Organisasi
Organisasi
&
&
Arsitektur
Arsitektur
Komputer
Komputer
Sistem
Sistem KomputerKomputer ((Top Level ViewTop Level View) &) & Interconnection Computer (
Interconnection Computer (SistemSistem Bus)Bus) Pertemuan
Struktur interkoneksi harus mendukung
jenis perpindahan berikut ini:
1. Memori ke CPU
CPU membaca sebuah instruksi atau satuan data dari memori
1. Memori ke CPU
CPU membaca sebuah instruksi atau satuan data dari memori
2. CPU ke Memori
CPU menuliskan sebuah satuan data ke memori
2. CPU ke Memori
3. I/O ke CPU
CPU membaca data dari perangkat I/O melalui sebuah modul I/O
3. I/O ke CPU
CPU membaca data dari perangkat I/O melalui sebuah modul I/O
4. CPU ke I/O
CPU mengirimkan data ke perangkat I/O
4. CPU ke I/O
CPU mengirimkan data ke perangkat I/O
5. I/O ke memori atau memori ke I/O
Pada kedua kasus ini sebuah modul I/O di izinkan untuk dapat bertukar data secara langsung tanpa
melalui CPU dengan menggunakan DMA (Direct Memory Acces)
5. I/O ke memori atau memori ke I/O
Pada kedua kasus ini sebuah modul I/O di izinkan untuk dapat bertukar data secara langsung tanpa
Program ?
• Adalah suatu deretan langkah-langkah
• Pada setiap langkah, dikerjakan suatu operasi
arithmetic
atau
logical
• Pada setiap operasi, diperlukan sejumlah sinyal
kendali tertentu (hasil konversi ke bahasa
Fungsi Control Unit
• Untuk setiap operasi disediakan kode yang unik
– Contoh: ADD, MOVE (assembly programming)
• Bagian
hardware
tertentu menerima kode
tersebut kemudian menghasilkan sinyal-sinyal
kendali
Komponen yang diperlukan
•
Control Unit
(CU) dan
Arithmetic and Logic Unit
(ALU) membentuk
Central Processing Unit
(CPU)
• Data dan instruksi harus diberikan ke sistem dan
dikeluarkan dari sistem
– Input/output
• Diperlukan tempat untuk menyimpan sementara
kode instruksi dan hasil operasi.
Register pada CPU
• MAR (Memory Address Register)
Menentukan alamat di dalam memori yang akan diakses untuk operasi Read/Write
• MBR (Memory Buffer Register)
Berisi data yang akan di tuliskan ke dalam memori atau menerima data yang di baca dari memori
• I/O AR (I/O Addres Register)
Menspesifikasikan perangkat I/O yang akan diakses
• I/O BR (I/O Buffer Register)
•
PC
(Program Counter)
Mencatat alamat memori dimana instruksi di dalamnya akan dieksekusi
• IR (Instruction Register)
Menampung instruksi yang akan dilaksanakan
• AC (Accumulator)
Modul I/O
• Memindahkan data dari perangkat eksternal ke
CPU dan sebaliknya
• Memory akan menyimpan data yang sedang
diproses kedalam
chace
• Kemudian memory akan meyimpan data secara
permanen kedalam memory eksternal
Fungsi Dasar Komputer ??
Siklus Instruksi
• Two steps:
Fetch Cycle
• Program Counter (PC) berisi address instruksi berikutnya yang akan diambil
• Processor mengambil instruksi dari memory pada lokasi yang ditunjuk oleh PC
• Naikkan PC
– Kecuali ada perintah tertentu
• Instruksi dimasukkan ke Instruction Register (IR)
Execute Cycle
1. Processor-memory
– Transfer data antara CPU dengan main memory
2. Processor I/O
– Transfer data antara CPU dengan I/O module
3. Data processing
– Operasi arithmetic dan logical pada data tertentu
4. Control
– Mengubah urutan operasi – Contoh: jump
Tahap 1
Program Counter
(PC)
berisi 300 alamat instruksi
pertama. Instruksi ini (nilai
1940 dalam hexadesimal)
akan dimuatkan ke dalam
Instruction Register (IR)
dan
PC ditambahkan nilainya.
Tahap 2
4 bit pertama (digit
hexadesimal pertama) di dalam IR menunjukkan
bahwa akumulator (AC) akan dimasukkan.
12 bit sisanya (digit tiga
Tahap 3
Instruksi yang
berikutnya (5941)
diambil dari lokasi 301
dan PC akan dinaikkan
nilainya dan instruksi
berikutnya akan
Tahap 4
Tahap 5
Tahap 6
Interrupt
Suatu mekanisme yang disediakan bagi modul-modul lain (mis. I/O) untuk dapat meng-interupsi operasi normal CPU
1. Program
• Misal: overflow, division by zero
2. Timer
• Dihasilkan oleh internal processor timer
• Digunakan dalam pre-emptive multi-tasking
3. I/O
• dari I/O controller
4. Hardware failure
Interrupt
disediakan terutama sebagai
cara untuk meningkatkan efesiensi
pengolahan, karena sebagian besar
perangkat
eksternal
jauh lebih lambat di
Siklus Interupsi
• Ditambahkan ke instruction cycle
• Processor memeriksa adanya interrupt
– Diberitahukan lewat interrupt signal
• Jika tidak ada interrupt, fetch next instruction • Jika ada interrupt:
– Tunda eksekusi dari program saat itu – Simpan context
– Set PC ke awal address dari routine interrupt handler
– Proses interrupt
Multiple Interrupts
• Disable interrupts
– Processor akan mengabaikan interrupt berikutnya – Interrupts tetap akan diperiksa setelah interrupt ynag
pertama selesai dilayani
– Interrupts ditangani dalam urutan sesuai datangnya • Define priorities
– Low priority interrupts dapat di interrupt oleh higher priority interrupts
Resume; CPU Connection & Eksekusi Instruksi??
• Membaca instruksi dan data
• Menuliskan data (setelah diproses)
Sistem Bus
• System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam
menjalankan tugasnya.
• Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini
digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang
• Sebuah komputer memiliki beberapa bus, agar dapat berjalan. Banyaknya bus yang terdapat dalam sistem,
tergantung dari arsitektur sistem komputer yang digunakan. Sebagai contoh, sebuah komputer PC dengan prosesor
umumnya Intel Pentium 4 memiliki bus prosesor (Front-Side Bus), bus AGP, bus PCI, bus USB, bus ISA (yang digunakan oleh keyboard dan mouse), dan bus-bus lainnya.
• Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang
memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP.
Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau
Dedicated & Multiflexed Bus
• Berdasar jenis busnya, bus dapat dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun
apabila bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus.
• Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan
saluran sedikit sehingga menghemat tempat tapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang
komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks.
Beberapa bus utama dalam sistem komputer modern
• Bus prosesor. Bus ini merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke cache atau memori utama ke chipset kontrolor memori. Bus ini juga terbagi atas beberapa
macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport Bus, dan beberapa bus lainnya. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz.
• Bus PCI (Peripherals Component Interconnect). Bus PCI tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus peripheral. Bus ini memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan
tinggi. Bus ini berjalan pada kecepatan 33 MHz dengan lebar lajur 32-bit. Bus ini ditemukan pada hampir semua komputer PC yang beredar, dari mulai prosesor Intel 486 karena
memang banyak kartu yang menggunakan bus ini, bahkan
hingga saat ini. Bus ini dikontrol oleh chipset pengatur memori (northbridge, Intel MCH) atau Southbridge (Intel ICH, atau
NVIDIA nForce).
• Bus PCI Express (Peripherals Component Interconnect Express) • Bus PCI-X (Peripherals Component Interconnect Express)
• Bus EISA (Extended Industry Standard Architecute) • Bus MCA (Micro Channel Architecture)
• Bus SCSI (Small Computer System Interface). Bus ini diperkenalkan oleh
Macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan antarmuka standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, harddisk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar
• Bus USB (Universal Serial Bus). Bus ini dikembangkan oleh tujuh vendor komputer, yaitu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom. Bus ini ditujukan bagi perangkat yang memiliki kecepatan
rendah seperti keyboard, mouse, dan printer karena tidak akan efisien jika perangkat yang berkecepatan rendah dipasang pada bus
berkecepatan tinggi seperti PCI. Keuntungan yang didapat dari bus USB antara lain : tidak harus memasang jumper, tidak harus membuka casing untuk memasang peralatan I/O, hanya satu jenis kabel yang digunakan, dapat mensuplai daya pada peralatan I/O, tidak diperlukan reboot.
• Bus 1394. Bus yang mempunyai nama FireWire memiliki kecepatan tinggi diatas SCSI dan PCI. Bus 1394 sangat cepat, murah, dan mudah untuk
diimplementasikan. Bus ini tidak hanya populer perangkat komputer
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
Data Bus
Bus Data
adalah lintasan bagi perpindahan data
antar modul. Jumlah saluran terkait dengan panjang
word, misalnya 8, 16, 32 saluran dengan tujuan agar
mentransfer word dalam sekali waktu, contoh bus
data terdiri dari atas 8 saluran sehingga dalam satu
waktu dapat mentransfer data 8 bit.
Address bus
• Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan
tujuan data pada bus data.
• Misalkan CPU perlu membaca instruksi (data) dari
memori pada lokasi tertentu
• Lebar jalur menentukan kapasitas memori
maksimum dari sistem
Control Bus
• Digunakan untuk mengotrol 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 control ini. Sinyal-sinyal
kontrol terdiri dari atas sinyal pewaktuan yang menandakan validitas data dan alamat, dan sinyal-sinyal perintah
berfungsi membentuk suatu operasi.
• Informasi kendali dan timing
– Sinyal read/write memory dan I/O – Interrupt request (IRQ)
Elemen Perancangan Elemen Bus
• Parameter dasar perancangan bus dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis – Dedicated
– Mulitiplexed • Metode arbitrasi
– Tersentralisasi – Terdistribusi • Timing
– Sinkron – Tak sinkron • Lebar bus
– Lebar address – Lebar data
• Jenis transfer data – read
– write
– read-modify-write
1. Bus Berdasarkan Jenis
• Dedicated
Penggunaan alamat terpisah dan jalur data. Keuntungannya adalah Throughtput yang tinggi, dan kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem
• Multiplexed
Penggunnaan saluran yang sama untuk berbagai keperluan. Keuntungannya adalah Memerlukan saluran yang sedikit
menghemat ruang dan biaya, kekurangannya yaitu
2. Metode Arbitrasi
Menugaskan sebuah perangkat, CPU atau I/O yang
bertindak sebagai master;
•
Tersentralisasi
Pengontrol bus atau arbitrer bertanggung jawab atas alokasi waktu pada Bus
•
Terdistribusi
3. Lebar Bus
a. Address
: Lebar bus alamat mempengaruhi
kapasitas. Semakin lebar bus alamat, semakin
besar
range
lokasi yang dapat.
b. Data
: Lebar bus data mempengaruhi kinerja
4. Timing
• Timing berkaitan dengan cara terjadinya event
yang dikoordinasikan pada Bus.
– Sinkron: Terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah clock
5. Jenis Transfer Data
•
Read
: Slave menaruh data pada bus data begitu
slave mengetahui alamat dan mengambil datanya.
•
Write
: Master menaruh data pada bus data saat
Bentuk Fisik
• Bagaimana bentuk fisik bus?
– Jalur-jalur parallel PCB (Motherboard)
– Ribbon cables
– Strip connectors pada mother boards
• contoh PCI
Bus ISA
• Industry Standar Architecture
• Bus PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz
• Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap
mempertahankan kompatibilitas dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.
• Pendekatan ini juga didasarkan pada sebuah bus yang telah dilisensikan secara bebas oleh IBM kepada banyak perusahaan dalam rangka untuk menjamin bahwa
Bus PCI
•
Peripheral Component Interconnection
• Dikeluarkan oleh Intel sebagai public domain
• 32 atau 64 bit
Jalur pada Bus PCI
• Jalur System
– clock and reset
• Address & Data
– 32 jalur multiplex address/data – Jalur validasi
• Interface Control • Arbitrasi
– Not shared
– Direct connection to PCI bus arbiter
Bus USB
• Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus berkecepatan tinggi 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.
Keuntungan USB
• Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper pada PCB 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
Pengkabelan USB
• Bandwidth total USB adalah 1,5 MB per detik. • Bandwidth itu sudah mencukupi peralatan I/O
berkecepatan 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.
Bus SCSI
• Small Computer System Interface (SCSI)
• Perangkat peripheral eksternal yang dipopulerkan oleh macintosh pada tahun 1984.
• SCSI merupakan interface standard untuk drive CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar.
• SCSI menggunakan interface paralel dengan 8, 16, atau 32 saluran data
• Perangkat SCSI memiliki dua buah konektor – Konektor input
– Konektor output.
• Seluruh perangkat berfungsi secara independen dan dapat saling bertukar data
Bus SCSI
• Beberapa macam versi SCSI.
– SCSI-1 dibuat tahun 1980 memiliki 8 saluran data, dan beroperasi pada kecepatan 5 MHz. Versi ini
memungkinkan sampai 7 perangkat dihubungkan secara daisy-chain.
– SCSI-2 diperkenalkan tahun 1992 dengan spesifikasi 16 atau 32 saluran data pada kecepatan 10 MHz.
Bus P1394 / Fire Wire
• Kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan
Semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai
1 GHz
– Perlu diimbangi dengan bus berkecepatan tinggi
Future Bus+
Syarat-syarat Future Bus
• Tidak tergantung pada arsitektur, processor dan teknologi tertentu
• Memiliki protokol transfer asinkron dasar dengan mengizinkan protokol tersinkronisasi pada sumber untuk kebutuhan
optional
• Tidak berdasarkan pada teknologi tercanggih
• Terdiri dari protokol-protokol paralel terdistribusi penuh dan arbitrasi yang mendukung baik protokol circuit switched
maupun protokol split transactions
• Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault-tolerant dan yang memiliki reliabilitas tinggi
• Future bus+ mendukung bus-bus data 32,64, 128,256 bit • Future bus+ mendukung baik model terdistribusi maupun
Kesimpulan
1. Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat I/O. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer
dalam menjalankan tugasnya.
2. Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancanagan struktur interkoneksi sangat bergantung pada jenis dan karakteristik
pertukaran datanya.
3. Secara umum fungsi saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran
Kesimpulan
4. Saat ini terdapat banyak implementasi sistem bus, tetapi 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) dan jenis transfer datanya(read, write, read-modify-write, read-alterwrite, block).
