Tugas 2 Interkoneksi Struktur & Bus Beserta Contoh Eksekusi Program

A. INTERKONEKSI STRUKTUR

Pada dasarnya, komputer adalah jaringan modul basic. 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.

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.

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.

 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.

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.

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

a. Memori ke CPU = CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.
b. CPU ke Memori = CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.
c. I/O ke CPU = CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.
d. CPU ke I/O = CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.
e. 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.

B. INTERKONEKSI BUS

Bus  merupakan  lintasan  komunikasi  yang  menghubungkan  dua  atau  lebih  komponen  komputer. Karakteristik utama dari bus yaitu sebagai media  transmisi  yang  dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya. Karena  digunakan  bersama,  diperlukan  pengaturan  agar  tidak  terjadi  tabrakan  data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan scara bersamaaan, dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

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 menjadi tiga bagian, yaitu :

• Saluran  data

Saluran data (data bus) adalah lintasan yang digunakan sebagai perpindahan data antar modul. Secara umum lintasan ini disebut  bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32. Saluran ini bertujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data disebut lebar bus, dengan satuan bit, misal : lebar bus 16 bit.

• Saluran  alamat

Saluran alamat (address bus) digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU. Juga digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU  mengakses suatu modul. Perlu diketahui, semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat. Misalnya mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

• Saluran  kontrol

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. Sinyal–sinyal kontrol terdiri atas sinyal pewaktuan dan sinyal–sinyal perintah. Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat, sedangkan sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi.

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.

Control yg umum diperlukan kepada system komputer : ⇒ Memory Write ( →) ⇒ Memory Read ( →) ⇒ I/O Write ( →) ⇒ I/O Read ( → ) ⇒ Transfer ACK ( → ) ⇒ Bus Request ( ← ) ⇒ Bus Grant ( → ) ⇒ Interrupt Request ( ← ) ⇒ Interrupt ACK ( → ) ⇒ Reset ( ←) ⇒ Clock 

Terhadap system komunikasi antara processor dgn peralatan I/O berjalan perkuran sinyal sebelum transfer data dilakukan, fenomena ini dinamakan yang merupakan teknik Handshaking. 

Sample proses Handshaking merupakan antara sinyal Interrupt Request & Interrupt ACK.

Elemen-Elemen Rancangan Bus

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

1. Jenis bus

2. Metode Arbitrasi

3. Timing

4. Lebar Bus

5. Jenis Transfer Data

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.

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

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

Lebar Bus

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

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

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 :

1. Meminta penggunaan bus.
2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

• Operasi meminta data dari modul lainnya :

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.

Hierarki 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 :

• Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.
• Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus

C. EKSEKUSI PROGRAM

Eksekusi program adalah fungsi dasara komputer yg prosesnya dengan cara mengambil pengolah instruksi dgn langkah : instruksi baca cpu dari memori dan cpu mengeksekusi setiap instruksi

Contoh Eksekusi Program

Langkah-langkah dalam gambar tersebut adalah:

Langkah 1

Dengan mengunakan MAR dan MBR data 1940 pada alamat 300 dalam memory dipindahkan ke dalam IR untuk di eksekusi, setelah proses eksekusi didapat 1 adalah peritah untuk mengakses data pada alamat memory 940.

Langkah 2

Melaksanakan Eksekusi di dalam IR , data pada alamat memory 940 diambil dan dipindahkan kedalam AR, setelah eksekusi siklus intruksi berlanjut seiring dengan naiknya PC menjadi 301 yaitu alamat berikutnya pada memory yang akan diambil perintahya

Langkah 3

proses siklus Instruksi berlanjut ke tahap pengambilan intruksi, sesuai dengan yang ditunjukan oleh Register PC (Program Counter), data 5941 pada memory dengan alamat 301 dipindahkan ke IR untuk Eksekusi

Langkah 4

IR membaca data instruksi dan mendapati data 5941 dengan 5 sebagai perintah untuk menjumlahkan data pada AR dengan data pada alamat memory 941. Data pada alamat memory 941 adalah 0002 + data pada AR 0003 = 0005, setelah eksekusi selesai PC menaikan nilai data menjadi 302.

Langkah 5 

Siklus Instruksi berlanjut ke mekanisme pengambilan perintah, sesuia dengan PC data 2941 pada alamat memory 302 di ambil dan di pindahkan ke IR.

Langkah 6 

IR membaca data Istruksi dan mendapati data 2941, dengan 2 untuk memindahkan data pada AR ke alamat memory 941, kemudian data pada AC dipindahkan ke alamat memory 941. 

Bagian-bagian yang ada dalam gambar tersebut adalah:

Program Counter (PC)

Program Counter adalah prosessor yang didalmnya terdapat alamat instruksi yang sedang dieksekusi pada waktu itu. Program counter juga menyimpan register yang menunjuk ke instruksi berikutnya yang harus diambil dan dijalankan.

Instruction Register (IR)

Instruction Register merupakan tempat untuk menampung instruksi yang akan dieksekusi.

Accumulator (AC) 

Accumulator secara sederhana merupakan register penyimpanan sementara operand dan hasil operasi ALU. Namun, memiliki fungsinya yang lebih spesifik adalah: 

tempat penyimpanan sementara hasil suatu operasi aritmatika atau logika.

tempat memasukkan nomor layanan interupsi, untuk keperluan pemesanan sebuah layanan interupsi.

tempat menyimpan bilangan yang dikalikan dan setengah bagian terkecil dari suatu perkalian.

tempat menyimpan setengah bagian terkecil sebuah bilangan yang akan dibagi dan hasil bagi suatu pembagian.

Siklus Eksekusi Program

Rancangan arsitektur Von Neuman didasarkan pada 3 konsep :

1. Data dan instruksi-instruksi disimpan di memori baca-tulis tunggal

2. Memori dapat dialamati dengan lokasi, tidak tergantung pada jenis data yang berada didalamnya.

3. Eksekusi terjadi dengan cara sekuensial dari instruksi yang satu ke instruksi berikutnya.

Fungsi dasar komputer adalah eksekusi program.

CPU melakukan tugas ini dengan cara eksekusi suatu program.

Proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari 2 langkah :

1. Instruksi baca (fetch) CPU dari memori

2. CPU mengeksekusi setiap instruksi

Eksekusi program terdiri dari :

1. Proses pengulangan fetch

2. Eksekusi instruksi

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

1. Fetch

2. Eksekusi

Sumber Referensi :

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

http://rizalpamungkassmkmuda.blogspot.co.id/2014/08/bab-3-struktur-dan-interkoneksi-bus_11.html

http://ruangbelajarbareng.blogspot.co.id/2012/09/contoh-eksekusi-program.html

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