori berbasiscache yang dapat digunakan bersama

e.         Memberikan definisi transportasi pesan yang kompetibel.