Sistem Bus Organisasi dan Arsitektur Komputer Ari Sujarwo
Dec 27, 2015
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 4
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 5
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 6
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 7
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 9
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)
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 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 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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 11
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 13
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 14
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 15
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 16
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 17
Prinsip Operasi Bus dalam Mengirim Data
1. Meminta penggunaan bus.
2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 18
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 19
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 20
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 21
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 24
Keuntungan Hierarki Bus Jamak Berkinerja Tinggi
Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.
Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 25
Elemen Perancangan Bus
Parameter klasifikasi jenis bus:
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 26
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 27
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.
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 28
BUS dalam Sistem Komputer TerkiniFront Side Bus
Internal Bus
Memory Bus
High-speed Graphic Bus
PCI Bus
Low Pin Count Bus
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 29
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)
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 32
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
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 33
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)
04/19/2023 ORGANISASI DAN ARSITEKTUR KOMPUTER 34
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