SISTEM BUS
Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU,
memori, perangkatI/O. Setiap komponen saling berhubungan membentuk kesatuan
fungsi.
Sistem bus adalah penghubung
bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. 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.Dalam bab
ini akan kita pelajari bagaimana interkoneksi komponen sistem computer dalam
menjalankan fungsinya, interkoneksi bus dan juga pertimbangan – pertimbangan perancangan
bus. Bagian akhir akan disajikan contuh – contoh bus yang berkembang saat ini.
1. Struktur Interkoneksi
Komputer tersusun atas komponen – komponen atau modul – modul
(CPU, memori danI/O) yang saling berkomunikasi. Kompulan lintasan atau saluran
berbagai modul disebut
struktur interkoneksi.
Rancanagan struktur interkoneksi sangat bergantung pada jenis dan
karakteristik pertukaran datanya.
Gambar 1 menyajikan jenis pertukaran data yang diperlukan oleh
modul – modul penyusun komputer :
• 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 dan penulisan.
Seperti telah dijelaskan pada bab 6 bahwa 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 system computer.
Gambar 1 Modul – modul
komputer :
Dari jenis pertukaran
data yang diperlukan modul – modul komputer, maka struktur interkoneksi harus
mendukung perpindahan data berikut :
• Memori ke
CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi 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 adalah sistem bus.
Sistem bus ada yang digunakan secara tunggal dan adasecara jamak, tergantung
karakteristik sistemnya.
2. Interkoneksi Bus
Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau
lebih komponen komputer.Sifat penting dan merupakan syarat utama adalah bus
adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat
yang terhubung padanya.Karena digunakan bersama, diperlukan aturan main agar
tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun
digunakan bersama namun dalam satu waktuhanya ada sebuah perangkat yang dapat
menggunakan bus.
3. Struktur Bus
Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh
bus data terdiri atas 8 saluransehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data
8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu
saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol, seperti terlihat pada gambar 2.
Gambar 2. Pola
interkoneksi bus
Saluran data(data bus) adalah lintasan bagi perpindahan data antar
modul. Secarakolektif lintasan ini disebutbus data. Umumnya jumlah saluran
terkait dengan panjang word,misalnya 8, 16, 32 saluran dengan tujuan agar
mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlahsaluran 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. 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 system komputer, agar
dapat diakses harus memiliki alamat. Semisal mengakses port I/O, maka port
I/Oharus memiliki alamat hardware-nya.
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 control
terdiri atas sinyal pewaktuan dan sinyal – sinyal perintah. Sinyal pewaktuan
menandakan validitas data dan alamat, sedangkan sinyal perintah berfungsi
membentuk suatu operasi. Secaraumum saluran kontrol meliputi :
• Memory Write memerintahkan
data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.
• Momory 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 ditempatkanpada bus.
• Bus Request menunjukkan
bahwa modul memerlukan kontrol bus.
• Bus Grant menunjukkan
modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrolbus.
• 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 paralel yang
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
melaluipinnya.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 yangsesuai.
3. Menunggu modul yang
dituju mengirimkan data yang diinginkan.
2.1. 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
dikalasifikasikan berdasarkan kebutuhan terhadap lebar dan kecepatan bus.
Busbiasanya terdiri atas bus lokal, bus sistem, dan bus ekspansi.
2.2. Jenis Bus
Berdasar jenis busnya, bus dibedakan menjadi bus yang khusus
menyalurkan data tertentu,misalnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini
disebut dedicated bus. Namun apabila bus dilalukan informasi yang berbeda baik
data, alamat maupun sinyal kontrol dengan metode mulipleks data maka bus ini
disebut multiplexed bus.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 buskontrol.
3..3 Contoh Bus
Banyak perusahaan yang mengembangkan 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 danteknologi yang berbeda sehingga
akan mempengaruhi jenis – jenis penggunaannya.
3.1 Bus ISA
Ketika IBM memperkenalkan PC/AT yang berbasiskan CPU 80286,
perusahaan ini menghadapi masalah besar. Jika IBM telah memulai sejak awal dan
merancang sebuah bus 16 bityang seluruhnya baru, banyak konsumen potensial akan
bergegas membeli mesin tersebut karena tidak ada satupun dari begitu banyak
papan plug-in PC yang disediakan oleh para vendor pihak ketiga dapat
bekerja dengan menggunakan mesin baru tersebut. Di sisi lain, dengan tetap berpegang
pada bus PC dan 20 jalur alamatnya serta 8 jalur data tidak akan memperoleh
manfaat dari keunggulan CPU 80286 untuk mengalamatkan 16 M memori dan mentransfer
word 16 bit.Solusi yang dipilih adalah mengembangkan PC. Kartu-kartu
plug-in PC memiliki sebuah konektor sisi dengan 62 kontak, tetapi operasi
konektor sisi ini tidak menjangkau seluruh papan ini. Solusi PC/AT adalah
menempatkan sebuah konektor sisi kedua pada bagian dasar papan tersebut, dekat
dengan konektor sisi utama, dan merancang sirkuit AT untuk beroperasi dengan kedua
jenis papan ini.Konektor kedua pada bus PC/AT memiliki 36 jalur. Dari ke-36
jalur ini, 31 disediakan untuk jalur-jalur alamat tambahan, jalur-jalur data
tambahan, jalur-jalur interupsi tambahan, sertauntuk daya dan ground. Sisanya
digunakan untuk mengatasi perbedaan-perbedaan antara transfer8 bit dan 16
bit.Industri komputer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan
mengadopsistandarnya sendiri, bus ISA ( Industry StandarArchitecture),
yang pada dasarnya adalah bus PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz.
Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap mempertahankan kompatibilitas
dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada. Pendekatan ini juga
didasarkan pada sebuah bus yang telah dilisensikan secara bebas oleh IBM kepada
banyak perusahaan dalam rangka untuk menjamin bahwa sebanyak mungkin pihak
ketiga dapat memproduksi kartu-kartu untuk PC pertama, sesuatu yang kembali
menghantui IBM. Setiap PCyang berbasiskan Intel masih menggunakan bus jenis
ini, meskipun biasanya juga disertai dengan satu atau lebih bus lain.
3.2 Bus PCI
Peripheral Component Interconnect (PCI) adalah bus yang tidak
tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral.
PCI memiliki kinerja tinggi untuk sistemI/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 vendordapat mengeluarkan produk
dengan PCI tanpa royalti.
3.3 Bus USB
Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus
berkecepatan tinggi PCI, sedangkan banyak peralatan yang memiliki kecepatan
rendah seperti keyboard, mouse, dan printer. Sebagai solusinya tujuh vendor
komputer (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC,dan Northern Telecom)
bersama-sama merancang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.Standard
yang dihasilkan dinamakan 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 mensuplai daya
pada peralatan-peralatan I/O.
5. Memudahkan pemasangan
peralatan-peralatan yang hanya sementara dipasang pada komputer.
6. Tidak diperlukan
reboot pada pemasangan peralatan baru dengan USB.7. Murah Bandwidth total USB
adalah 1,5 MB per detik. Bandwidth itu sudah mencukupi peralatanI/O
berkecepatan rendah seperti keyboard, mouse, scanner, telepon digital, printer,
dansebagainya. Kabel pada bus terdiri dari 4 kawat, 2 untuk data, 1 untuk power
(+5 volt), dan 1untuk ground. Sistem pensinyalan mentransmisikan sebuah
bilangan nol sebagai transisi tegangandan sebuah bilangan satu bila tidak ada
transmisi tegangan.
3.4 Bus SCSI
Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral
eksternal yang dipopulerkan oleh macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan
interface standard untuk drive CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan
perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar.SCSI menggunakan interface
paralel dengan 8, 16, atau 32 saluran data.Konfigurasi SCSI umumnya berkaitan dengan bus, walaupun pada
kenyataannya perangkat-perangkat tersebut dihubungkan secara daisy-chain.
Perangkat SCSI memiliki dua buah konektor, yaitu konektor input dan konektor
output. Seluruh perangkat berfungsi secarain dependen dan dapat saling bertukar
data misalnya hard disk dapat mem-back up diri ke tapedrive tanpa melibatkan
prosesor.Terdapat beberapa macam versi SCSI. SCSI-1 dibuat tahun 1980 memiliki
8 saluran data,dan beroperasi pada kecepatan 5 MHz. Versi ini memungkinkan
sampai 7 perangkat dihubungkan secara daisy-chain. SCSI-2 diperkenalkan tahun
1992 dengan spesifikasi 16 atau 32 saluran datapada kecepatan 10 MHz. SCSI-3
yang mendukung kecepatan yang lebih tinggi sampai saat inimasih dalam tahap
penelitian.
3.5 Bus P1394 / Fire
Wire
Semakin pesatnya kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan semakin
cepatnya prosesorsaat ini yang mencapai 1 GHz, maka perlu diimbangi dengan bus
berkecapatan tinggi juga. Bus SCSI dan PCI tidak dapat mencukupi kebutuhan saat
ini. Sehingga dikembangkan busperformance tinggi yang dikenal dengan Fire Wire(P1394
standard IEEE).P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O
lainnya, yaitu sangat cepat,murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Pada
kenyataanya P1394 tidak hanya populer pada sistem komputer, namun juga pada
peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dantelevisi.
Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan
banyak kabel.