A. Interkoneksi Struktur
Komputer terdiri dari satu set komponen atau modul dari tiga tipe dasar (CPU, memori, I/O) yang berkomunikasi satu sama lain. Pada dasarnya, komputer adalah jaringan
modul bacis. Sehingga harus ada jalan untuk menghubungkan modul.
Koleksi jalan yang menghubungkan berbagai modul disebut struktur
interkoneksi. Struktur interkoneksi merupakan kumpulan lintasan atau saluran berbagai
modul seperti CPU, memori dan I/O. Struktur interkoneksi tergantung pada jenis
data dan karakteristik pertukaran data.
1. 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.
CPU membaca instruksi dan data,
menulis data setelah diolah, dan menggunakan signal-signal kontrol untuk
mengontrol operasi sistem secara keseluruhan. CPU juga menerima signal-signal
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. 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 (misalnya,0,1,…,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.
4. PROCESSOR
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 :
- 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 ke I/O
Digunakan pada sistem DMA.
B. Interkoneksi Bus
Interkoneksi yang banyak digunakan sampai saat ini
adalah system bus. Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua
atau lebih komponen komputer. Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa
saluran. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus, dan suatu signal yang
ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat diterima oleh salah satu
perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi
dalam waktu yang bersama, maka signal-signalnya akan bertumpang tindih dan
menjadi rusak. Dengan demikian hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil
melakukan transmisi pada suatu saat tertentu.
Umumnya, sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan
komunikasi, atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan signal
yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digital biner dapat
ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkannya, beberapa
saluran dari sebuah bus dapat digunakan mentransmisikan digit biner secara
bersamaan ( secara paralel ). Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran
sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit.
Struktur bus
Biasanya, sebuah bus terdiri dari 50 hingga 100
saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi
khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan, Secara umum
fungsi saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian :
i.
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.
ii.
Saluran alamat
Saluran alamat (address bus) 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.
iii.
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 :
- Memory Write, memerintahkan data pada bus yang akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.
- Memory 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 modul.
Secara fisik bus adalah konduktor listrik yang dihubngkan
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.
Prinsip Operasi
Prinsip
operasi bus adalah sebagai berikut :
1. Operasi pengiriman data ke modul lainnya :
a.
Meminta penggunaan bus.
b.
Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke
modul yang dituju.
2. Operasi meminta data dari modul lainnya :
a.
Meminta penggunaan bus.
b.
Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat
yang sesuai.
c.
Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.
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.
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 :
- 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
Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi
Keuntungan
hierarki bus jamak kinerja tinggi, yaitu :
- Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.
- Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus
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
I. 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.
II. 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
III. 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
IV. Lebar Bus
Semakin lebar
bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.
V. 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
VI. 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.
VII. 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.
C. Contoh Eksekusi Program
penjelasan contoh eksekusi program diatas.
Dari contoh eksekusi diatas siklus instruksi dengan langkah langkah berikut:
Mengambil (fetch) instruksi ADD, Membaca isi lokasi memori A ke dalam prosesor, Membaca isi lokasi memori B ke dalam prosesor, agar isi A tidak hilang prosesor harus memiliki sedikitnya dua buah register untuk menyimpan nilai-nilai memori dibanding akumulator tunggal, Menambahkan kedua nilai-nilainya, Menuliskan hasilnya dari prosesor ke lokasi memori A.
Jadi, siklus eksekusi untuk instruksi tertentu boleh melibatkan lebih dari satu referensi ke memori, juga suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.
Untuk lebih jelasnya sebagai beriktu :
- control unit mengambil data 1940 di main memory dengan alamat 300 di taruh di cpu register dengan dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300
- kemudian control unit mengambil data 0003 di main memory dengan alamat940 di taruh di accumulator dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300.
- control unit mengambil data 5941 di main memory dengan alamat 301 dan di replace di cpu register dgn pc counter berisikan alamat instruksi 301.
- di accumulator data 0003 di tambah dengan data 0002 di alamat 941 sehingga jumlah data menjadi 0005 di accumulator dgn pc counter beralamatkan instruksi 301.
- kemudian data 2941 di main memory dgn alamat 302 oleh control unit akan di kirim ke cpu register pc counter berisikan alamat instruksi 302.
- kemudian dari accumulator oleh control unit data 0005 di bawa ke main memory ke alamat 941 data di replace yang tadinya 0002 menjadi 0005 dengan pc counter alamat instruksi 302.
Bagian-bagian yang ada dalam gambar tersebut adalah:
- Program Counter (PC)
Program Counter adalah prosessor yang didalmnya terdapat alamat instruksi yang sedang dieksekusi pada waktu itu. Program counter juga menyimpan register yang menunjuk ke instruksi berikutnya yang harus diambil dan dijalankan.
- Instruction Register (IR)
Instruction Register merupakan tempat untuk menampung instruksi yang akan dieksekusi.
- Accumulator (AC)
- Accumulator secara sederhana merupakan register penyimpanan sementara operand dan hasil operasi ALU. Namun, memiliki fungsinya yang lebih spesifik adalah:
SUMBER
- tempat penympanan sementara hasil suatu operasi aritmatika atau logika.
- tempat memasukkan nomor layanan interupsi, untuk keperluan pemesanan sebuah layanan interupsi.
- tempat menyimpan bilangan yang dikalikan dan setengah bagian terkecil dari suatu perkalian.
- tempat menyimpan setengah bagian terkecil sebuah bilangan yang akan dibagi dan hasil bagi suatu pembagian.
buku William
Stallings ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER edisi Bahasa Indonesia Jilid 1
