Bus-Bus Sistem

Organisasi Komputer

11/24/2009 2

Tujuan

Menjelaskan struktur antar hubunganMenjelaskan bus antar hubungan

Menjelaskan elemen dari desain bus Menjelaskan PCI, SCSI, Fire wire dan USB

11/24/2009 3

Sistem Bus

Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalammenjalankan 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

11/24/2009 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 Pertimbangan–pertimbangan perancangan bus

11/24/2009 5

Struktur Interkoneksi Kumpulan lintasan atau saluran berbagai

modul (CPU,Memori,I/O) Struktur interkoneksi bergantung pada :

Jenis data Karakteristik pertukaran data

11/24/2009 6

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). Worddapat 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 memoridengan operasi pembacaan dan enulisan. Modul I/O dapat mengontrol lebih darisebuah perangkat peripheral. Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyalinterrupt.

CPU : CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan

routine–routine program yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruhsistem komputer sehingga sebagai konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruhmodul yang menjadi bagian sistem komputer.

11/24/2009 7

Modul – modul komputer

11/24/2009 8

Struktur interkoneksi

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul–modulkomputer, maka struktur interkoneksi harus mendukungperpindahan 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

11/24/2009 9

Perkembangan Struktur Intekoneksi

Sampai saat ini terjadi perkembanganstruktur interkoneksi, namun yang banyakdigunakan saat ini adalah sistem bus.

Sistem bus Digunakan secara tunggal Digunakan secara jamak,Hal ini Tergantung karakteristik sistemnya

11/24/2009 10

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 bersamaoleh 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

11/24/2009 11

Interkoneksi - 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 dikatagorikandalam tiga bagian : Saluran data Saluran alamat Saluran kontrol

11/24/2009 12

Pola interkoneksi bus

11/24/2009 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

11/24/2009 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 suatumodul.

Semua peralatan yang terhubung dengan sistemkomputer, agar dapat diakses harus memilikialamat. Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus

memiliki alamat hardware-nya

11/24/2009 15

Saluran kontrol (control bus)

Digunakan untuk mengontrol bus data, busalamat dan seluruh modul yang ada.

Karena bus data dan bus alamat digunakan olehsemua komponen maka diperlukan suatumekanisme kerja yang dikontrol melalui buskontrol ini.

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

11/24/2009 16

Sinyal Saluran kontrol Sinyal pewaktuan menandakan validitas

data dan alamat Sinyal perintah berfungsi membentuk

suatu operasi

11/24/2009 17

Saluran kontrol Memory Write,

memerintahkan data pada bus 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 ditempatkanpada bus.

Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.

11/24/2009 18

Saluran kontrol Bus Grant,

menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrolbus.

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

11/24/2009 19

Sinyal kontrol secara fisik

Konduktor listrik paralel yang menghubungkanmodul – modul.

Konduktor adalah saluran utama pada PCBmotherboard dengan layout tertentu sehinggadidapat fleksibilitas penggunaan.

Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yangmudah dipasang dan dilepas Slot PCI Slot ISA.

Untuk chips akan terhubung melalui pinnya

11/24/2009 20

Prinsip operasi busOperasi pengiriman data ke modul

1. Meminta penggunaan bus.2. Apabila telah disetujui, modul akan

memindahkan data yang diinginkan kemodul yang dituju

11/24/2009 21

Prinsip operasi busOperasi meminta data dari modul lainnya

1. Meminta penggunaan bus.2. Mengirim request ke modul yang dituju

melalui saluran kontrol dan alamat yangsesuai.

3. Menunggu modul yang ditujumengirimkan data yang diinginkan

11/24/2009 22

Hierarki Multiple Bus Bila terlalu banyak modul atau perangkat

dihubungkan pada bus maka akan terjadipenurunan kinerja

Faktor – faktor : Semakin besar delay propagasi untuk

mengkoordinasikan penggunaan bus. Antrian penggunaan bus semakin panjang. Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga

memperlambat data.

Antisipasi dan solusi penggunaan bus jamak yanghierarkis.

11/24/2009 23

Hierarki Multiple Bus Modul-modul diklasifikasikan berdasarkan

kebutuhan terhadap lebar dan kecepatanbus.

Biasanya terdiri dari bus lokal, bus sistemdan bus ekspansi.

11/24/2009 24

Arsitektur bus jamak tradisional

11/24/2009 25

Arsitektur bus jamak Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada

bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modultersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.

Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/Odiklasifikasikan menjadi dua, Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggidisambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula,

Modul yang tidak memerlukan transfer data cepatdisambungkan pada bus ekspansi

11/24/2009 26

Arsitektur bus jamak kinerja tinggi

11/24/2009 27

Arsitektur bus jamak kinerja tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerjatinggi Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi

dengan prosesor. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak

begitu mempengaruhi kinerja bus

11/24/2009 28

Elemen Perancangan Bus 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) jenis transfer datanya(read, write, read-modify-write, read-

alter-write, block).

Tujuan perancangan bus adalah bagaimana bus dapatcepat menghantarkan data dan efisiensinya tinggi. Intinyakarakteristik pertukaran data dan modul yang terkait

11/24/2009 29

Jenis Bus Bus yang khusus menyalurkan data tertentu,misalnya

paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebutdedicated bus.

Bus menyalurkan informasi yang berbeda baik data, alamatmaupun sinyal kontrol dengan metode multipleks data,jenis ini disebut multiplexed bus. Keuntungan mulitiplexed bus adalah hanya memerlukan

saluran sedikit sehingga dapat menghemat tempat. Kerugiannya adalah kecepatan transfer data menurun dan

diperlukanmekanisme yang komplek untuk mengurai datayang telah dimulitipleks.

11/24/2009 30

Metode Arbitrasi Pada metode tersentral diperlukan pengontrol bus sentral

atau arbiter yang bertugas mengatur penggunaan bus olehmodul. Arbiter bisa suatu modul atau bagian fungsi CPU.

Dalam metode terdistribusi, setiap modul memiliki logikapengontrol akses (access control logic) yang berfungsimengatur pertukaran data melalui bus.

Kedua metode arbitrasi intinya menugaskan suatuperangkat bisa modul I/O ataupun CPU bertindak sebagaimaster kontrol pertukaran.

11/24/2009 31

Timing 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 perangkatmodul pada bus dapat membaca atau pengetahui siklusclock. Biasanya satu siklus untuk satu event. Model inimudah diimplementasikan dan cepat namun kurangfleksibel menangani peralatan yang beda kecepatanoperasinya. Biasanya digunakan untuk modul–modultertentu yang sudah jelas karakteristiknya.

11/24/2009 32

Contoh pewaktuan sinkron

11/24/2009 33

Pewaktuan sinkron Dalam pewaktuan asinkron memungkinkan kerja

modul yang tidak serempak kecepatannya.Dalam pewaktuan asinkron, event yang terjadipada bus tergantung event sebelumnya sehinggadiperlukan sinyal – sinyal validasi untukmengidentifikasi data yang ditransfer. Sistem inimampu menggabungkan kerja modul – modulyang berbeda kecepatan maupun teknologinya,asalkan aturan transfernya sama.

11/24/2009 34

Contoh Pewaktuan Asinkron

11/24/2009 35

Lebar Bus Lebar bus sangat mempengaruhi kinerja

sistem komputer. Semakin lebar bus maka semakin besar

data yang dapat ditransfer sekali waktu. Semakin besar bus alamat, akan semakin

banyak range lokasi yang dapatdirefensikan.

11/24/2009 36

Jenis Transfer Data Dalam sistem komputer, operasi transfer data

adalah pertukaran data antar modul sebagaitindak lanjut atau pendukung operasi yangsedang dilakukan.

Saat operasi baca (read), terjadi pengambilandata dari memori ke CPU, begitu juga sebaliknyapada operasi penulisan maupunoperasi – operasikombinasi. Bus harus mampu menyediakanlayanan saluran bagi semua operasi komputer.

11/24/2009 37

Contoh Bus Bus ISA Bus PCI Bus USB Bus SCSI Bus P1394/Fire Wire

11/24/2009 38

Bus ISA Ketika IBM memperkenalkan PC/AT yang berbasiskan CPU 80286, perusahaan ini

menghadapi masalah besar. Jika IBM telah memulai sejak awal dan merancangsebuah bus 16 bit yang seluruhnya baru, banyak konsumen potensial akan bergegasmembeli mesin tersebut karena tidak ada satupun dari begitu banyak papan plug-inPC yang disediakan oleh para vendor pihak ketiga dapat bekerja denganmenggunakan mesin baru tersebut.

Di sisi lain, dengan tetap berpegang pada bus PC dan 20 jalur alamatnya serta 8jalur data tidak akan memperoleh manfaat dari keunggulan CPU 80286 untukmengalamatkan 16 M memori dan mentransfer word 16 bit.

Solusi yang dipilih adalah mengembangkan PC. Kartu-kartu plug-in PC memilikisebuah konektor sisi dengan 62 kontak, tetapi operasi konektor sisi ini tidakmenjangkau seluruh papan ini.Solusi PC/AT adalah menempatkan sebuah konektor sisi kedua pada bagian dasarpapan tersebut, dekat dengan konektor sisi utama, dan merancang sirkuit AT untukberoperasi dengan kedua jenis papan ini.

Konektor kedua pada bus PC/AT memiliki 36 jalur. Dari ke-36 jalur ini, 31 disediakanuntuk jalur-jalur alamat tambahan, jalur-jalur data tambahan, jalur-jalur interupsitambahan, serta untuk daya dan ground. Sisanya digunakan untuk mengatasiperbedaan-perbedaan antara transfer 8 bit dan 16 bit.

11/24/2009 39

Bus ISA Industri komputer personal lainnya merespon perkembangan ini

dengan mengadopsi standarnya sendiri, bus ISA (IndustryStandar Architecture), yang pada dasarnya adalah bus 88 PC/ATyang beroperasi pada 8,33 MHz.

Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetapmempertahankan kompatibilitas dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada. Pendekatan ini juga didasarkan pada sebuah busyang telah dilisensikan secara bebas oleh IBM kepada banyakperusahaan dalam rangka untuk menjamin bahwa sebanyakmungkin pihak ketiga dapat memproduksi kartu-kartu untuk PCpertama, sesuatu yang kembali menghantui IBM. Setiap PC yangberbasiskan Intel masih menggunakan bus jenis ini, meskipunbiasanya juga disertai dengan satu atau lebih bus lain.

11/24/2009 40

Bus PCI Peripheral Component Interconnect (PCI) adalah bus yang tidak

tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus mezzanine ataubus peripheral.

PCI memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan tinggiseperti : video adaptor, NIC, disk controller, sound card, dan lain-lain.

Standard PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33 MHz, lajutransfer data 264 MB per detik atau 2,112 Gbps.

Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi murahdengan keping yang sedikit.

Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistempentiumnya. Untuk mempercepat penggunaan PCI, Intelmempatenkan PCI bagi domain publik sehingga vendor dapatmengeluarkan produk dengan PCI tanpa royalti.

11/24/2009 41

Bus PCI Beberapa Saluran signal yang diharuskan bagi

PCI Address & Data Pins Interface Control Pins Arbitration Pins Error Reporting Pins Spesifikasi PCI dalam bentuk lain Interrupt Pins Chache Suupport Pins 64-bit Bus Extension Pins JTAG / Boundary Scan Pins

11/24/2009 42

Bus USB Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila

dipasang pada bus berkecepatan tinggi PCI,sedangkan banyak peralatan yang memilikikecepatan rendah seperti keyboard, mouse, danprinter.

Sebagai solusinya tujuh vendor komputer(Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, danNorthern Telecom) bersama-sama merancangbus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.

Standard yang dihasilkan dinamakan UniversalStandard Bus (USB).

11/24/2009 43

Bus USB Keuntungan yang didapatkan dan tujuan dari penerapan

USB adalah sebagai berikut :1. Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper pada PCB

atau peralatan.2. Pemakai tidak harus membuka casing untuk memasang

peralatan I/O baru.3. Hanya satu jenis kabel yang diperlukan sebagai penghubung.4. Dapat mensuplai daya pada peralatan-peralatan I/O.5. Memudahkan pemasangan peralatan-peralatan yang hanya

sementara dipasang padakomputer.6. Tidak diperlukan reboot pada pemasangan peralatan baru

dengan USB.7. Murah

11/24/2009 44

Bus USB Bandwidth total USB adalah 1,5 MB per detik.

Bandwidth itu sudah mencukupi peralatan I/Oberkecepatan 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 sebuahbilangan nol sebagai transisi tegangan dansebuah bilangan satu bila tidak ada transmisitegangan.

11/24/2009 45

Bus SCSI Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat

peripheral eksternal yang dipopulerkan oleh macintosh padatahun 1984.

SCSI merupakan interface standard untuk drive CD-ROM,peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternalberukuran besar.

SCSI menggunakan interface paralel dengan 8, 16, atau 32saluran data.

Konfigurasi SCSI umumnya berkaitan dengan bus, walaupun padakenyataannya perangkat-perangkat tersebut dihubungkan secaradaisy-chain.

Perangkat SCSI memiliki dua buah konektor, yaitu konektor inputdan konektor output. Seluruh perangkat berfungsi secaraindependen dan dapat saling bertukar data misalnya hard diskdapat mem-back up diri ke tape drive tanpa melibatkan prosesor.

11/24/2009 46

Macam Versi Bus SCSI SCSI-1 dibuat tahun 1980 memiliki 8 saluran

data,dan beroperasi pada kecepatan 5 MHz. Versiini memungkinkan sampai 7 perangkatdihubungkan secara daisy-chain.

SCSI-2 diperkenalkan tahun 1992 denganspesifikasi 16 atau 32 saluran datapadakecepatan 10 MHz.

SCSI-3 yang mendukung kecepatan yang lebihtinggi sampai saat ini masih dalam tahappenelitian.

11/24/2009 47

Bus P1394/Fire Wire Semakin pesatnya kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi

dan semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai 1GHz, maka perlu diimbangi dengan bus berkecapatan tinggijuga. Bus 90 SCSI dan PCI tidak dapat mencukupikebutuhan saat ini. Sehingga dikembangkan busperformance tinggi yang dikenal dengan Fire Wire (P1394standard IEEE).

P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interfaceI/O lainnya, yaitu sangat cepat, murah, dan mudah untukdiimplementasikan.

Pada kenyataanya P1394 tidak hanya populer pada sistemkomputer, namun juga pada peralatan elektronik sepertipada kamera digital, VCR, dan televisi. Kelebihan lainadalah penggunaan transmisi serial sehingga tidakmemerlukan banyak kabel.

11/24/2009 48

FutureBus+ Definisi standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh

IEEE 8 Persyaratan Dasar Rancangan Bus (dari komite Futurebus +) :

1. Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor, dan teknologi tertentu2. Memiliki protocol transfer asinkron dasar3. Mengizinkan protocol tersinkronisasi pada sumber untuk kebutuhan

opsional.4. Tidak berdasarkan pada teknologi canggih.5. Terdiri dari protocol-protokol parallel terdistribusi penuh6. Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault-tolerant dan

yang memiliki reliabilitas tinggi7. Menawarkan dukungan langusung terhadap memori berbrasis cache

yang dapat digunakan bersama8. Memberikan definisi transportasi pesan yang kompatibel.

11/24/2009 49

Perbedaan PCI dengan FutureBus+ PCI ditujukan bagi implementasi murah yang

membutuhkan bidang fisik secara minimal. Futurebus+ dimaksudkan untuk memberikan

fleksibilitas yang tinggi dan fungsionalitas yangluas untuk memnuhi kebutuhan berbagai sistemyang berkinerja tinggi.

Mereplace sistem bus 1979 1987 1994