3 sistem bus

Sistem BusOrganisasi dan Arsitektur Komputer

Ari Sujarwo

04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 2

Key Points

An instruction cycle consists of an instruction fetch, followed by zero or more operand fetches, followed by zero or more operand stores, followed by an interrupt check (if interrupts are enabled).

The major computer system components (processor, main memory, I/O modules) need to be interconnected in order to exchange data and control signals. The most popular means of interconnection is the use of a shared system bus consisting of multiple lines. In contemporary systems, there typically is a hierarchy of buses to improve performance.

Key design elements for buses include arbitration (whether permission to send signals on bus lines is controlled centrally or in a distributed fashion); timing (whether signals on the bus are synchronized to a central clock or are sent asynchronously based on the most recent transmission); and width (number of address lines and number of data lines).

(William Stallings)

of System Bus


Sistem Komputer Komponen:

◦ Prosesor◦ Memori◦ Perangkat I/O

Sistem Bus berfungsi sebagai penghubung antar komponen.

Transfer data antar komponen komputer: ◦ Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan

dieksekusi CPU melalui perantara bus◦ Tampilnya hasil eksekusi program di monitor juga menggunakan sistem bus ◦ Kecepatan komponen penyusun komputer harus diimbangi kecepatan dan

manajemen bus yang baik


Struktur Interkoneksi Kompulan jalur/lintasan yang menghubungkan berbagai perangkat/komponen komputer

Desain struktur interkoneksi bergantung pada:◦ Jenis modul/komponen komputer◦ Jenis pertukaran data yang diperlukan oleh modul


Jenis Modul/Komponen Komputer

Memori: ◦ Memori umumnya terdiri atas sejumlah n word dengan panjang yang sama.

◦ Setiap 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. ◦ Modul I/O bekerja mirip seperti sebuah memori dengan operasi pembacaan dan

penulisan. ◦ Modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat peripheral. ◦ Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt.


Jenis Modul/Komponen Komputer

Data pada Prosesor:◦ Prosesor membaca instruksi dan data◦ Prosesor menuliskan hasil pemrosesan ke memori◦ Prosesor menggunakan sinyal untuk mengontrol aktivitasnya◦ Prosesor dapat menerima sinyal interupsi


Modul pada Komputer


Jenis Pertukaran Data Struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data seperti:

◦ 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 : Pertukaran data secara langsung Antara I/O dan Memori tanpa melalui ProsesorDisebut sebagai Direct Memory Access (DMA)


Interkoneksi 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


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


Pola Interkoneksi Bus


Saluran Data (Data Bus) Fungsi Data Bus:

◦ Lintasan bagi perpindahan data antar modul. ◦ Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word,

misalnya 8, 16, 32 saluran agar dapat 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)

Fungsi Address Bus:◦ Digunakan untuk mendefinisikan sumber dan tujuan data yang akan

mengalir melalui bus data. ◦ 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

Lebar Bus Alamat akan menentukan jumlah maksimal memori dalam sistem


Saluran Kontrol (Control Bus)

Fungsi 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 dengan menggunakan sinyal kontrol.

Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas:◦ Sinyal pewaktuan ◦ Sinyal–sinyal perintah


Sinyal Kontrol Memory Write: menuliskan data yang ada pada bus ke dalam lokasi alamat.

Momory Read: mengambil data dari lokasi alamat dan ditempatkan pada bus data.

I/O Write: mengirim data yang ada pada bus ke lokasi port I/O.

I/O Read: mengambil data dari port I/O dan ditempatkan pada bus data.

Transfer ACK: menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.

Bus Request: menunjukkan bahwa modul memerlukan hak untuk mengontrol 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


Prinsip Operasi Bus dalam Mengirim Data

1. Meminta penggunaan bus.

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


Prinsip Operasi Bus dalam Proses Meminta Data

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


Sistem Bus Secara Fisik Secara fisik, Bus dapat dilihat sebagai:

◦ Saluran elektrik yang ‘tergambar’ di permukaan Mainboard

◦ Tersusun paralel dan terbuat dari bahan yang dapat mengalirkan arus listrik

Sebuah system computer terkadang memerlukan penambahan perangkat.

Perangkat baru dapat dikoneksikan ke bus melalui slot dan konektor yang terdapat pada mainboard.


Hierarki Multiple Bus Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka dapat dimungkinkan terjadinya penurunan kinerja computer.

Faktor – faktor pernyebabnya:◦ Semakin banyak perangkat terkoneksi, maka panjang bus

semakin meningkat, sehingga menyebabkan meningkatnya delay. Delay adalah waktu yang diperlukan perangkat untuk mengontrol bus.

◦ Terjadi bottleneck di bus, disebabkan oleh permintaan transfer data yang mendekati kapasitas maksimalnya.

Sistem komputer menggunakan bus jamak (multiple) dan hierakhis seperti pada arsitektur bus tradisional dan arsitektur bus jamak berkinerja tinggi.


Arsitektur Bus Jamak Tradisional dan Berkinerja Tinggi

Pada bus jamak tradisional, prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.

Namun, pada arsitektur bus jamak 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/expansion bus.


Arsitektur Bus Jamak Tradisional


Arsitektur Bus Jamak Berkinerja Tinggi


Keuntungan Hierarki Bus Jamak Berkinerja Tinggi

Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.


Elemen Perancangan Bus

Parameter klasifikasi jenis bus:


Jenis Bus Dedicated bus

◦ Bus dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, misalnya data saja, atau alamat saja.

Multiplexed bus◦ Bus dilalukan informasi yang berbeda baik data, alamat

maupun sinyal kontrol dengan metode time multiplex.◦ Keuntungan adalah hanya memerlukan saluran sedikit

sehingga dapat menghemat tempat dan biaya.◦ Kerugiannya adalah kecepatan transfer data menurun dan

pengiriman yang menggunakan jalur yang sama tidak dapat dilakukan secara bersamaan.


Metode Arbitrasi Dikarenakan hanya satu perangkat dalam satu waktu yang dapat mengirimkan data melalui bus, maka dibutuhkan metode arbitrasi/pengaturan alokasi waktu

Bus controller/arbiter: perangkat yang bertanggung jawab dalam alokasi waktu penggunaan bus

Jenis metode arbitrasi:◦ Metode tersentral

diperlukan pengontrol bus sentral atau arbiter yang bertugas mengatur penggunaan bus oleh modul. Arbiter bisa suatu modul atau bagian fungsi CPU.

◦ Metode terdistribusisetiap modul memiliki logika pengontrol akses (access control logic) yang berfungsi mengatur pertukaran data melalui bus.


BUS dalam Sistem Komputer TerkiniFront Side Bus

Internal Bus

Memory Bus

High-speed Graphic Bus

PCI Bus

Low Pin Count Bus


Contoh High Bandwidth Bus

Bus yang digunakan untuk interkoneksi perangkat/peripheral komputer.

Memiliki performa bagus untuk: graphic display adapter, network interface controller, disk controller, dll

Standard PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 66 MHz, laju transfer data 528 MB per detik atau 4.224 Gbps.

Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistem Pentiumnya.

PCI didesain agar mampu mendukung berbagai jenis computer, baik berprosesor tunggal maupun jamak/multiprocessor.

Peripheral Component Interconnect (PCI)

PCI Express (PCIe)


Penggunaan PCI pada Sistem Berprosesor Tunggal


Penggunaan PCI pada Sistem Multiprosesor


PCI Express (PCIe) Total Data Rate (2 arah) PCI Express 1.1:

◦ x1: 500MB/s◦ x2: 1000MB/s◦ x16: 8GB/s

PCI Express 2.0 dan 2.1: dua kali kemampuan PCIe dalam mentransmit data setiap detiknya.

PCI Express 3.0: ◦ x16: 32GB/s


Peripheral Interface Sebagian perangkat peripheral tidak

efektif apabila dipasang pada bus berkecepatan tinggi semisal 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 Serial Bus (USB).

Universal Serial Bus (USB)

High Definition Multimedia Interface (HDMI)


Universal Serial BusKeunggulan:

◦ Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper pada Mainboard 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

Bandwidth:◦ USB 1: 12 Mbps, ◦ USB 2.0: 480 Mbps, ◦ USB 3.0: 4 Gbps◦ USB 3.1: 10 Gbps


The End

3 sistem bus

Documents

atas sejumlah n word

word diberi alamat numerik

modul io bekerja mirip

cpu melakukan pembacaan

mengirimkan sinyal interrupt