INTERKONEKSI STRUKTUR DAN BUS

A.  Interkonesi Struktur

Komputer terdiri dari satu set komponen atau modul dari tiga tipe dasar (prosesor, 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. 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.

Jenis Data:

1.      Memory

Pada umumnya, memori terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing–masing 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.

2.      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

.

3.      Modul Input / Output

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.Dalam Pertukaran data yang diperlukan oleh modul-modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data tersebut, di antaranya :

·         Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun perintah yang berasal 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 system DMA.

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. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit.

Secara umum fungsi saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian :

1.      Saluran data (data bus) merupakan lintasan untuk perpindahan data antar modul. Lintasan ini juga biasa disebut bus data. Jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 atau 64 saluran. Tujuannya adalah dapat mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data dikatakan sebagai lebar bus dengan satuan bit.

2.      Saluran alamat (address bus) merupakan saluran alamat adalah menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data, mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU, dan sebagai saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul. Address bus biasanya terdiri atas 16, 20, 24, atau 32 jalur paralel.

3.       Saluran Kontrol (control bus) adalah Bagian saluran yang digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada. Control bubus terdiri atas 4 samapai 10 jalur paralel.

Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas :

·         Sinyal pewaktuan : menandakan validitas data dan alamat.

·         Sinyal–sinyal perintah : membentuk suatu operasi.

JENIS SALURAN CONTROL dan TUGASNYA :

- Memory Write berfungsi memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat

- Memory Read berfungsi Memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data

- I/O Write berfungsi Memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O

- I/O Read berfungsi Memerintahkan data dari port I/O untuk ditempatkan pada bus data

- Transfer ACK berfungsi Menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus

- Bus Request berfungsi Menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus

- Bus Grant berfungsi Menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus

- Interrupt Request berfungsi Menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul

- Interrupt ACK berfungsi Menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU

- Clock berfungsi Mengontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul

- Reset berfungsi Menginisialisasi seluruh modul

B.  Interkoneksi Bus

1.      PENGERTIAN BUS DAN SISTEM BUS

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus dan suatu sinyal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat ditermia oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikain, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transimi pada suatu saat tertentu.

Umumnya sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan sinyal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapat ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkan beberapa saluran dari sebuah bus, dapat digunakan mentransmisikan digit biner secra bersamaan (paralel). Misalnya sebuah satuan data 8 bit dapat ditransmisikan melalui bus delapan saluran.

Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sisterm komputer. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, input/output) disebut bus sistem. Struktur interkoneksi komputer yang umum didasarkan pada penggunaan satu bus sistem atau lebih.

2.      STRUKTUR BUS

Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan, fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu saluran data, saluran alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, terdapat pula saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul yang terhubung.

a.       Saluran Data

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran, jumlah saluran diakitakan denang lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Misalnya, bila bus data lebarnya 8 bit, dan setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklus instruksinya.

b.      Saluran Alamat

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul.

c.       Saluran Kontrol

Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah mespesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk.

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.

d.      ELEMEN-ELEMEN RANCANGAN BUS

1)      Jenis Bus

Saluran bus dapat dipisahkan menjadi dua tipe umum, yaitu dedicated dan multiplexed. Suatu saluran bus didicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau subset fisik komponen-komponen komputer.

Sebagai contoh dedikasi fungsi adalah penggunaan alamat dedicated terpisah dan saluran data, yang merupakan suatu hal yang umum bagi bus. Namun, hal ini bukanlah hal yang penting. Misalnya, alamat dan informasi data dapat ditransmisikan melalui sejumlah salurah yang sama dengan menggunakan saluran address valid control. Pada awal pemindahan data, alamat ditempatkan pada bus dan address valid control diaktifkan. Pada saat ini, setiap modul memilki periode waktu tertentu untuk menyalin alamat dan menentukan apakah alamat tersebut merupakan modul beralamat. Kemudian alamat dihapus dari bus dan koneksi bus yang sama digunakan untuk transfer data pembacaan atau penulisan berikutnya. Metode penggunaan saluran yang sama untuk berbagai keperluan ini dikenal sebagai time multiplexing.

Keuntungan time multiplexing adalah memerlukan saluran yang lebih sedikit, yang menghemat ruang dan biaya. Kerugiannya adalah diperlukannya rangkaian yang lebih kompleks di dalam setiap modul. Terdapat juga penurunan kinerja yang cukup besar karena event-event tertentu yang menggunakan saluran secara bersama-sama tidak dapat berfungsi secara paralel.

Dedikasi fisik berkaitan dengan penggunaan multiple bus, yang masing-masing bus itu terhubung dengan hanya sebuah subset modul. Contoh yang umum adalah penggunaan bus I/O untuk menginterkoneksi seluruh modul I/O, kemudian bus ini dihubungkan dengan bus utama melalui sejenis modul adapter I/O. keuntungan yang utama dari dedikasi fisik adalah throughput yang tinggi, harena hanya terjadi kemacetan lalu lintas data yang kecil. Kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem.

e.       METODE ARBITRASI

Di dalam semua sistem keculai sistem yang paling sederhana, lebih dari satu modul diperlukan untuk mengontrol bus. Misalnya, sebuah modul I/O mungkin diperlukan untuk membaca atau menulis secara langsung ke memori, dengan tanpa mengirimkan data ke CPU. Karena pada satu saat hanya sebuah unit yang akan berhasil mentransmisikan data melalui bus, maka diperlukan beberapa metodi arbitrasi. Bermacam-macam metode secara garis besarnya dapat digolongkan sebagi metode tersentraslisasi dan metode terdistribusi. Pada metode tersentralisasi, sebuah perangkat hardware, yang dikenal sebagai pengontrol bus atau arbitrer, bertanggung jawab atas alokasi waktu pada bus. Mungkin perangkat berbentuk modul atau bagian CPU yang terpisah. Pada metode terdistribusi, tidak terdapat pengontrol sentral. Melainkan, setiap modul terdiri dari access control logic dan modul-modul bekerja sama untuk memakai bus bersama-sama. Pada kedua metode arbitrasi, tujuannya adalah untuk menugaskan sebuah perangkat, baik CPU atau modul I/O, bertindak sebagai master. Kemudian master dapat memulai transfer data (misalnya, membaca atau menulis) dengan menggunakan perangkat-perangkat lainnya, yang bekerja sebagai slave bagi pertukaran data yang khusus ini.

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.

f.       PRINSIP OPERASI BUS

Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut :

1)      Operasi pengiriman data ke modul lainnya : 
- Meminta penggunaan bus.
- Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

2)      Operasi meminta data dari modul lainnya : 
- Meminta penggunaan bus.
- Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.
- Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

3)      Hierarki Multiple Bus 
- Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja.

4)      Faktor – faktor : 
- Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
- Antrian penggunaan bus semakin panjang.
- Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

5)      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

C.  SIKLUS EKSEKUSI PROGRAM 
1.      Rancangan arsitektur Von Neuman didasarkan pada 3 konsep :
- Data dan instruksi-instruksi disimpan di memori baca-tulis tunggal
- Memori dapat dialamati dengan lokasi, tidak tergantung pada jenis data yang berada didalamnya.
- Eksekusi terjadi dengan cara sekuensial dari instruksi yang satu ke instruksi berikutnya. 
2.      Proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari 2 langkah :
-  Instruksi baca (fetch) CPU dari memori
- CPU mengeksekusi setiap instruksi 

3.      Eksekusi program terdiri dari :
- Proses pengulangan fetch
- Eksekusi instruksi

Eksekusi sebuah instruksi terdiri dari sejumlah langkah, pada tahap ini pengolahan instruksi dibagi 2 tahap : Fetch dan Eksekusi

Siklus Eksekusi Program

Cara kerja CPU ialah ketika data serta atau instruksi dimasukkan ke processing devices, pertama sekali diletakkan di MAA(melalui Input-storage), yakni apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit diProgram-storage, namun apabila berbentuk data ditampung diWorking-storage. Jika register siap untuk menerima pengerjaan eksekusi, maka Control Unit akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat memori yang berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter. Sedangkan data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung di General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register).

Jika berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah aritmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung pada akumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di akumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil kembali hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan kepada output-devices.

Siklus Instruksi terdiri atas siklus fetch dan siklus eksekusi:

Siklus Fetch:

·         Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.

·         Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut dengan Program Counter (PC).

·         PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

·         Instruksi-instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).

·         Instruksi-instruksi ini dalam bentuk kode-kode biner yang dapat di interprestasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

Siklus Eksekusi

·         Instruction Address Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasikan atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

·         Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau mengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.

·         Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

·         Operator Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.

·         Operand Fetch (OF), mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

·         Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.

·         Operand Store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.

Aksi CPU

·         CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

·         CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

·         Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

·         Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.

Fungsi Interupsi

·         Mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi.

·         Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

Tujuan Interupsi

·         Secara umum untuk manajemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.

·         Setiap komponen computer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing-masing modul berbeda.

·         Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul

Kelas Sinyal Interupsi:

·         Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya : aritmatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal.

·         Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan perwaktuan dalam processor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.

·         I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.

·         Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Proses Interupsi

·         Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain.

·         Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya, maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.

·         Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandle routine interupsi.

·         Setelah program interupsi selesai, maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya.

·         Saat sinyal interupsi diterima prosesor kemungkinan ada dua tindakan yaitu diterima/ditolak dan interupsi ditolak.

Siklus Eksekusi Program

Gambar diatas memperlihatkan contoh siklus eksekusi sebuah instruksi yang terdiri dari 6 tahap, yaitu :

1. Karena PC (Program Counter) berisi angka 300, maka instruksi yang akan diambil adalah instruksi yang terletak di memori alamat 300, yaitu instruksi dengan kode 1940. Instruksi tersebut diambil dari memori kemudian disimpan di register instruksi (Instruction Register).

2. Misalkan kode 1940 merupakan instruksi dengan kode operasi (Operation Code, opcode) 1, diikuti dengan 940 yang merupakan alamat operand. Opcode 1 berarti instruksi untuk mengcopy data dari alamat operand (dalam hal ini 940) ke akumulator. Maka data yang terletak di alamat 940 dicopy ke accumulator untuk diproses dalam siklus eksekusi ini.

3. Setelah itu isi PC ditambah satu (incremented) sehingga isinya menjadi 301. Artinya, instruksi berikutnya yang harus diambil dari memori dan dieksekusi terletak di memori alamat 301, yaitu instruksi dengan kode 5941. Instruksi tersebut mengandung opcode 5 dan alamat operand 941.

4. Karena 5 berarti penjumlahan antara isi akumulator dengan isi memori yang alamatnya diberikan di sebelah angka 5, maka isi akumulator dijumlahkan dengan isi memori alamat 941. Kemudian hasil penjumlahannya dikembalikan ke akumulator.

5. Setelah PC ditambah satu, maka isinya menjadi 302, sehingga instruksi berikutnya yang diambil dari memori adalah 2941, yaitu opcode 2 dan operand.

6. Arti 2941 adalah perintah untuk mengcopy isi akumulator ke memori alamat 941.

Sumber :

-          http://nhunhea.blogspot.co.id/2013/05/struktur-interkoneksi.html

-          http://nurriest69.blogspot.co.id/2012/10/sistem-interkoneksi-komputer.html

-          http://wahyu97-blog.blogspot.co.id/2014/11/penjelasan-tentang-struktur-dan.html

-          http://a114308201005201.blogspot.co.id/2011/11/siklus-eksekusi-program.html

-          http://infoteknik-informatika.blogspot.co.id/2014/10/siklus-eksekusi-program.html

-          https://risyana.wordpress.com/2009/04/15/tugas-arsitektur-komputer-1-interkoneksi-bus/

Browse More Articles

Tweet

Written by Unknown

We are Creative Blogger Theme Wavers which provides user friendly, effective and easy to use themes. Each support has free and providing HD support screen casting.