Chapter 2 - Bus Sistem.pdf
BUS SISTEM
Rinta Kridalukmana
Struktur Komputer
KOMPUTER
Central
Processing
Unit
Main Memory
System
Interconnection
I/O
2
Struktur Interkoneksi
° Adalah kumpulan lintasan yang menghubungkan komponen/
modul dasar komputer (CPU, memori, I/O)
° Harus mendukung jenis perpindahan :
• Memori ke CPU à read
• CPU ke memori à write
• I/O ke CPU à read dari I/O melalui modul I/O
• CPU ke I/O à kirim data ke perangkat I/O
• I/O ke/dari memori dengan direct memory access (DMA)
3
Interkoneksi Bus
° Bus yang menghubungkan komponen utama à bus
sistem
° Struktur interkoneksi biasanya didasarkan pada
penggunaan satu bus sistem atau lebih
° Bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi /
saluran yang dapat mentransmisikan signal dalam
bentuk biner
• Beberapa saluran dapat mentransmisikan digit
biner secara bersamaan
-
Contoh 8-bit data ditransmisikan melalui bus 8 saluran
• Namun bila 2 buah perangkat melakukan
transmisi dalam waktu bersamaan, maka signal
akan tumpang tindih & jadi rusak
4
Struktur Bus
° Sistem bus dapat terdiri dari 50 – 100 saluran yang
ditandai dengan arti & fungsi khusus
POLA INTERKONEKSI BUS
5
Struktur Bus
° Prinsipnya, fungsi tersebut dapat dikelompokkan
jadi 3 :
• Saluran data/bus data
-
Untuk perpindahan data antara 2 modul sistem
Biasanya terdiri dari 8, 16, 32 saluran yang dikaitkan
dengan lebar bus
• Saluran alamat
-
Untuk menandakan sumber/tujuan data pada bus data
Bila CPU baca data dari memori, CPU menaruh alamat
word pada saluran alamat
Digunakan juga untuk memberi alamat port-port I/O
• Saluran kontrol
-
Untuk mengontrol akses ke saluran alamat
Mengontrol penggunaan saluran data & alamat (karena
saluran digunakan secara bersama oleh tiap
komponen)
6
Kontrol pada sistem bus
° Untuk melakukan kontrol pada sistem bus
digunakan :
• Signal kontrol
-
Untuk transmisi perintah/info pewaktuan di antara
modul sistem
• Signal pewaktuan
-
Menunjukkan validitas data dan informasi alamat
• Signal perintah
-
Untuk menspesifikasi operasi yang akan dibentuk
7
Saluran Kontrol
° Meliputi :
• memory write : menyebabkan data pada bus
akan dituliskan ke dalam lokasi alamat
• memory read : menyebabkan data dari lokasi
alamat ditempatkan pada bus
• I/O write : menyebabkan data pada bus di-outputkan ke port I/O yang beralamat
• Transfer ACK : menunjukkan bahwa data telah
diterima dari bus atau telah ditempatkan di bus
• Bus request : menunjukkan bahwa modul
memerlukan kontrol bus
8
Saluran Kontrol
° Meliputi :
• Bus grant : menunjukkan bahwa modul yang
melakukan request telah diberi hak mengontrol
bus
• Interrupt request : menandakan bahwa sebuah
interrupt ditangguhkan
• Interrupt ACK : memberitahukan bahwa interrupt
yang ditangguhkan telah diketahui
• Clock : digunakan untuk mensinkronkan operasioperasi
• Reset : menginisialisasi seluruh modul
9
Operasi Bus
° Ada 2 operasi :
• Kirim data ke modul lain
-
Memperoleh penggunaan jalur bus
Memindahkan data melalui bus
• Meminta data ke modul lain
-
Memperoleh penggunaan bus
Memindahkan request ke modul lain melalui saluran
kontrol dan alamat yang sesuai
Modul menunggu modul kedua kirim data
10
Arsitektur Bus
° Permasalahan sistem bus :
• Semakin banyak perangkat terhubung ke bus,
maka :
-
Semakin besar delay propagasi
Kinerja menurun
Masalah kelajuan data
11
Permasalahan sistem bus
° Delay propagasi
• Delay ini menentukan waktu yang diperlukan perangkat
untuk mengkoordinasi penggunaan bus.
• Pada saat kontrol bus sering melintasi satu perangkat ke
perangkat lainnya, delay propagasi ini akan sangat
mempengaruhi kinerja
° Bus akan menjadi penyumbat dengan semakin besarnya
perpindahan data yang hampir mendekati kapasitas bus
• Sampai tingkat tertentu dapat diatasi dengan memperlebar
jalur bus (misal dari 32-bit ke 64 bit)
• Namun karena kelajuan data disebabkan oleh perangkatperangkat yang terhubung (misalnya, pengontrol grafis
dan video, interface jaringan) berkembang dengan cepat,
maka dalam perlombaan ini besar kemungkinan bus
tunggal akan menderita kekalahan
12
Arsitektur Bus Tradisional
• Terdapat bus lokal untuk
menghubungkan prosesor –
cache
• Struktur cache melindungi
prosesor dari keharusan
seringnya mengakses memori
utama à memori utama dpt
dipisah di lain bus
• Transfer I/O tidak
mengganggu aktifitas prosesor
• Bekerja cukup efisien
KELEMAHAN :
• Kinerja menurun dengan semakin meningkatnya kinerja perangkat I/O
• SOLUSI : dibuat bridge antara prosesor dg high-speed bus à arsitektur
mezzanine
13
Arsitektur Berkinerja Tinggi
• Terdapat cache yang
terintegrasi dengan bridge
• Mendukung LAN
berkecepatan tinggi
• Dirancang khusus mendukung
perangkat I/O berkapasitas
tinggi
• Perangkat kecepatan rendah
diakomodasi di expansion bus
14
Arsitektur Berkinerja Tinggi
KEUNTUNGAN :
• perangkat berkapasitas besar
menjadi lebih terintegrasi
dengan prosesor & tidak
tergantung dengan prosesor
• perbedaan definisi pada
prosesor dan bus berkecepatan
tinggi dan saluran signal dapat
ditolerir
• perubahan arsitektur pada
prosesor tidak mempengaruhi
bus berkecepatan tinggi
15
Modul-modul Komputer
16
17
Elemen Dasar Rancangan Bus
° Elemen Dasar dapat ditinjau dari :
• Jenis
• Metode Arbitrasi
• Timing
• Lebar Bus
• Jenis Transfer Data
18
Elemen Dasar Rancangan Bus - Jenis
° Ada 2 jenis bus :
• Dedicated
-
Penggunaan saluran diberi sebuah fungsi yang
permanen
• Multiplexed
-
Penggunaan saluran yang sama untuk berbagai
keperluan fungsi
19
Elemen Rancangan Bus – Metode Arbitrasi
° Ada 2 metode arbitrasi :
• Tersentralisasi
-
Terdapat pengontrol bus atau arbitrer untuk alokasi
waktu pada bus
• Terdistribusi
-
Tidak terdapat pengontrol, setiap modul terdiri dari
access control logic dan modul bekerja sama untuk
memakai bus bersama-sama
20
Elemen Rancangan Bus – Timing
° Ada 2 jenis timing :
• Synchronous
-
Terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah
pewaktu (clock).
• Asynchronous
-
Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan
tergantung pada event sebelumnya.
21
Elemen Rancangan Bus – Lebar Bus
° Dipengaruhi 2 jalur bus
• Address
-
Lebar bus alamat berpengaruh ke kapasitas sistem.
Semakin besar bus alamat, semakin besar range lokasi
yang dapat direferensikan
• Data
-
Lebar bus data berpengaruh ke kinerja sistem.
Semakin besar bus data, semakin besar bit yang dapat
ditransferkan pada suatu saat.
22
Elemen Rancangan Bus – Jenis Transfer Data
° Ada 5 jenis :
• Read
-
Slave menaruh data pada bus begitu slave mengetahui
alamatnya dan telah mengambil data
• Write
-
Slave menaruh data pada bus data begitu alamat telah
stabil, dan slave telah mempunyai kesempatan untuk
mengetahui alamatnya
• Read-Modify-Read
-
Sebuah operasi baca yang diikuti oleh operasi tulis ke
alamat yang sama
23
Elemen Rancangan Bus – Jenis Transfer Data
° Ada 5 jenis (cont) :
• Read-After-Read
-
Operasi yang tidak dapat dibagi-bagi yang berisi
operasi tulis yang diikuti oleh operasi baca dari alamat
yang sama.
Operasi baca dibentuk untuk tujuan pemeriksaan
• Block
-
Sebuah siklus alamat diikuti oleh n siklus data yang
disebut dengan block data
24
Contoh Bus : PCI
° Peripheral Component Interconnect (PCI)
° Bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai
bus mezzanine atau bus peripheral
° PCI memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan
tinggi seperti : video adaptor, NIC, disk controller, sound card,
dan lain-lain.
° Standard PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33 MHz,
laju transfer data 264 MB per detik atau 2,112 Gbps.
° Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi
murah dengan keping yang sedikit
° Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistem
pentiumnya.
° Untuk mempercepat penggunaan PCI, Intel mempatenkan PCI
bagi domain publik sehingga vendor dapat mengeluarkan
produk dengan PCI tanpa royalti
25
Konfigurasi Bus PCI
26
Expansion slots
Slot untuk menerima kartu perluasan (expansion)
•
•
•
•
ISA : Industry Standard Achitecture, a relatively low
speed interface primarily used for sound cards and
modems; runs at approx. 8MHz.
EISA : Extended ISA
PCI: Peripheral Component Interconnect, a high
speed interface for video cards, sound cards, network
interface cards, and modems; runs at 33MHz.
AGP: Accelerated Graphics Port, - a high speed
interface for video cards; runs at 1X (66MHz), 2X
(133MHz), or 4X (266MHz).
PC Card
•
•
PCMCIA: Personal Computer Memory Card
International Association, San Jose, CA, www.pccard.com. Sebuah lembaga standarisasi atau
asosiasi dagang yang mengeluarkan standard untuk
menghubungkan peripherals ke portable computer.
Jenis:
•
•
•
•
Type I : memory
Type II : network adapter
Type III : storage
Peralatan PC dapat menggunakan card ini dengan
PC Card.
Ports
Ports
•
Ports: standard penghubung antara komputer (mainboard)
dengan peralatan tambahan (peripheral) pada masa tahun 1980 2000. Tahun berikutnya, alat-alat tersebut menggunakan USB
dan jarang menggunakan port lagi.
•
Serial port: pertukaran data (communication) secara serial.
•
•
•
contoh: COM1, COM2
digunakan untuk: modem, mouse
Parallel port : pertukaran cara paralel.
•
•
LPT1, LPT2 (Line Printer Terminal)
digunakan untuk: printer
Ada arti lain untuk istilah PORT yang tidak ada hubungannya, misalnya:
1. port (lobang) untuk konektor kabel, dan
2. software/aplikasi yang cocok untuk platform tertentu.
Specialized ports
•
•
•
•
•
Universal Serial Bus (USB port)
FireWire (IEEE 1394 )
SCSI : Small Computer System Interface
MIDI : Musical instrument Digital Interface
Game port
USB
•
a
FireWire
•
•
•
•
•
A high-speed serial bus that allows for the connection of up
to 63 devices.
It is widely used for downloading video from digital
camcorders to the computer.
Also known as the IEEE 1394 standard,
400 Mbits/sec transfer rates
distance of 4.5 meters between devices.
Rinta Kridalukmana
Struktur Komputer
KOMPUTER
Central
Processing
Unit
Main Memory
System
Interconnection
I/O
2
Struktur Interkoneksi
° Adalah kumpulan lintasan yang menghubungkan komponen/
modul dasar komputer (CPU, memori, I/O)
° Harus mendukung jenis perpindahan :
• Memori ke CPU à read
• CPU ke memori à write
• I/O ke CPU à read dari I/O melalui modul I/O
• CPU ke I/O à kirim data ke perangkat I/O
• I/O ke/dari memori dengan direct memory access (DMA)
3
Interkoneksi Bus
° Bus yang menghubungkan komponen utama à bus
sistem
° Struktur interkoneksi biasanya didasarkan pada
penggunaan satu bus sistem atau lebih
° Bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi /
saluran yang dapat mentransmisikan signal dalam
bentuk biner
• Beberapa saluran dapat mentransmisikan digit
biner secara bersamaan
-
Contoh 8-bit data ditransmisikan melalui bus 8 saluran
• Namun bila 2 buah perangkat melakukan
transmisi dalam waktu bersamaan, maka signal
akan tumpang tindih & jadi rusak
4
Struktur Bus
° Sistem bus dapat terdiri dari 50 – 100 saluran yang
ditandai dengan arti & fungsi khusus
POLA INTERKONEKSI BUS
5
Struktur Bus
° Prinsipnya, fungsi tersebut dapat dikelompokkan
jadi 3 :
• Saluran data/bus data
-
Untuk perpindahan data antara 2 modul sistem
Biasanya terdiri dari 8, 16, 32 saluran yang dikaitkan
dengan lebar bus
• Saluran alamat
-
Untuk menandakan sumber/tujuan data pada bus data
Bila CPU baca data dari memori, CPU menaruh alamat
word pada saluran alamat
Digunakan juga untuk memberi alamat port-port I/O
• Saluran kontrol
-
Untuk mengontrol akses ke saluran alamat
Mengontrol penggunaan saluran data & alamat (karena
saluran digunakan secara bersama oleh tiap
komponen)
6
Kontrol pada sistem bus
° Untuk melakukan kontrol pada sistem bus
digunakan :
• Signal kontrol
-
Untuk transmisi perintah/info pewaktuan di antara
modul sistem
• Signal pewaktuan
-
Menunjukkan validitas data dan informasi alamat
• Signal perintah
-
Untuk menspesifikasi operasi yang akan dibentuk
7
Saluran Kontrol
° Meliputi :
• memory write : menyebabkan data pada bus
akan dituliskan ke dalam lokasi alamat
• memory read : menyebabkan data dari lokasi
alamat ditempatkan pada bus
• I/O write : menyebabkan data pada bus di-outputkan ke port I/O yang beralamat
• Transfer ACK : menunjukkan bahwa data telah
diterima dari bus atau telah ditempatkan di bus
• Bus request : menunjukkan bahwa modul
memerlukan kontrol bus
8
Saluran Kontrol
° Meliputi :
• Bus grant : menunjukkan bahwa modul yang
melakukan request telah diberi hak mengontrol
bus
• Interrupt request : menandakan bahwa sebuah
interrupt ditangguhkan
• Interrupt ACK : memberitahukan bahwa interrupt
yang ditangguhkan telah diketahui
• Clock : digunakan untuk mensinkronkan operasioperasi
• Reset : menginisialisasi seluruh modul
9
Operasi Bus
° Ada 2 operasi :
• Kirim data ke modul lain
-
Memperoleh penggunaan jalur bus
Memindahkan data melalui bus
• Meminta data ke modul lain
-
Memperoleh penggunaan bus
Memindahkan request ke modul lain melalui saluran
kontrol dan alamat yang sesuai
Modul menunggu modul kedua kirim data
10
Arsitektur Bus
° Permasalahan sistem bus :
• Semakin banyak perangkat terhubung ke bus,
maka :
-
Semakin besar delay propagasi
Kinerja menurun
Masalah kelajuan data
11
Permasalahan sistem bus
° Delay propagasi
• Delay ini menentukan waktu yang diperlukan perangkat
untuk mengkoordinasi penggunaan bus.
• Pada saat kontrol bus sering melintasi satu perangkat ke
perangkat lainnya, delay propagasi ini akan sangat
mempengaruhi kinerja
° Bus akan menjadi penyumbat dengan semakin besarnya
perpindahan data yang hampir mendekati kapasitas bus
• Sampai tingkat tertentu dapat diatasi dengan memperlebar
jalur bus (misal dari 32-bit ke 64 bit)
• Namun karena kelajuan data disebabkan oleh perangkatperangkat yang terhubung (misalnya, pengontrol grafis
dan video, interface jaringan) berkembang dengan cepat,
maka dalam perlombaan ini besar kemungkinan bus
tunggal akan menderita kekalahan
12
Arsitektur Bus Tradisional
• Terdapat bus lokal untuk
menghubungkan prosesor –
cache
• Struktur cache melindungi
prosesor dari keharusan
seringnya mengakses memori
utama à memori utama dpt
dipisah di lain bus
• Transfer I/O tidak
mengganggu aktifitas prosesor
• Bekerja cukup efisien
KELEMAHAN :
• Kinerja menurun dengan semakin meningkatnya kinerja perangkat I/O
• SOLUSI : dibuat bridge antara prosesor dg high-speed bus à arsitektur
mezzanine
13
Arsitektur Berkinerja Tinggi
• Terdapat cache yang
terintegrasi dengan bridge
• Mendukung LAN
berkecepatan tinggi
• Dirancang khusus mendukung
perangkat I/O berkapasitas
tinggi
• Perangkat kecepatan rendah
diakomodasi di expansion bus
14
Arsitektur Berkinerja Tinggi
KEUNTUNGAN :
• perangkat berkapasitas besar
menjadi lebih terintegrasi
dengan prosesor & tidak
tergantung dengan prosesor
• perbedaan definisi pada
prosesor dan bus berkecepatan
tinggi dan saluran signal dapat
ditolerir
• perubahan arsitektur pada
prosesor tidak mempengaruhi
bus berkecepatan tinggi
15
Modul-modul Komputer
16
17
Elemen Dasar Rancangan Bus
° Elemen Dasar dapat ditinjau dari :
• Jenis
• Metode Arbitrasi
• Timing
• Lebar Bus
• Jenis Transfer Data
18
Elemen Dasar Rancangan Bus - Jenis
° Ada 2 jenis bus :
• Dedicated
-
Penggunaan saluran diberi sebuah fungsi yang
permanen
• Multiplexed
-
Penggunaan saluran yang sama untuk berbagai
keperluan fungsi
19
Elemen Rancangan Bus – Metode Arbitrasi
° Ada 2 metode arbitrasi :
• Tersentralisasi
-
Terdapat pengontrol bus atau arbitrer untuk alokasi
waktu pada bus
• Terdistribusi
-
Tidak terdapat pengontrol, setiap modul terdiri dari
access control logic dan modul bekerja sama untuk
memakai bus bersama-sama
20
Elemen Rancangan Bus – Timing
° Ada 2 jenis timing :
• Synchronous
-
Terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah
pewaktu (clock).
• Asynchronous
-
Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan
tergantung pada event sebelumnya.
21
Elemen Rancangan Bus – Lebar Bus
° Dipengaruhi 2 jalur bus
• Address
-
Lebar bus alamat berpengaruh ke kapasitas sistem.
Semakin besar bus alamat, semakin besar range lokasi
yang dapat direferensikan
• Data
-
Lebar bus data berpengaruh ke kinerja sistem.
Semakin besar bus data, semakin besar bit yang dapat
ditransferkan pada suatu saat.
22
Elemen Rancangan Bus – Jenis Transfer Data
° Ada 5 jenis :
• Read
-
Slave menaruh data pada bus begitu slave mengetahui
alamatnya dan telah mengambil data
• Write
-
Slave menaruh data pada bus data begitu alamat telah
stabil, dan slave telah mempunyai kesempatan untuk
mengetahui alamatnya
• Read-Modify-Read
-
Sebuah operasi baca yang diikuti oleh operasi tulis ke
alamat yang sama
23
Elemen Rancangan Bus – Jenis Transfer Data
° Ada 5 jenis (cont) :
• Read-After-Read
-
Operasi yang tidak dapat dibagi-bagi yang berisi
operasi tulis yang diikuti oleh operasi baca dari alamat
yang sama.
Operasi baca dibentuk untuk tujuan pemeriksaan
• Block
-
Sebuah siklus alamat diikuti oleh n siklus data yang
disebut dengan block data
24
Contoh Bus : PCI
° Peripheral Component Interconnect (PCI)
° Bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai
bus mezzanine atau bus peripheral
° PCI memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan
tinggi seperti : video adaptor, NIC, disk controller, sound card,
dan lain-lain.
° Standard PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33 MHz,
laju transfer data 264 MB per detik atau 2,112 Gbps.
° Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi
murah dengan keping yang sedikit
° Intel mulai menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistem
pentiumnya.
° Untuk mempercepat penggunaan PCI, Intel mempatenkan PCI
bagi domain publik sehingga vendor dapat mengeluarkan
produk dengan PCI tanpa royalti
25
Konfigurasi Bus PCI
26
Expansion slots
Slot untuk menerima kartu perluasan (expansion)
•
•
•
•
ISA : Industry Standard Achitecture, a relatively low
speed interface primarily used for sound cards and
modems; runs at approx. 8MHz.
EISA : Extended ISA
PCI: Peripheral Component Interconnect, a high
speed interface for video cards, sound cards, network
interface cards, and modems; runs at 33MHz.
AGP: Accelerated Graphics Port, - a high speed
interface for video cards; runs at 1X (66MHz), 2X
(133MHz), or 4X (266MHz).
PC Card
•
•
PCMCIA: Personal Computer Memory Card
International Association, San Jose, CA, www.pccard.com. Sebuah lembaga standarisasi atau
asosiasi dagang yang mengeluarkan standard untuk
menghubungkan peripherals ke portable computer.
Jenis:
•
•
•
•
Type I : memory
Type II : network adapter
Type III : storage
Peralatan PC dapat menggunakan card ini dengan
PC Card.
Ports
Ports
•
Ports: standard penghubung antara komputer (mainboard)
dengan peralatan tambahan (peripheral) pada masa tahun 1980 2000. Tahun berikutnya, alat-alat tersebut menggunakan USB
dan jarang menggunakan port lagi.
•
Serial port: pertukaran data (communication) secara serial.
•
•
•
contoh: COM1, COM2
digunakan untuk: modem, mouse
Parallel port : pertukaran cara paralel.
•
•
LPT1, LPT2 (Line Printer Terminal)
digunakan untuk: printer
Ada arti lain untuk istilah PORT yang tidak ada hubungannya, misalnya:
1. port (lobang) untuk konektor kabel, dan
2. software/aplikasi yang cocok untuk platform tertentu.
Specialized ports
•
•
•
•
•
Universal Serial Bus (USB port)
FireWire (IEEE 1394 )
SCSI : Small Computer System Interface
MIDI : Musical instrument Digital Interface
Game port
USB
•
a
FireWire
•
•
•
•
•
A high-speed serial bus that allows for the connection of up
to 63 devices.
It is widely used for downloading video from digital
camcorders to the computer.
Also known as the IEEE 1394 standard,
400 Mbits/sec transfer rates
distance of 4.5 meters between devices.