Tugas 2 -- Struktur Interkoneksi

Interkoneksi Struktur , Interkoneksi Bus, dan Contoh Eksekusi Program Interkoneksi Struktur Struktur interkoneksi merupakan...

Interkoneksi Struktur , Interkoneksi Bus, dan Contoh Eksekusi Program

Interkoneksi Struktur

Struktur interkoneksi merupakan suatu kumpulan jalan atau saluran berbagai modul seperti CPU, memori dan I/O. Struktur interkoneksi tergantung pada jenis data dan karakteristik pertukaran data.

Komputer terdiri dari satu set komponen atau modul dari tiga tipe dasar (prosesor, memori, i / o) yang berkomunikasi satu sama lain. Pada dasarnya, komputer adalah jaringan modul bacis. 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.

Angka 3,15 menunjukkan jenis pertukaran yang dibutuhkan oleh yang menunjukkan bentuk utama dari input dan output untuk setiap jenis 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.

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan oleh modul-modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data tersebut, di antaranya :
• Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun perintah yang berasal 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 system DMA

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 :

o Memory Write, memerintahkan data pada bus yang akan dituliskan ke dalam lokasi alamat.

o Memory Read memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

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

o I/O Read, memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

o Transfer ACK, menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.

o Bus Request, menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus.

o Bus Grant, menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

o Interrupt Request, menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

o Interrupt ACK, menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

o Clock, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.

o Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

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

v Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula,

v Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi

Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi, yaitu :

v Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

v Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.

Contoh Eksekusi Program

Tahap 1

PC ( Program Counter ) berisi alamat 300 untuk instruksi pertama. Instruksi yang berada dialamat 300 dimuatkan ke IR ( Instruction Register ).Tentunya proses ini melibatkan penggunaan MAR ( Memory Address Register ) dan MBR ( Memory Buffer Register )

Tahap 2

Instruksi dalam IR: untuk 4 bit pertama menunjukkan opcode, bit berikutnya yaitu 12 bit menunjukkan alamat. Jadi instruksi 1940 maksudnya 1 = opcode 0001 = isi AC dari memori alamat 940

Tahap 3

PC bertambah nilainya dan instruksi berikutnya diambil yaitu di alamat 301 dan dimasukkan di dalam IR.

Tahap 4

Instruksi dalam IR yaitu 5941 maksudnya 5 =opcode 0101 =tambahkan AC dengan isi memori alamat 941 dan hasilnya disimpan dalam AC.

Tahap 5

PC bertambah nilainya dan instruksi berikutnya diambil yaitu di alamat 302 dan dimasukkan di dalam IR.

Tahap 6

Instruksi dalam IR yaitu 2941 maksudnya 2 = opcode 0010 = isi AC disimpan di memori alamat 941.

Berikut Op Code register CPU internal :

0001 = muatan AC dari memori
0010 = simpan AC ke memori
0101 = tambahkan AC dari memori

PROSES EKSEKUSI PROGRAM

Pertama setiap siklus instruksi, CPU akan membaca instruksi dari memori. Pada CPU yang umum, suatu register yang disebut program counter (PC) dipakai untuk mengawasi instruksi yang akan dibaca selanjutnya secara berurutan,yaitu instruksi yang terletak pada alamat yang lebih tinggi berikutnya, di dalam memori.Contoh, masing-masing instruksi menempati sebuah word 16 bit di memori dan anggaplah bahwa PC disetel pada lokasi 300. Maka CPU kemudian akan membaca instruksi pada lokasi 300. Siklus instruksi selanjutnya, CPU akan membaca instruksi dari lokasi 301, 302, 302, dst. Urutan dapat berubah, sebagai contoh apabila ada proses interupt dari perangkat lain (I/O, memori).

Cara kerja CPU mengeksekusi program (3 siklus fetch dan 3 eksekusi) :

Program counter (PC) berisi 300 [alamat instruksi pertama]. Kemudian alamat ini dimuatkan ke dalam instruction register (IR). Sedangkan memori address register AR) dan memory buffer register (MBR) diabaikan dulu.
4 bit pertama di dalam IR (ingat, format instruksi 16 bit) mengindikasikan bahwa akumulator (AC) akan dimuatkan. 12 bit sisanya menentukan alamat dlm memori, yaitu 940.
PC dinaikkan nilainya, dan instruksi berikutnya akan diambil
Isi AC yang lama dan isi lokasi 941 ditambahkan, dan hasilnya disimpan di dalam AC.
PC dinaikkan nilainya, instruksi berikutnya akan diambil.
Isi AC akan disimpan pada lokasi 941.

Penjelasan :

Program Counter (PC), 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), merupakan tempat untuk menampung instruksi yang akan dieksekusi.
Accumulator (AC), 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