TUGAS ARSITEKTUR DAN ORGANISASIKOMPUTER 1

SISTEM BUS

Disusun Oleh :

Nama : RISKI YUDHA PRASETYANIM : 123100043

Dosen :Hidayatulah Himawan,ST

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

YOGYAKARTA

2011

1. Teori Dan Karakteristik Sistem BusComputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat I/O. setiapcomputer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. System bus adalah penghubung bagikeseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputersangatlah mendominasi kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapatdiakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melaluimonitor juga menggunakan system bus.1. Struktur InterkoneksiComputer tersusun atas komponen-komponen atau modul-modul yang saling berkomunikasi. Kumpulanlintasan atau saluran berbagai modul disebut Struktur Interkoneksi. Rancangan struktur interkoneksisangat bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya. Berikut merupakan jenis pertukarandata yang diperlukan oleh modul-modul penyusun komputer :

Memori : Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama.Modul I/O : Pertukaran data dari dan ke dalam komputer. Modul I/O juga dapat mengontrol lebih dari

sebuah perangkat peripheral.CPU : Berfungsi sebagai pusat pengolah dan eksekusi data berdasarkan routine-routine program yang

diberikan kepadanya.Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul-modul komputer, maka struktur interkoneksi harusmendukung perpindahan data berikut :Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun interuksi dari memori.CPU ke Memori : CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.I/O ke CPU : CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.CPU ke I/O : CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.I/O ke Memori atau dari Memori : digunakan pada sistem DMA

Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat ini adalahsistem bus. Sistem bus ada yang digunakan secara tunggal dan ada secara jamak, tergantung karakteristiksistemnya.

2. Interkoneksi BusBus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer. Sifatpenting dan merupakan syarat utama adalah bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersamaoleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya.Karena digunakan bersama, diperlukan aturan main agar tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan datayang ditransmisikan. Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkatyang dapat menggunakan bus.Struktur BusSebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Secara umum fungsi saluran bus dikategorikan dalamtiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat, dan saluran kontrol.Saluran data (data bus) adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluranterkait dengan panjang word.Saluran alamat (address bus) digunakan untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada bus data.Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPUSaluran kontrol (control bus) digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat, dan seluruh modul yang

ada. Secara umum saluran control meliputi :Memory Write, memerintahkan data pada bus akan dituliskan kedalam lokasi alamat.Memory Read, memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.I/O Write, memerintahakan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O.I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.Transfer ACK, menunjukan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.Bus Request, menunjukan bahwa modul memerlukan control bus.Bus Grant, menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interrupt dari modul.Interrupt ACK, menunjukan penangguhan interrupt telah diketahui CPU.Clock, control untuk sinkronisasi operasi antar modul.Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel yang menghubungkan modul-modul. Prinsip operasi busadalah 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. Menuggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.Hierarki Multiple BusBila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja,yang disebabkan oleh :Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan busAntrian penggunaan bus semakin panjang.Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Antisipasi dan solusi persoalan diatas adalah penggunaan bus jamak yang hierarkis. Modul-moduldiklasifikasikan berdasarkan kebutuhan terhadap lebar dan kecepatan bus. Bus biasanya terdiri dari atasbus lokal, bus sistem, dan bus ekspansi.3. Elemen Perancangan BusSaat ini terdapat banyak implementasi sistem bus, tetapi parameter dasar perancangan bus dapatdiklasifikasikan berdasarkan jenis (dedicated dan mulitiplexed), metode arbitrasi (tersentralisasi danterdistribusi), timing (sinkron dan tak sinkron), lebar bus ( lebar address dan lebar data), dan jenis transferdatanya (read, write, read-modify-write, read-alter-write,block).Tujuan yang hendak dicapai dalam perancangan adalah bagaimana bus dapat cepat menghantarkan datadan efisiensinya tinggi. Intinya karakteristik pertukaran data dan modul yang terkait merupakanpertimbangan utama dalam perancangan bus.Jenis BusBerdasarkan jenis busnya, bus dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, misalnyapaket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus dilakukan informasiyang berbeda baik data, alamat maupun sinyal control dengan metode multiplex data maka bus ini disebutmultiplexed bus.

Metode ArbitrasiTerdapat dua macam metode arbitrasi, yaitu tersentral dan terdistribusi. Pada metode tersentral diperlukanpengontrol bus sentral atau arbiter yang bertugas mengatur penggunaan bus oleh modul. Sedangkandalam metode terdistribusi, setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengaturpertukaran data melalui bus.TimingMetode pewaktuan sinkron terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock). Biasanyasatu siklus untuk satu event. Model ini mudah diimplementasikan dan cepat namun kurang fleksibelmenangani peralatan yang beda kecepatan operasinya.Dalam pewaktuan asinkron memungkinkan kerja modul yang tidak serempak kecepatannya. Dalampewaktuan asinkron, event yang terjadi pada bus tergantung event sebelumnya sehingga diperlukansinyal-sinyal validasi untuk mengidentifikasi data yang ditransfer.Lebar BusLebar bus sangat mempengaruhi kinerja system computer. Semakin lebar bus maka semakin besar datayang dapat ditransfer sekali waktu. Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi yangdapat direfensikan.Jenis Transfer DataDalam system computer, operasi transfer data adalah pertukaran data antar modul sebagai tindak lanjutatau pendukung operasi yang sedang dilakukan. Saat operasi baca (read), terjadi pengambilan data darimemori ke CPU, begitu juga sebaliknya pada operasi penulisan maupun operasi-operasi kombinasi. Busharus mampu menyediakan layanan saluran bagi semua operasi komputer.4. Contoh BusBanyak perusahaan yang mengembangakan bus-bus antarmuka terutama untuk perangkat peripheral.Diantara jenis bus yang beredar di pasaran saat ini adalah, PCI, ISA, USB, SCSI, FuturaBus+, FireWire,dan lain-lain. Semua memiliki keunggulan, kelemahan, harga, dan teknologi yang berbeda sehingga akanmempengaruhi jenis-jenis penggunaannya.4.1. Bus ISAIndustri computer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan mengadopsi standarnya sendiri,bus ISA (Industry Standar Architecture), yang pada dasarnya adalah bus PC/AT yang beroperasi pada8,33 MHz. Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap mempertahankan kompatibilitas denganmesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.4.2. Bus PCIPeripheral Component Interconect (PCI) adalah bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagaibus mezzanine atau bus peripheral. Standar PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33MHz, lajutransfer data 263 MB per detik atau 2,112 Gbps. Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya sajatetapi murah dengan keping yang sedikit.4.3. Bus USBSemua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus kecepatan tinggi PCI, sedangkanbanyak peralatan yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer. Sebagaisolusinya tujuh vendor computer (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northen Telecom)bersama-sama meranccang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah. Standar yang dihasilakandinamakan Universal Standard Bus (USB).Keuntungan yang didapatkan dan tujuan dari penerapan USB adalah sebagai berikut :1. Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper pada PCB atau peralatan.

2. Pemakai tidak harus membuka casing untuk memasang peralatan I/O baru.3. Hanya satu jenis kabel yang diperlukan sebagai penghubung.4. Dapat menyuplai daya pada peralatan-peralatan I/O.5. Memudahkan pemasangan peraltan-peralatan yang hanya sementara dipasang pada komputer.6. Tidak diperlukan reboot pada pemasangan peraltan baru dengan USB.7. Murah.Bandwitch total USB adalah 1,5Mb per detik. Bandwitch itu sudah mencukupi peralatan I/O berkecepatanrendah seperti Keyboard, Mouse, Scanner, Telepon digital, Printer dan sebagainya. Kabel pada bus terdiridari empat kawat, dua untuk data, satu untuk power (+5 volt), dan satu untuk ground. System pensinyalanmentransmisikan sebuah bilangan nol sebagai transisi tegangan dan sebuah bilangan satu bila tidak adatransmisi tegangan.4.4. Bus SCSISmall Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yang dipo[ulerkan olehmacintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio,hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuan besar. SCSI menggunakan interface paraleldengan 8,16, atau 32 saluran data.4.5. Bus P1394 / Fire WireSemakin pesatnya kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan semakin cepatnya prosesor saat ini yangmencapai 1 GHz, maka perlu diimbangi dengan bus berkecepatan tinggi juga. Bus SCSI dan PCI tidakdapat mencukupi kebutuhan saat ini. Sehingga dikembangkan bus performance tinggi yang dikenaldengan FireWire (P1393 standard IEEE).P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O lainnya, yaitu sangat cepat, murah, danmudah untuk diimplementasikan. Pada kenyataan P1394 tidak hanya popular pada system computer,namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televise. Kelebihan lainadalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.

2. Cache memoryMerupakan media penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi, dimana tempat menyimpan data atauinformasi sementara yang sering digunakan atau diakses oleh komputer.

Fungsi Cache Memory--> Mempercepat Akses data pada komputer--> Meringankan kerja prosessor--> Menjembatani perbedaan kecepatan antara cpu dan memory utama.--> Mempercepat kinerja memoryLetak Cache Memory1. Terdapat di dalam Processor (on chip )

Cache internal diletakkan dalam prosesor sehingga tidak memerlukan bus eksternal, maka waktuaksesnya akan sangat cepat sekali

2. Terdapat diluar Processor(off chip)Berada pada MotherBoard, memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat cepat, meskipun tidak

secepat chache memori jenis pertama

Jenis Cache Memory

1. L1 cache L1 Cache adalah Sejumlah kecil SRAM memori yang digunakan sebagai cache yangterintegrasi menyatu pada prosesor.

- Berguna untuk menyimpan secara sementara instruksi dan data, dan memastikan bahwa prosesormemiliki supply data yangstabil untuk diproses sementara memori mengambil dan menyimpan data baru.

- L1 cache (Level 1 cache) disebut pula dengan istilah primary cache, first cache, atau level one cache.- transfer data dari L1 cache ke prosesor terjadi paling cepat Kecepatannya mendekati kecepatan register

2. L2 cache Arti istilah L2 Cache adalah Sejumlah kecil SRAM memori yang berada di motherboard dekatdengan posisi dudukan prosesor.

- Berguna untuk menyimpan sementara instruksi dan data, dan memastikan bahwa prosesor memilikisupply data yangstabil untuk diproses sementara memori mengambil dan menyimpan data baru

- (Level 2 cache) secondary cache, second level cache, atau level two cache.- L2 cache memiliki ukuran lbih besar dibandingkan L1 namun kecepatan transfernya sedikit lebih lamadari L1cache.

3. L3 cache jarang sekali ada, hanya ada di komputer tertentu.- Berguna ketika terdapat cache yang hilang ”missing” pada cache L1&L2- L3 cache memiliki ukuran lbih besar dibandingkan L1 dan L2 namun kecepatan

transfernya lebih lama dari L1cache dan L2 Cache.

3. Memori InternalMemori internal adalah memori yang menyimpan program dan data yang sedang dikerjakan oleh CPUkomputer. Dalam sebuah komputer, yang digunakan sebagai CPU adalah satu atau beberapamikroprosessor. Kalau komputer menjalankan suatu program, memori internal akan terus-menerusberhubungan dengan CPU. Karena itu, memori yang digunakan sebagai memori internal harus cukupcepat agar mampu mengimbangi kecepatan CPU. Memori komputer yang digunakan sebagai memoriinternal dewasa ini biasanya memori semikonduktor, dan terdiri atas sejumlah besar sel memori yangdisusun sebagai suatu array di atas satu chip.Dalam sebuah komputer atau mikrokomputer terdapat dua jenis memori internal, yakni ROM (Read OnlyMemory) dan RAM (Random Access Memory).ROM (Read Only Memory)Sesuai dengan namanya, ROM adalah memori yang hanya dapat dibaca. Meskipun demikian, dalamperkembangannya, istilah memori hanya baca tidak lagi sesuai saat ini dengan hadirnya MPROM,PROM, EPROM, EPROM, EAPROM, dan Flash PEROM.MROM (Mask Programmed ROM), sering hanya disebut ROM, hanya dapat ditulisi (diprogram) satukali. Pemrograman ini biasanya dilakukan oleh pabrik pembuat. Disebut mask programmed ROM, karenaproses pemrograman dilakukan dengan menggunakan sejumlah mask (penutup). Sekali telah diprogram,sebuah MROM hanya dapat dibaca dan program di dalamnya tidak dapat diubah lagi. Pembuatan MROMsangat mahal. Karena itu MROM hanya digunakan kalau jumlah yang diperlukan sangat besar, sehinggaharga dapat ditekan.PROM (Programmable ROM) adalah jenis ROM yang dapat diprogram sendiri oleh pemakai denganbantuan arus listrik untuk memutuskan sambungan yang dapat lebur (fuseable link) dalam array selmemori, sesuai dengan program yang diinginkan. Namun demikian, sebuah PROM juga tidak dapatdihapus dan diprogram ulang, karena sambungan yang sudah putus tidak dapat dipulihkan. PROM lebihmurah dibandingkan dengan MROM.

EPROM (Erasable Programmable ROM) adalah jenis ROM yang juga dapat diprogram sendiri secaraelektrik oleh pemakai. EPROM dapat dihapus dan diprogram ulang secara berkali-kali denganmenggunakan pemrogram EPROM. Penghapusan isi EPROM dilakukan dengan memberikan cahayaultraviolet melalui jendela kecil yang terdapat pada permukaan chip EPROM.Penghapusan ini tidak efektif, sehingga jika dilakukan penghapusan, seluruh informasi yang tersimpandalam EPROM akan terhapus. Karena sinar matahari dan cahaya lampu TL juga mengandung sinarultraviolet, maka jendela kecil tersebut harus ditutup dengan bahan yang tidak tembus cahaya agarinformasi yang tersimpan dalam EPROM tidak hilang atau cacat. Karena dapat dihapus dan diprogramulang dengan mudah, EPROM sering digunakan untuk aplikasi-aplikasi percobaan.EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) adalah jenis ROM yang dapat diprogram,dihapus, dan diprogram ulang secara elektrik oleh pemakai. Jadi, proses penghapusan tidak menggunakansinar ultraviolet, tetapi arus listrik. Karena itu, EEPROM dapat dihapus dan diprogram ulang secaraselektif.EAROM (Electrically Alterable ROM) adalah jenis ROM yang mirip dengan EEPROM. Memori jenisini, isinya dapat dihapus dan ditulis secara elektrik dan selektif oleh pemakai.EPROM, EEPROM, dan EAROM sebenarnya merupakan read-mostly memory (RMM) atau memorikomputer yang dapat diprogram lebih dari satu kali. Tetapi operasi tulis untuk RMM jauh lebih rumitdibandingkan dengan operasi bacanya, dan jarang dilakukan. Semua jenis ROM di atas adalah jenismemori non-volatile. Artinya, informasi yang tersimpan dalam sebuah ROM tidak akan hilang jika catudaya listrik terputus atau dihentikan sehingga digunakan untuk menyimpan informasi (program dan data)yang bersifat tetap, misalnya prosedur-prosedur BIOS.FLASH PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) merupakan memori denganteknologi nonvolatile memory. Isi memori dapat ditulis ulang ataupun dihapus berkali-kali dengan sangatmudah hingga ribuan kali. Teknologi ini sekarang banyak diterapkan untuk memori di dalam single chipmicrocontroller dan microcomputer.

4.MEMORI EKSTERNALperangkat keras untuk melakukan operasi penulisan, pembacaan dan penyimpanan data, di luar memoriutama.Memori eksternal mempunyai dua tujuan utama yaitu sebagai penyimpan permanen untuk membantufungsi RAM dan yang untuk mendapatkan memori murah yang berkapasitas tinggi bagi penggunaanjangka panjang.BERBAGAI JENIS MEMORY EKSTERNAL1. Berdasarkan Jenis Akses DataBerdasarkan jenis aksesnya memori eksternal dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu :a. DASD (Direct Access Storage Device) di mana ia mempunyai akses langsung terhadap data.Contoh :1. Magnetik (floppy disk, hard disk).2. Removeable hard disk (Zip disk, Flash disk).3. Optical Disk.b. SASD (Sequential Access Storage Device) : Akses data secara tidak langsung (berurutan), seperti pitamagnetik.2. Berdasarkan Karakteristik BahanBerdasarkan karakteristik bahan pembuatannya, memori eksternal digolongkan menjadi beberapa

kelompok sebagai berikut:a. Punched Card atau kartu berlubangMerupakan kartu kecil berisi lubang-lubang yang menggambarkan berbagai instruksi atau data. Kartu inidibaca melalui puch card reader yang sudah tidak digunakan lagi sejak tahun 1979.b. Magnetic DiskMagnetic Disk merupakan disk yang terbuat dari bahan yang bersifat magnetik, Contoh : floppy danharddisk.c. Optical DiskOptical disk terbuat dari bahan-bahan optik, seperti dari resin (polycarbonate) dan dilapisi permukaanyang sangat reflektif seperti alumunium. Contoh : CD dan DVDd. Magnetic TapeSedangkan magnetik tape, terbuat dari bahan yang bersifat magnetik tetapi berbentuk pita, seperti halnyapita kaset tape recorder.