AOK

PENGERTIAN ARSITEKTUR & ORGANISASI KOMPUTER

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer. Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya).

Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing–masing bagian akan lebih difokuskan terutama, mengenai bagaimana CPU akan bekerja, dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll).

Beberapa contoh dari arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, blue Gene, dll.

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja, dan target biayanya

Arsitektur Komputer : mempelajari atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan eksekusi logis sebuah program.Arsitektur Komputer lebih cenderung kepada atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer.

Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturnya.

Organisasi Komputer : mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen-komponen sister komputer.

Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal-sinyal kontrol

Kalau kita pisahkan arti 2 kata dari Organisasi Komputer dan Arsitektur Komputer.

Organisasi merupakan manajemen beberapa kumpulan sesuatu yang terikat dengan aturan yang ada padanya. Komputer merupakan kesatuan beberapa alat sehingga dapat bekerja.

Sedangkan Arsitektur berarti membuat, merancang atau mendesain.

Jadi kalau disimpulkan;

 Organisasi Komputer merupakan “apa saja” yang menyebabkan komputer dapat berjalan sedangkan Arsitektur Komputer adalah “bagaimana” komputer dapat berjalan, yang hal ini dipikirkan oleh seorang programmer.

Perbedaan Utama

Organisasi Komputer

Bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional

Contoh:

Ø  teknologi hardware,

Ø  perangkat antarmuka,

Ø  teknologi memori,

Ø  sistem memori,

Ø  dan sinyal–sinyal kontrol

Arsitektur Komputer

atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer

Contoh:

Ø  set instruksi,

Ø  aritmetika yang digunakan,

Ø  teknik pengalamatan,

Ø  mekanisme I/O

Struktur Komputer

Komputer adalah sebuah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar. Interaksi  dengan  dunia  luar  dilakukan  melalui  perangkat  peripheral  dan  saluran  komunikasi.

Central  Processing  Unit  (CPU),  berfungsi  sebagai pengontrol  operasi  komputer  dan pusat  pengolahan  fungsi  –  fungsi  komputer. CPU  cukup  disebut  sebagai processor (prosesor) saja. 

Memori Utama, berfungsi sebagai penyimpan data. 

I/O, berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya. 

System  Interconnection,  merupakan  sistem  yang  menghubungkan  CPU,  memori  utama dan I/O.

Komponen yang paling menarik namun paling kompleks adalah CPU. Struktur CPU terlihat

pada gambar slide sebelumnya, dengan struktur utamanya adalah : 

1.       Control Unit, berfungsi untuk mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.

2.       Arithmetic  And  Logic  Unit  (ALU),  berfungsi  untuk  membentuk  fungsi  –  fungsi pengolahan data komputer. 

3.       Register, berfungsi sebagai penyimpan internal bagi CPU. 

4.       CPU Interconnection, berfungsi menghubungkan seluruh bagian dari CPU

Fungsi Komputer

1.       Fungsi  dasar  sistem  komputer  adalah  sederhana seperti  terlihat  pada  gambar  pada slide berikutnya.

2.       Pada prinsipnya terdapat empat buah fungsi operasi, yaitu : 

3.       Fungsi Operasi Pengolahan Data 

4.       Fungsi Operasi Penyimpanan Data 

5.       Fungsi Operasi Pemindahan Data 

6.       Fungsi Operasi Kontrol

Komputer  harus  dapat  memproses  data.  Representasi  data  di  sini  bermacam–macam, akan tetapi nantinya data harus disesuaikan dengan mesin pemrosesnya.

Dalam pengolahan data, komputer  memerlukan  unit  penyimpanan  sehingga  diperlukan  suatu  mekanisme  penyimpanan data.

Walaupun  hasil  komputer  digunakan  saat  itu,  setidaknya  komputer  memerlukan  media penyimpanan  untuk  data  prosesnya.

Dalam  interaksi  dengan  dunia  luar sebagai  fungsi pemindahan  data  diperlukan  antarmuka  (interface),  proses  ini  dilakukan  oleh  unit  Input/Output (I/O) dan perangkatnya disebut peripheral.

Saat interaksi dengan perpindahan data yang jauh atau dari  remote  device,  komputer  melakukan  proses komunikasi data.

}  Gambar pada slide berikutnya mengilustrasikan operasi–operasi  komputer.

}  Gambar (a) adalah operasi pemindahan  data,

}  Gambar (b) adalah operasi penyimpanan data,

}  Gambar (c) dan Gambar (d) adalah operasi pengolahan data.

STRUKTUR CPU

KOMPONEN UTAMA CPU

ž  Arithmetic and Logic Unit (ALU)

bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer

ž  Control Unit

bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya

ž  Registers

adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data

ž  CPU Interconnections

adalah sistem koneksi

FUNGSI CPU

Fungsi CPU adalah penjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah

ž  Operasi pembacaan instruksi (fetch) dan

ž  Operasi pelaksanaan instruksi (execute)

Siklus Fetch – Eksekusi

ž  CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori

ž  Program Counter merupakan register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya

ž  Program Counter akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi

ž  Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi

ž  Instruksi –instruksi dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

Aksi-aksinya :

ž  CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

ž  CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

ž  Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

ž  Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.

Siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori

Instruction Addess Calculation (IAC),

ž  yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

ž  Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya.

ž  Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya

ž  Instruction Fetch (IF),

ž  yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU

ž  Instruction Operation Decoding (IOD),

ž  yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan

ž  Operand Address Calculation (OAC),

ž  yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori

ž  Operand Fetch (OF),

ž  adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

ž  Data Operation (DO),

ž  yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.

ž  Operand store (OS),

ž  yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.

ž  Fungsi Interrupt

ž  Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU

ž  Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori.

ž  Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda sehingga dengan adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul

Macam – macam kelas sinyal interupsi :

ž  Program,

yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program.

Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.

ž  Timer,

adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkansistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.

Macam – macam kelas sinyal interupsi :

ž  I/O,

sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.

ž  Hardware failure,

adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi  instruksi – instruksi lain.

Saat suatu modul telah selesai menjalankan  tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.

Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi.

Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.

Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ ditangguhkan dan interupsi ditolak

Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan hal – hal dibawah ini :

ž  Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan.

ž  Prosesor menyetel program counter ke alamat awal routine interrupt handler.

Untuk sistem operasi yang kompleks sangat dimungkinkan adanya interupsi ganda (multiple interrupt).

Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba.

Pendekatan  untuk menangani interupsi ganda

ž  Pertama adalah menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani.

Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial. Pendekatan ini cukup baik dan sederhana karena interupsi ditangani dalam ututan yang cukup ketat.

Kelemahan pendekatan ini adalah metode ini tidak memperhitungkan prioritas interupsi

Pendekatan interupsi berurutan / sekuensial

ž  Kedua adalah dengan mendefinisikan prioritas bagi interupsi dan interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu.

               

                Pedekatan ini disebut pengolahan interupsi bersarang.

               

                Sebagai contoh untuk mendekatan bersarang, misalnya suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O: printer, disk, dan saluran komunikasi, masing – masing prioritasnya 2, 4 dan 5.

Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi.

Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan.

Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan.

Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk.

Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama.

Pendekatan interupsi prioritas/ interrupt handler

CACHE MEMORI

Konsep Dasar Memori

1.       Memori merupakan bagian dari komputer yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang harus diatur dan dijaga sebaik-baiknya

2.       Merupakan istilah generik yang merujuk pada media penyimpanan data sementara pada komputer. Setiap program dan data yang sedang diproses oleh prosesor akan disimpan di dalam memori fisik.

3.       Sebagian besar komputer memiliki hirarki memori yang terdiri atas tiga level, yaitu:

a.       Register

b.      Primary Memory (executable memory)

c.       Secondary Memory

4.       Register

a.       di CPU (berada di level teratas).

b.      Informasi yang berada di register dapat diakses dalam satu clock cycle CPU.

5.       Primary Memory (executable memory),

a.       berada di level tengah.

b.      Contohnya, RAM.

c.       Primary Memory diukur dengan satu byte dalam satu waktu, secara relatif dapat diakses dengan cepat, dan bersifat volatile (informasi bisa hilang ketika komputer dimatikan).

d.      CPU mengakses memori ini dengan instruksi single load dan store dalam beberapa clock cycle.

6.       Secondary Memory

a.       berada di level bawah.

b.      Contohnya, disk atau tape.

c.       Secondary Memory diukur sebagai kumpulan dari bytes (block of bytes), waktu aksesnya lambat, dan bersifat non-volatile (informasi tetap tersimpan ketika komputer dimatikan).

d.      Memori ini diterapkan di storage device, jadi akses meliputi aksi oleh driver dan physical device.

•          Gambar Hirarki Memori

                                                                                                                                                                    

Penggunaan Memori

1.       Komponen utama dalam sistem komputer adalah Arithmetic and Logic Unit (ALU), Control Circuitry, Storage Space dan piranti Input/Output.

2.       Tanpa memori, komputer hanya berfungsi sebagai piranti pemroses sinyal digital saja, contohnya kalkulator atau media player.

3.       Kemampuan memori untuk menyimpan data, instruksi dan informasi-lah yang membuat komputer dapat disebut sebagai komputer multi-fungsi (general-purpose).

4.       Komputer merupakan piranti digital, maka informasi disajikan dengan sistem bilangan biner (binary).

5.       Teks, angka, gambar, suara dan video dikonversikan menjadi sekumpulan bilangan biner (binary digit atau disingkat bit).

6.       Sekumpulan bilangan biner dikenal dengan istilah BYTE, dimana 1 byte = 8 bits.

7.       Semakin besar ukuran memori-nya maka semakin banyak pula informasi yang dapat disimpan di dalam komputer (media penyimpanan).

8.       Beberapa jenis memori yang banyak digunakan adalah sebagai berikut:

1.       Register prosesor

2.       RAM atau Random Access Memory

3.       Cache Memory (SRAM) (Static RAM)

4.       Memori fisik (DRAM) (Dynamic RAM)

5.       Perangkat penyimpanan berbasis disk magnetis

6.       Perangkat penyimpanan berbasis disk optik

7.       Memori yang hanya dapat dibaca atau ROM (Read Only Memory)

8.       Flash Memory

9.       Punched Card (kuno)

10.   CD atau Compact Disk

11.   DVD (digital video disc/ digital versatile disc) è cakram serba guna digital

Ø  Komputer yang lebih canggih memiliki level yang lebih banyak pada sistem hirarki memorinya, yaitu cache memory dan bentuk lain dari secondary memory seperti rotating magnetic memory, optical memory, dan sequntially access memory.

Ø  Akan tetapi, masing-masing level ini hanya sebuah penyempurnaan salah satu dari tiga level dasar yang telah dijelaskan sebelumnya.

Ø  Bagian dari sistem operasi yang mengatur hirarki memori disebut dengan memory manager.

Ø  Di era multiprogramming ini, memory manager digunakan untuk :

a.       mencegah satu proses dari penulisan dan pembacaan oleh proses lain yang dilokasikan di primary memory,

b.      mengatur swapping antara memori utama dan disk ketika memori utama terlalu kecil untuk memegang semua proses.

Tujuan dari memory manager adalah untuk:

§  Meningkatkan utilitas CPU

§  Data dan instruksi dapat diakses dengan cepat oleh CPU

§  Efisiensi dalam pemakaian memori yang terbatas

§  Transfer dari/ke memori utama ke/dari CPU dapat lebih efisien

Cache Memory (Memori Tembolok)

§  Tembolok (Inggris: 'cache') dalam teknologi informasi adalah mekanisme penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data / instruksi yang sering diakses.

§  Memori cache dimaksudkan untuk memberi kecepatan memori yang mendekati memori yang paling cepat yang bisa diperoleh, dan pada waktu yang sama menyediakan kapasitas memori yang besar dengan harga yang lebih murah dari jenis-jenis memori semikonduktor.

Konsep Cache Memory (Memori Tembolok)

Pengertian Memori Tembolok

·         Cache berasal dari kata cash.

·         Dari istilah tersebut cache adalah tempat menyembunyikan atau tempat menyimpan sementara.

·         Sesuai definisi tersebut cache memori adalah tempat menympan data sementara.

·         Cara ini dimaksudkan untuk meningkatkan transfer data dengan menyimpan data yang pernah diakses pada cache tersebut, sehingga apabila ada data yang ingin diakses adalah data yang sama maka maka akses akan dapat dilakukan lebih cepat.

·         Cache memori ini adalah memori tipe SDRAM yang memiliki kapasitas terbatas namun memiliki kecepatan yang sangat tinggi dan harga yang lebih mahal dari memori utama. Cache memori ini terletak antara register dan RAM (memori utama) sehingga pemrosesan data tidak langsung mengacu pada memori utama.

Level Memori Tembolok

·         Tembolok memori ada tiga level yaitu L1,L2 dan L3. Tembolok memori level 1 (L1) adalah tembolok memori yang terletak dalam prosesor (cache internal).

·         Tembolok ini memiliki kecepatan akses paling tinggi dan harganya paling mahal. Ukuran memori berkembang mulai dari 8Kb, 64Kb dan 128Kb.

·         Tembolok level 2 (L2) memiliki kapasitas yang lebih besar yaitu berkisar antara 256Kb sampai dengan 2Mb.

·         Namun tembolok L2 ini memiliki kecepatan yang lebih rendah dari tembolok L1.

·         Tembolok L2 terletak terpisah dengan prosesor atau disebut dengan cache eksternal.

·         Sedangkan tembolok level 3 hanya dimiliki oleh prosesor yang memiliki unit lebih dari satu misalnya dualcore dan quadcore.

·         Fungsinya adalah untuk mengontrol data yang masuk dari tembolok L2 dari masing-masing inti prosesor

Cara Kerja Memori Tembolok

·         Jika prosesor membutuhkan suatu data, pertama-tama ia akan mencarinya pada tembolok.

·         Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya dengan delay yang sangat kecil.

·         Tetapi jika data yang dicari tidak ditemukan,prosesor akan mencarinya pada RAM yang kecepatannya lebih rendah.

·         Pada umumnya, tembolok dapat menyediakan data yang dibutuhkan oleh prosesor sehingga pengaruh kerja RAM yang lambat dapat dikurangi.

·         Dengan cara ini maka memory bandwidth akan naik dan kerja prosesor menjadi lebih efisien. Selain itu kapasitas memori cache yang semakin besar juga akan meningkatkan kecepatan kerja komputer secara keseluruhan.

·         Dua jenis tembolok yang sering digunakan dalam dunia komputer adalah memory caching dan disk caching.

·         Implementasinya dapat berupa sebuah bagian khusus dari memori utama komputer atau sebuah media penyimpanan data khusus yang berkecepatan tinggi.

·         Implementasi memory caching sering disebut sebagai memory cache dan tersusun dari memori komputer jenis SDRAM yang berkecepatan tinggi.

·         Sedangkan implementasi disk caching menggunakan sebagian dari memori komputer.

Stuktur Sistem Tembolok

·         Memori utama terdiri dari sampai dengan 2ⁿ word beralamat, dengan masing-masing word mempunyai n-bit alamat yang unik.

·         Untuk keperluan pemetaan, memori ini dianggap terdiri dari sejumlah blok yang mempunyai panjang K word masing-masing bloknya.

·         Dengan demikian, ada M = 2ⁿ/K blok.

·         Cache terdiri dari C buah baris yang masing-masing mengandung K word, dan banyaknya baris jauh lebih sedikit dibandingkan dengan banyaknya blok memori utama (C < M).

·         Di setiap saat, beberapa subset blok memori berada pada baris dalam cache.

·         Jika sebuah word di dalam blok memori dibaca, blok itu ditransfer ke salah satu baris cache.

·         Karena terdapat lebih banyak blok bila dibanding dengan baris, maka setiap baris tidak dapat menjadi unik dan permanen untuk dipersempahkan ke blok tertentu mana yang disimpan.

Elemen Rancangan Tembolok (Cache)

Elemen-elemen penting dari rancangan memory cache adalah sebagai berikut:

·         Ukuran cache,

Disesuaikan dengan kebutuhan untuk membantu kerja memori. Semakin besar ukuran cache semakin lambat karena semakin banyak jumlah gerbang dalam pengalamatan cache.

·         Fungsi Pemetaan (Mapping),

Terdiri dari Pemetaan Langsung, Asosiatif, Asosiatif Set.

Pemetaan langsung merupakan teknik yang paling sederhana, yaitu memetakkan masing-masing blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja.

Pemetaan asosiatif/ asosiatif set dapat mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara mengizinkan setiap blok memori utama untuk dimuatkan ke sembarang saluran cache.

·         Algoritma Penggantian,

Algoritma penggantian digunakan untuk menentukan blok mana yang harus dikeluarkan dari cache untuk menyiapkan tempat bagi blok baru.

Ada 2 metode algoritma penggantian yaitu

a.       Write-through adalah Cache dan memori utama diupdate secara bersamaan waktunya.

b.      Sedangkan Write-back melakukan update data di memori utama hanya pada saat word memori telah dimodifikasi dari cache.

Terdiri dari Least Recently Used (LRU), First in First Out (FIFO), Least Frequently Used (LFU), Acak.

·         Ukuran blok,

Blok-blok yang berukuran lebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Setiap pengambilan blok menindih (overwrite) isi cache yang lama, maka sejumlah kecil blok akan menyebabkan data menjadi tertindih setelah blok itu diambil.

Dengan meningkatnya ukuran blok, maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta, sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya untuk di perlukan dalam waktu dekat

•          Line size,

Jumlah cache, Satu atau dua tingkat, kesatuan atau terpisah

SISTEM BUS

Buses

a.       Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat I/O.

b.      Setiap komponen saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi.

c.       Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya.

d.      Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu komputer.

·         Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus;

·         Begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.

·         Era saat ini memerlukan saluran data atau bus yang handal.

·         Kecepatan komponen penyusun komputer tidak akan berarti kalau tidak diimbangi kecepatan dan manajemen bus yang baik.

·         Trend mikroprosesor saat ini adalah melakukan pekerjaan secara paralel dan program dijalankan secara multitasking menuntut sistem bus tidak hanya lebar tapi juga cepat

Interconnection Structure

§  Komputer tersusun atas komponen – komponen atau modul – modul (CPU, memori dan I/O) yang saling berkomunikasi.

§  Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi.

§  Rancanagan struktur interkoneksi sangat bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya

Memori

§  Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama.

§  Masing – masing 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.

§  Berdasakan pandangan internal, modul I/O dipandang sebagai sebuah memori dengan operasi pembacaan danpenulisan.

§  Modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat peripheral.

§  Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt.

CPU

§  CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine – routine program yang diberikan padanya.

§  CPU mengendalikan seluruh sistem komputer sehingga sebagai konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem komputer.

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 Memori ke I/O

digunakan pada sistem DMA (Direct Memory Access ).

Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalah sistem bus.

Sistem bus ada yang digunakan secara tunggal dan ada juga secara jamak (multiple), tergantung dari karakteristik sistemnya.

Bus Interconnection

Ø  Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer.

Ø  Sifat penting dan merupakan syarat utama bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya.

Ø  Karena digunakan bersama, diperlukan aturan main agar tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan data yang ditransmisikan.

Ø  Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

Bus Structure

Ø  Terdiri atas beberapa saluran.

contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit

Ø  Fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu:

saluran data (data lines),

saluran alamat (address lines) dan

saluran kontrol (control lines)

Saluran data (data bus)

Ø  Merupakan lintasan bagi perpindahan data antar modul.

Ø  Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word,

Ø  misalnya 8, 16, 32 saluran dengan tujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu

Ø  Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit,

Ø  misal lebar bus 16 bit

Saluran alamat (address bus)

Ø  Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.

Ø  Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.

Ø  Juga digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

Ø  Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.

—   misal mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

Saluran kontrol (control bus)

Ø  Digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada.

Ø  Karena bus data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu mekanisme kerja yang dikontrol melalui bus kontrol ini.

Saluran kontrol (control bus)

Ø  Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas sinyal pewaktuan dan sinyal – sinyal perintah.

Ø  Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat, sedangkan sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi.

Bagian –bagian Saluran kontrol/control bus

Ø  Memory Write

memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.

Ø  Momory Read

memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

Ø  I/O Write

memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O.

Ø  I/O Read

memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

Ø  Transfer ACK

menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.

Ø  Bus Request

menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.

Ø  Interrupt Request

menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

Ø  Interrupt ACK

menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

Ø  Clock

kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.

Ø  Reset

digunakan untuk menginisialisasi seluruh modu.

ü  Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel yang menghubungkan modul – modul.

ü  Konduktor ini biasanya adalah saluran utama pada PCB motherboard dengan layout tertentu sehingga didapat fleksibilitas penggunaan.

ü  Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang mudah dipasang dan dilepas, seperti slot PCI dan ISA.

ü  Sedangkan untuk chips akan terhubung melalui pinnya.

Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut:

1.       Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

Meminta penggunaan bus.

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

2.       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.

Hierarki Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja, yang disebabkan oleh :

·         Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

·         Antrian penggunaan bus semakin panjang.

·         Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Antisipasi dan solusi persoalan di atas adalah penggunaan bus jamak yang hierarkis.

Modul – modul diklasifikasikan berdasarkan kebutuhan terhadap lebar dan kecepatan bus.

Bus biasanya terdiri atas :

1.       bus lokal

2.       bus sistem

3.       bus ekspansi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi seperti pada gambar

 High Performance Bus adalah bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

Sehingga perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.

Elemen Perancangan Bus

Parameter klasifikasi dasar perancangan bus :

·         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-alter-write, block).

Tujuan yang hendak dicapai dalam perancangan adalah bagaimana bus dapat cepat menghantarkan data dan efisiensinya tinggi.

Intinya karakteristik pertukaran data dan modul yang terkait merupakan pertimbangan utama dalam perancangan bus

Jenis Bus (dedicated dan mulitiplexed)

ü  dedicated bus

bus yang khusus menyalurkan data tertentu,

misalnya paket data saja, atau alamat saja.

ü  multiplexed bus

Bus dilalukan informasi yang berbeda baik data, alamat maupun sinyal kontrol.

Keuntungan mulitiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga dapat

menghemat tempat,

Namun kerugiannya adalah kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimulitipleks.

Saat ini yang umum, bus didedikasikan untuk tiga macam, yaitu bus data, bus alamat dan bus

kontrol.

Metode Arbitrasi (tersentralisasi dan terdistribusi)

ü  Tersentralisasi

Metode tersentral diperlukan pengontrol bus sentral atau arbiter yang bertugas mengatur penggunaan bus oleh modul.

ü  Terdistribusi

setiap modul memiliki logika pengontrol akses (access control logic) yang berfungsi mengatur pertukaran data melalui bus. Arbiter bisa suatu modul atau bagian fungsi CPU.

Kedua metode arbitrasi intinya menugaskan suatu perangkat, bisa modul I/O ataupun CPU bertindak sebagai master kontrol pertukaran

Timing (sinkron dan tak sinkron)

ü  Sinkron

Metode pewaktuan sinkron terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock).

Sebuah transmisi 1 – 0 disebut siklus waktu atau siklus bus dan menentukan besarnya slot waktu.

Semua perangkat modul pada bus dapat membaca atau pengetahui siklus clock.  Biasanya satu siklus untuk satu event. Model ini mudah diimplementasikan dan cepat namun kurang fleksibel menangani peralatan yang beda kecepatan operasinya. Biasanya digunakan untuk modul

modul tertentu yang sudah jelas karakteristiknya

ü  Asinkron

Dalam pewaktuan asinkron memungkinkan kerja modul yang tidak serempak kecepatannya. Dalam pewaktuan asinkron, event yang terjadi pada bus tergantung event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal – sinyal validasi untuk mengidentifikasi data yang ditransfer.

Sistem ini mampu menggabungkan kerja modul – modul yang berbeda kecepatan maupun teknologinya, asalkan aturan transfernya sama.

Lebar Bus (lebar address dan lebar data)

Lebar bus sangat mempengaruhi kinerja sistem komputer.

Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu.

Semakin besar bus alamat, akan semakin

banyak range lokasi yang dapat direfensikan.

Jenis Transfer Data (read, write, read-modify-write, read-alter-write, block).

Dalam sistem komputer, operasi transfer data adalah pertukaran data antar modul sebagai

tindak lanjut atau pendukung operasi yang sedang dilakukan.

Saat operasi baca (read), terjadi pengambilan data dari memori ke CPU, begitu juga sebaliknya pada operasi penulisan maupun operasi – operasi kombinasi.

Bus harus mampu menyediakan layanan saluran bagi semua operasi komputer

Jenis Bus

Jenis bus yang beredar di pasaran saat ini adalah PCI, ISA, USB, SCSI, FuturaBus+, FireWire, dan lain lain.

               

Posted in: UAS