INTERKONEKSI STRUKTUR & INTERKONEKSI BUS

Interkoneksi struktur

Struktur Interkoneksi adalah sekumpulan jalur konduktor yang menghubungkan modul-modul sistem komputer.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 basis. Sehingga harus ada jalan untuk menghubungkan modul. 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.

      1.      CPU

CPU membaca instruksi dan data, menulis data setelah diolah, dan menggunakan signal-signal kontrol untuk mengontrol operasi sistem secara keseluruhan. CPU juga menerima signal-signal interupt.

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).

            2.      MEMORY

Memory umumnya modul memory terdiri dari n word yang memiliki panjang yang sama. Masing-masing word diberi alamat numerik yang unik(0,1…,N-1). Sebuah word data dapat dibaca dari memory atau ditulis ke memori. Sifat operasinya ditandai oleh signal-signal control read dan write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.

* Berfungsi untuk menyimpan data dan program

* Biasanya volatile, tidak dapat mempertahankan data dan program yang disimpan bila sumber daya   

   energi (listrik) dihentikan.

* Konsep program tersimpan (stored program concept), yaitu program (kumpulan instruksi) yang 

   disimpan di suatu tempat (memori) dimana kemudian instruksi tersebut dieksekusi.

* Setiap kali pemroses melakukan eksekusi, pemroses harus membaca instruksi dari memori utama. 

* Agar eksekusi dilakukan secara cepat maka harus diusahakan instruksi tersedia di memori pada 

   lapisan berkecepatan akses lebih tinggi. Kecepatan eksekusi ini akan meningkatkan kinerja sistem.

Hirarki memori berdasarkan kecepatan akses : 

 1. Register (tercepat)

          2. Cache memory ; Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal 
               dibanding memori utama. Cache memory adalah diantara memori utama dan register, sehingga
               pemroses tidak langsung mengacu memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan
               aksesnya lebih tinggi.

            3. Main memory

            4. Disk cache (buffering) ; Bagian memori utama untuk menampung data yang akan ditransfer
                dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder. Buffering dapat mengurangi
                frekuensi pengaksesan dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder
                sehingga meningkatkan kinerja sistem.

           5. Magnetic disk

           6. Magnetic tape, optical disk (paling lambat)

            3.      I/O

I/O berfungsi sama dengan memory.Terdapat dua buah operasi, baca dan tulis. Selain itu, modul-modul i/O dapat mengontrol lebih dari 1 perangkat eksternal. Kita dapat mengaitkan interface ke perangkat eksternal sebagai sebuah port dan memberikan alamat yang unik (misalnya,0,1,…,M-1) ke masing-masing port tersebut. Di samping itu, terdapat juga lintasan-lintasan data internal bagi input dan output data dengan suatu perangkat eksternal. Terakhir, modul i/O dapat mengirimkan sinyal-sinyal interupt ke cpu.

* i/o sendiri adalah perangkat nyata yang dikendalikan chip controller di board sistem atau card.

* Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen lainnya melalui bus.

* Controller mempunyai register-register untuk pengendaliannya yang berisi status kendali.

* Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses sehingga perangkat 

         lunak device driver dapat menulis ke register-registernya sehingga dapat mengendalikannya.

      * Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan perangkat fisik 

         mekanis

      * Perangkat I/O juga memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternal.

 Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) dengan beragam perangkat, seperti :

1. Perangkat penyimpan sekunder

2. Perangkat komunikasi

3. Terminal

 

            4.      PROCESSOR

Prosesor membaca dalam instruksi dan data, menulis data setelah keluar pengolahan, dan menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan keseluruhan sistem operasi. Juga menerima sinyal interupt. Processor tidak dapat bekerja sendiri namun membutuhkan dukungan maupun terus berhubungan dengan komponen lain terutama hardisk dan RAM. Dalam memroses sebuah data dapat dilakukan dengan waktu  proses cepat atau lambar tergantung kecepatan processor tersebut.

Dari  jenis  pertukaran  data  yang  diperlukan  modul  –  modul  komputer,  maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut :

1. Memori ke CPU

    CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

      2. CPU ke Memori

    CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

3. I/O ke CPU

    CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.

4. CPU ke I/O

    CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.

5. I/O ke Memori atau dari Memori ke I/O

    digunakan pada sistem DMA.

Saat  ini   terjadi perkembangan  struktur  interkoneksi,  namun  yang  banyak digunakan adalah  sistem  bus.  Sistem  bus  ada  yang  digunakan  yaitu sistem bus tunggal dan struktur sistem bus campuran, tergantung karakteristik sistemnya.

Interkoneksi Bus

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah 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.

System bus atau bus system adalah bus yang digunakan oleh sistem komputer agar dapat berjalan. 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.

            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.

Karakteristik bus adalah :
  .      Jumlah interupsi menentukan banyak perangkat independen yang melakukan I/O.
  .      Ukuran bus data eksternal berakibat pada kecepatan operasional I/O.
  .      Ukuran bus alamat menentukan banyak memori yang ditunjukkan board ekspansi.
  .      Kecepatan clock maksimum yang dapat diakomodasikan bus berakibat pada kinerja interkoneksi antar 

              komponen.

. 

--> Elemen-Elemen Rancangan Bus

Rancangan suatu bus dapat dibedakan atau diklasifikasikan oleh elemen-elemen sebagai berikut :

1. Jenis bus

Jenis bus dapat dibedakan atas : 

    1. Dedicated
    Merupakan metode di mana setiap bus ( saluran ) secara permanen diberi fungsi atau subset fisik   komponen komputer.   

     2. Time Multiplexed
     Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai keperluan,sehingga menghemat ruang dan biaya.

            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.

2. Metode Arbitrasi

    Metode arbitrasi adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas :
      1. Tersentralisasi : menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral
      2. Terdistribusi : setiap bus memiliki access control logic

          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.

3. Timing

Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada bus system, dan dapat dibedakan atas :
1. Synchronous
    Terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock ( pewaktu )
2. Asynchronous
    Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung
     pada event sebelumnya.

 
4. Lebar Bus

Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.

 
5. Jenis Transfer Data

Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah :
1. Operasi Read
2. Operasi Write
3. Operasi Read Modify Write
4. Operasi Read After Write
5. Operasi Block

--> PCI

                  PCI adalah singkatan dari Peripheral Component Interconnect dan merupakan bus yang tidak tergantung pada prosesor, berbandwith tinggi serta dapat berfungsi sebagai mezzanine atau bus peripheral.
PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi , seperti : graphic display adapter, network interface controller, dan disc controller

            PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasiskan mikroprosesor, baik sistem mikroprosesor tunggal ataupun sistem mikroprosesor jamak. Karena itu PCI memanfaatkan timing synchronous dan pola arbitrasi tersentralisasi untuk memberikan sejumlah fungsi.

--> Future Bus +
 

 Future Bus + adalah standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh IEEE dan didasarkan atas:
1. Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor dan teknologi
     tertentu
2. Memiliki protokol transfer asinkron dasar
3. Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault tolerant
    dan memiliki reliabilitas yang tinggi
4. Menawarkan dukungan langsung terhadap memori berbasis
    cache yang dapat digunakan bersama
5. Memberikan definisi transportasi pesan yang kompetibel

--> 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, yaitu :

• Saluran data
• Saluran alamat
• Saluran kontrol

Gambar 2. Pola Interkoneksi

--> Saluran Data 

         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

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 suatu modul.
• Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

Saluran kontrol (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.

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.

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.

     --> Prinsip Operasi  

               Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut :

·                     * Operasi pengiriman data ke modul lainnya : 

          * Meminta penggunaan bus. 

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

              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.

 

       --> Hirarki Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja.

Faktor – faktor : 

Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

 Antrian penggunaan bus semakin panjang. 

Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.   

      --> Arsitektur Bus Jamak 

        Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi. 
Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/O diklasifikasikan menjadi dua, yaitu : 

 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

      --> Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi, yaitu : 

1. Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor. 

2. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus

                      

    

                       Eksekusi Program

     Eksekusi instruksi meliputi langkah-langkah berikut : 

  a)   Penentuan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi

  b)   Pengambilan instruksi dari lokasi yang ditunjuk tersebut, kemudian meletakkannya di register instruksi    (Instruction Register) yang terletak berdampingan dengan Control Unit. 

  c)   Penterjemahan (decode) instruksi untuk mengetahui operasi apa yang harus dilakukan.

  d)   Kalkulasi alamat operand (data yang akan dilibatkan dalam operasi), kemudian ambil operand tersebut.

  e)    Melakukan operasi tertentu terhadap operand tersebut.

  f)    Simpan hasilnya pada salah satu lokasi data, register atau memori.

  g)   Pengecekan terhadap keberadaan interupsi. Jika ada, maka eksekusi instruksi berikutnya ditunda dan operasi instruksi interupsi dimulai.

Gambar 2.3 memperlihatkan siklus instruksi yang secara garis besar terdiri dari tahap pengambilan (fetch cycle) dan tahap eksekusi (execution cycle). Sedangkan Gambar 2.4 berisi diagram keadaan (state diagram ) yang merupakan rincian siklus eksekusi instruksi.


               
                                            Gambar 2.3. Siklus Instruksi

Gambar 2.4. Diagram Keadaan untuk Langkah Instruksi

Gambar 2.5 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 d engan 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 941. 

          

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

                     

Gambar 2.5. Contoh Eksekusi Program

Daftar Puastaka :
http://nhunhea.blogspot.co.id/2013/05/struktur-interkoneksi.html
http://muhammadwafi12.blogspot.co.id/2014/10/sistem-komputer-dan-eksekusi-instruksi.html
http://infoteknik-informatika.blogspot.co.id/2014/10/siklus-eksekusi-program.html
http://rizalpamungkassmkmuda.blogspot.co.id/2014/08/bab-3-struktur-dan-interkoneksi-bus_11.html
https://asepsuryana157.wordpress.com/2014/08/26/struktur-dan-interkoneksi-bus/
http://twobexmisbach.blogspot.com/2010/04/sistem-interkoneksi-atau-struktur.html
http://sherlygita02.blogspot.co.id/2010/11/tugas-makalah-bus-sistem.html