Jenis Bus Pada Sistem Komputer dan Hubungannya Dengan Read dan Write!

Jenis Bus Pada Sistem Komputer dan Hubungannya Dengan Read dan Write!

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus dan suatu sinyal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat ditermia oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikain, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transimi pada suatu saat tertentu. Umumnya sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan sinyal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapat ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkan beberapa saluran dari sebuah bus, dapat digunakan mentransmisikan digit biner secra bersamaan (paralel). Misalnya sebuah satuan data 8 bit dapat ditransmisikan melalui bus delapan saluran.

Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sisterm komputer. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, input/output) disebut bus sistem. Struktur interkoneksi komputer yang umum didasarkan pada penggunaan satu bus sistem atau lebih.

STRUKTUR BUS

Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan, fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu saluran data, saluran alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, terdapat pula saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul yang terhubung.

A.    Saluran Data ( Data Bus )

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran, jumlah saluran diakitakan denang lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan. Misalnya, bila bus data lebarnya 8 bit, dan setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklus instruksinya.

B.     Saluran Alamat ( Address Bus )

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul.

C.     Saluran Kontrol ( Control Bus )

Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah mespesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi : memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus request, bus grant, interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.

JENIS BUS

Saluran bus dapat dipisahkan menjadi dua tipe umum, yaitu dedicated dan multiplexed. Suatu saluran bus didicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau subset fisik komponen-komponen komputer.

Sebagai contoh dedikasi fungsi adalah penggunaan alamat dedicated terpisah dan saluran data, yang merupakan suatu hal yang umum bagi bus. Namun, hal ini bukanlah hal yang penting. Misalnya, alamat dan informasi data dapat ditransmisikan melalui sejumlah salurah yang sama dengan menggunakan saluran address valid control. Pada awal pemindahan data, alamat ditempatkan pada bus dan address valid control diaktifkan. Pada saat ini, setiap modul memilki periode waktu tertentu untuk menyalin alamat dan menentukan apakah alamat tersebut merupakan modul beralamat. Kemudian alamat dihapus dari bus dan koneksi bus yang sama digunakan untuk transfer data pembacaan atau penulisan berikutnya. Metode penggunaan saluran yang sama untuk berbagai keperluan ini dikenal sebagai time multiplexing.

Keuntungan time multiplexing adalah memerlukan saluran yang lebih sedikit, yang menghemat ruang dan biaya. Kerugiannya adalah diperlukannya rangkaian yang lebih kompleks di dalam setiap modul. Terdapat juga penurunan kinerja yang cukup besar karena event-event tertentu yang menggunakan saluran secara bersama-sama tidak dapat berfungsi secara paralel.

Dedikasi fisik berkaitan dengan penggunaan multiple bus, yang masing-masing bus itu terhubung dengan hanya sebuah subset modul. Contoh yang umum adalah penggunaan bus I/O untuk menginterkoneksi seluruh modul I/O, kemudian bus ini dihubungkan dengan bus utama melalui sejenis modul adapter I/O. keuntungan yang utama dari dedikasi fisik adalah throughput yang tinggi, harena hanya terjadi kemacetan lalu lintas data yang kecil. Kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem.

METODE ARBITRASI

Di dalam semua sistem keculai sistem yang paling sederhana, lebih dari satu modul diperlukan untuk mengontrol bus. Misalnya, sebuah modul I/O mungkin diperlukan untuk membaca atau menulis secara langsung ke memori, dengan tanpa mengirimkan data ke CPU. Karena pada satu saat hanya sebuah unit yang akan berhasil mentransmisikan data melalui bus, maka diperlukan beberapa metodi arbitrasi. Bermacam-macam metode secara garis besarnya dapat digolongkan sebagi metode tersentraslisasi dan metode terdistribusi. Pada metode tersentralisasi, sebuah perangkat hardware, yang dikenal sebagai pengontrol bus atau arbitrer, bertanggung jawab atas alokasi waktu pada bus. Mungkin perangkat berbentuk modul atau bagian CPU yang terpisah. Pada metode terdistribusi, tidak terdapat pengontrol sentral. Melainkan, setiap modul terdiri dari access control logic dan modul-modul bekerja sama untuk memakai bus bersama-sama. Pada kedua metode arbitrasi, tujuannya adalah untuk menugaskan sebuah perangkat, baik CPU atau modul I/O, bertindak sebagai master. Kemudian master dapat memulai transfer data (misalnya, membaca atau menulis) dengan menggunakan perangkat-perangkat lainnya, yang bekerja sebagai slave bagi pertukaran data yang khusus ini.

1. Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
2. Komponen komputer :

• CPU
• Memori
• Perangkat I/O

Transfer data antar komponen komputer.

1. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus
2. Melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus
3. Kecepatan komponen penyusun komputer harus diimbangi kecepatan dan manajemen bus yang baik

Mikroprosesor

• Melakukan pekerjaan secara paralel
• Program dijalankan secara multitasking
• Sistem bus tidak hanya lebar tapi juga cepat

Interkoneksi komponen sistem komputer dalam menjalankan fungsinya

• Interkoneksi bus
• Pertimbangan–pertimbangan perancangan bus

Struktur Interkoneksi adalah Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul  (CPU,Memori,I/O) dan struktur interkoneksi bergantung pada:

1. Jenis data
2. Karakteristik pertukaran data

JENIS DATA

·         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 sistem komputer. Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul–modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data.

• 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 dibagi menjadi 2 yaitu:

1. Digunakan secara tunggal
2. Digunakan secara jamak,

Hal ini tergantung dari karakteristik sistemnya tersebut.

Interkoneksi 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 dalam tiga bagian, yaitu :

• Saluran data
• Saluran alamat
• Saluran kontrol

Gambar  Pola Interkoneksi

Saluran Data ( Data Bus )

Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.
Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.

Jumlah saluran 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.
• Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.
• Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.
• Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat.
• Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus 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 kontrol terdiri atas:

• Sinyal pewaktuan adalah Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat
• Sinyal–sinyal perintah adalah Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi

Prinsip Operasi Bus

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

Hierarki Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja
Faktor – faktor :

1. Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
2. Antrian penggunaan bus semakin panjang.
3. Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Gambar 3. Arsitektur bus jamak tradisional

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,

• Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi
• Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggipula, Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi.

 Gambar Arsitektur bus jamak kinerja tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi

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

Link: http://newpriyosusanto.blogspot.com/2012/10/pengertian-bus-dan-sistem-bus

Bagaimana Cara Kerja ALU ( Arithmetic Logic Unit ) didalam sistem komputer?

Bagaimana Cara Kerja ALU ( Arithmetic Logic Unit ) didalam sistem komputer?

Arithmatic and Logic Unit (ALU) adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem didalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (seperti penjumlahan, pengurangan dan beberapa logika lain), ALU bekerja sama dengan memori. Dimana hasil dari perhitungan di dalamALU di simpan ke dalam memori. Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakansistem bilangan biner (two’s complement) dan ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU output register, sebelum disimpan dalam memori.

Pada saat sekarang ini sebuah chip/IC dapat mempunyai beberapa ALU sekaligus yang memungkinkan untuk melakukan kalkulasi secara paralel. Salah satu chip ALU yang sederhana terdiri dari 1 buah ALU adalah IC 74LS382/HC382ALU (TTL). IC ini terdiri dari 20 kaki dan beroperasi dengan 4×2 pin data input pinA dan pinB dengan 4 pin keluaran pinF. Fungsi ALU unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri dariregister-register untuk menyimpan informasi.

Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Sirkuit yang digunakan oleh ALUini disebut dengan adder karena operasi yang dilakukan dengan dasar penjumlahan. Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaituoperasi logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu :

·         Sama dengan (=).

·         Tidak sama dengan ( <> ).

·         Kurang dari ( < ).

·         Kurang atau sama dengan dari ( <= ).

·         Lebih besar dari ( > ).

Lebih besar atau sama dengan dari ( >= ) Arithmetic and Logic Unit (ALU): Bertugas membentuk fungsi - fungsi pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian inimengerjakan instruksi - instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. Seperti istilahnya ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing - masing memiliki spesifikasi tugas sendiri. Representasi Integer Bilangan yang digunakan untuk mekanisme representasi data komputer adalah bilangan biner, semua itu biasa terjadi karena faktor-faktor berikut :

 

1.      Komputer secara elektronika hanya mampu membaca 2 kondisi sinyal

-          Ada tegangan / ada sinyal.

-          Tidak ada tegangan / tidak ada sinyal.

2.      Kondisi tersebut yang digunakan untuk  merepresentasikan bilangan dan kode-kode biner

-          Ada tegangan sebagai representasi nilai 1.

-          Tidak ada tegangan sebagai representasi nilai 0.

Sistem bilangan merupakan tata aturan atau susunan dalam menentukan nilai suatu bilangan, antara lain sistem desimal, biner, hexadesimal, oktal, BCD, Grey Code, Exess-3 dan lain-lainnya yang dibagi berdasarkan basis yang digunakan dalam penentuannilaidari bilangan tersebut. Jenis-jenis sistem bilangan adalah sebagai berikut:

1.      Desimal

2.              Biner 

3.      Heksadesimal

4.      Oktal

Sistem bilangan yang umum dipakai adalah sistem bilangan desimal adalah sebagai berikut:

1.      Desimal

Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasis 10 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 10x), terdiri dari angka : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

2.              Biner 

Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasiskan 2 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 2x), terdiri dari angka 0 dan 1.

3.      Heksadesimal

Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasiskan 16 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 16x), terdiri dari 10 angka yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 dan 6  huruh yaitu A, B, C, D, E, F.

4.      Oktal

Merupakan suatu sistem bilangan yang berbasiskan 8 (tiap bilangan dalam sistem tersebut dikalikan dengan 8x), terdiri dari delapan angka yaitu 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

5.      BCD (Binary-Coded decimal)

Merupakan format untuk merepresentasikan bilangan desimal (integer) dengan empat bit(satu nibble) untuk setiap angka penyusunnya.

6.      Gray Code

Merupakan sistem bilangan yang memliki sistem mirip dengan biner hanya saja dalamsusunan bilangan ini yang boleh berubah pada urutan selanjutnya hanya 1 angka. Misalnya001 berikutnya 011 berikutnya 010 dan selanjutnya.

7.      Excess-3

Merupakan sistem bilangan yang secara sederhana dapat diartikan sebagai bilangan biner yang memiliki lebih tiga angka dari bilangan biner biasa.Contohnya 0 = 011, 1 = 100, 2 =101 dan seterusnya.

3.      Floating Point Representation

Representasi Integer oleh Biner Dalam sistem bilangan biner ada 4 macam sistem untuk merepresentasikan integer yaitu:

-          Representasi unsigned integer. 

-          Representasi nilai tanda (sign magnitude).

-          Representasi bias.

-          Representasi komplemen dua (2’s complement).

1.      Unsigned Integer

-          Untuk keperluan penyimpanan dan pengolahan komputer diperlukan bilangan biner yangterdiri atas 0 dan 1.

-          1 byte (8 bit binary digit) dapat digunakan untuk menyatakan bilangan desimal dari 0 ± 255.

Kelemahan Unsigned Integer 

-          Hanya dapat menyatakan bilangan positif. 

-          Sistem ini tidak bisa digunakan untuk menyatakan bilangan integer negatif.

2.      Representasi Nilai Tanda (sign magnitude)

-          Karena kelemahan unsigned integer. 

-          Dikembangkan beberapa konvensi untuk menyatakan bilangan integer negatif konvensi.

-          Perlakuan bit yang paling kiri (MSB) di dalam byte sebagai tanda.

-          Bila MSB = 0 maka bilangan tersebut positif. 

-          Jika MSB = 1 maka bilangan tersebut negatif. 

Kelemahan sign magnitude

-          Adanya representasi ganda pada bilangan 0.

3.      Representasi Bias

-          Digunakan untuk menyatakan exponen (bilangan pemangkat) pada representasi floating point.

-          Dapat menyatakan bilangan bertanda, yaitu dengan mengurutkan dari bilangan negativeterkecil dapat dijangkau sampai bilangan positif paling besar yang bisa dijangkau.

-          Mengatasi permasalahan pada sign magnitude yaitu +0 dan -0.

4.      Representasi komplemen 2 (two’s complement)

-          Merupakan perbaikan dari representasi nilai bertanda (sign magnitude) yang mempunyaikekurangan pada operasi penjumlahan dan pengurangan serta representasi nilai 0.

Bilangan Negatif Pada 2’s Complement ada 2 yaitu:

1.      Sistem bilangan dalam 2’s complement menggunakan bit paling kiri (MSB) sebagai bittandadan sisanya sebagai bit nilai seperti pada sign magnitude.

2.      Bilangan negatif dalam 2’s complement dibentuk.

 

Unit Aritmetika dan Logika merupakan bagian pengolah bilangan dari sebuah komputer. Didalam operasi aritmetika ini sendiri terdiri dari berbagai macam operasi diantaranya adalahoperasi penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Mendesain ALU juga memiliki cara yang hampir sama dengan mendesain enkoder, dekoder, multiplexer, dan demultiplexer. Rangkaian utama yang digunakan untuk melakukan perhitungan ALU adalahAdder.

Rangkaian ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangandinamakan dengan Adder . Karena Adder  digunakan untuk memproses operasi aritmetika, maka Adder juga sering disebut rangkaian kombinasional aritmetika. Ada 3 jenis Adder yaitu:

1.      Rangkaian Adder  yang hanya menjumlahkan dua bit disebut Half Adder. 

2.      Rangkaian Adder  yang menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.

3.      Rangkaian Adder yang menjumlahkan banyak bit disebut paralel Adder. 

Link: http://www.scribd.com/doc/57087559/Cara-Kerja-ALU-MEMORI