JENIS BUS DAN HUBUNGANNYA DALAM PROSES READ DAN WRITE SERTA CARA KERJA ALU DALAM KOMPUTER

  • Ø    Pengertian bus

Pengertian Bus adalah  bagian dari sistem komputer yang berfungsi untuk memindahkan data antar bagian – bagian dalam sistem komputer. Data dipindahkan dari piranti masukan ke CPU, CPU ke memori, atau dari memori ke piranti keluaran.

 Bus beroperasi pada kecepatan dan lebar yang berbeda. PC awal mempunyai bus dengan kecepatan 4.77 MHz dan lebar 8 bit yang dikenal dengan bus ISA (Industry Standard Architecture). Kemudian bus diperbaiki menjadi lebar 16 bit dengan kecepatan 8 MHz. Pada tahun 1990 Intel memperkenalkan bus PCI (Pheriperal Component Interconnect), semula dengan lebar 32 bit, sekarang lebar bus 64 bit dan di-run pada kecepatan 133 MHz. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer disebut sebagai Bus System. Biasanya sebuah Bus System terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah.

Bus System dapat dibedakan atas:
1. Data Bus ( Saluran Data )
2. Address Bus ( Saluran Alamat )
3. Control Bus ( Saluran Kendali )

Sistem BUS

  1. Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
  2. Komponen komputer :
  1. CPU
  2. Memori
  3. 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 busyang 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)

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.

 

Gambar 1. Modul 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

  1. Digunakan secara tunggal
  2. Digunakan secara jamak,

Hal ini Tergantung karakteristik sistemnya

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 busdikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu :

  • Saluran data
  • Saluran alamat
  • Saluran kontrol

 

Gambar 2. Pola Interkoneksi

 

Saluran Data

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 tinggi pula,

Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi

 

Gambar 4. 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

 

 

1.   Data Bus :

  • ·         Berfungsi untuk mentransfer data, membawa data dari dan ke perangkat atau periferal
  • ·         Terdiri atas beberapa jalur penghantar, 8, 16, 32 bahkan 64 bahkan lebih jalur paralel
  • ·         Data ditransmisikan dalam dua arah, yaitu dari CPU atau mikroprosesor ke unit memori  atau modul I/O dan sebaliknya.
  • ·         Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu.

 

 

2.    Control Bus:

  • ·         Berfungsi untuk mensinkronkan proses penerimaan dan pengiriman data.
  • ·         Untuk mengatur memori atau port agar siap ditulis atau dibaca.
  • ·         Sinyal Kontrol: RD, WR, IO/M
  • ·         Sinyal Read dan write : untuk mengakses data ke dan dari perangkat

 

3.     Address Bus:

  • ·         membawa informasi untuk mengetahui lokasi suatu perangkat atau periferal
  • ·         Untuk memilih lokasi memori atau port yang akan ditulis atau dibaca
  • ·         Untuk menentukan rute data, bersumber dari mana, tujuannya ke mana.
  • ·         Bersifat searah, cpu memberikan alamat yang bertujuan untuk menentukan periferal mana yang dituju. Contoh memori mana yang dituju atau I/O mana yang dituju.
  • ·         Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi yang dapat dialamati.
  • ·         Jumlah alamat yang dapat dituju pada Bus alamat adalah sebanyak 2n. n jumlah jalur Bus alamat.
  • Ø    Elemen-Elemen Rancangan Bus
    Rancangan suatu bus dapat dibedakan atau diklasifikasikan oleh elemen-elemen sebagai berikut :

1. Jenis bus
2. Metode Arbitrasi
3. Timing
4. Lebar Bus
5. Jenis Transfer Data

 

  • Ø    Jenis Bus
    Jenis bus dapat dibedakan atas :

1. Dedicated
Merupakan metode di mana setiap bus ( saluran ) secara permanen diberi fungsi atau subset fisik komponen komputer.

2. Time Multiplexed
Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai  keperluan, sehingga menghemat ruang dan biaya.

  • Ø    Metode Arbitrasi

Metode arbitrasi adalah metode pengaturan dari penggunaan bus, dan dapat dibedakan atas :

            1. Tersentralisasi         : menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral
2. Terdistribusi            : setiap bus memiliki access control logic

  • Ø    Timing
    Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada bus system, dan dapat dibedakan atas :

1. Synchronous
Terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock ( pewaktu )
2. Asynchronous
Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung pada event sebelumnya

  • Ø    Lebar Bus
    Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.
  • Ø    Jenis Transfer Data
    Transfer data yang menggunakan bus di antaranya adalah :
    1. Operasi Read
    2. Operasi Write
    3. Operasi Read Modify Write
    4. Operasi Read After Write
    5. Operasi Block

 

  • Ø    PCI
                PCI adalah singkatan dari Peripheral Component Interconnect dan merupakan bus yang tidak tergantung pada prosesor, berbandwith tinggi serta dapat berfungsi sebagai mezzanine atau bus peripheral.
    PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi , seperti : graphic display adapter, network interface controller, dan disc controller.

 

PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasiskan mikroprosesor, baik sistem mikroprosesor tunggal ataupun sistem mikroprosesor jamak. Karena itu PCI memanfaatkan timing synchronous dan pola arbitrasi tersentralisasi untuk memberikan sejumlah fungsi.

 

  • Ø    Future Bus +
    Future Bus + adalah standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh IEEE dan didasarkan atas:
  1. 1.          Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor dan teknologi
    tertentu.
  2. 2.           Memiliki protokol transfer asinkron dasar.
  3. 3.          Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault tolerant
    dan memiliki reliabilitas yang tinggi.
  4. 4.          Menawarkan dukungan langsung terhadap memori berbasis
    cache yang dapat digunakan bersama.
  5. 5.          Memberikan definisi transportasi pesan yang kompetibel

 

Proses aliran data pada siklus pengambilannya!

 

 

  • Pada saat siklus pengambilan (fetch cycle), instruksi dibaca dari memori.
  • PC berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diambil.
  • Alamat ini akan dipindahkan ke MAR dan ditaruh di bus alamat.
  • Unit kontrol meminta pembacaan memori dan hasilnya disimpan di bus data dan disalin ke MBR dan kemudian dipindahkan ke IR.
  • PC naik nilainya 1, sebagai persiapan untuk pengambilan selanjutnya.
  • Siklus selesai, unit kontrol memeriksa isi IR untuk menentukan apakah IR berisi operand specifier yang menggunakan pengalamatan tak langsung.

 

Proses aliran data pada siklus tak langsung!

  1. N bit paling kanan pada MBR, yang berisi referensi alamat, dipindahkan ke MAR.
  2. Unit kontrol meminta pembacaan memori, agar mendapatkan alamat operand yang diinginkan ke dalam MBR.
  3. Siklus pengambilan dan siklus tak langsung cukup sederhana dan dapat diramalkan.
  4. Siklus instruksi (instruction cycle) mengambil banyak bentuk karena bentuk bergantung pada bermacam-macam instruksi mesin yang terdapat di dalam IR.
  5. Siklus meliputi pemindahan data di antara register-register, pembacaan atau penulisan dari memori atau I/O, dan atau penggunaan ALU.

 

 

 

Proses aliran data pada siklus interupsi!

 

  • Isi PC saat itu harus disimpan sehingga CPU dapat melanjutkan aktivitas normal setelah terjadinya interrupt.
  • Cara : Isi PC dipindahkan ke MBR untuk kemudian dituliskan ke dalam memori.
  • Lokasi memori khusus yang dicadangkan untuk keperluan ini dimuatkan ke MAR dari unit kontrol.
  • Lokasi ini berupa stack pointer.
  • PC dimuatkan dengan alamat rutin interrupt.
  • Akibatnya, siklus instruksi berikutnya akan mulai mengambil instruksi yang sesuai.

 

 

 

 

 

 

Hubungan bus dalam proses read dan write

 

 

PENGERTIAN DAN CARA KERJA ALU DALAM KOMPUTER

 

Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana hasil dari perhitungan di dalam ALU 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 menggunakan sistem bilangan biner two’s complement. 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).

Arithmatic Logical Unit (ALU), fungsi unit ini adalah untuk melakukan suatu proses data yang berbentuk angka dan logika, seperti data matematika dan statistika. ALU terdiri dari register-register untuk menyimpan informasi.Tugas utama dari ALU adalah melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. Rangkaian pada ALU (Arithmetic and Logic Unit) yang digunakan untuk menjumlahkan bilangan dinamakan dengan Adder. Adder digunakan untuk memproses operasi aritmetika, Adder juga disebut rangkaian kombinasional aritmatika.

Ada 3 jenis adder:

    1. Rangkaian Adder dengan menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.

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

    3. Rangkain Adder dengan menjumlahkan banyak bit disebut Paralel Adder

 

         1. HALF ADDER

Rangkaian Half Adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner yang terdiri dari satu bit, oleh karena itu dinamai Penjumlah Tak Lengkap.

a. jika A = 0 dan B = 0 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0.

b. jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 1.

c. jika A = 1 dan B = 1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0

jika A = 1 dan B =1 dijumlahkan, hasilnya S ( Sum ) = 0. dengan nilai pindahan cy(Carry Out) = 1

Dengan demikian, half adder memiliki 2 masukan ( A dan B ) dan dua keluaran ( S dan Cy ).

 

2. FULL ADDER

Sebuah Full Adder menjumlahkan dua bilangan yang telah dikonversikan menjadi bilangan-bilangan biner. Masing-masing bit pada posisi yang sama saling dijumlahkan. Full Adder sebagai penjumlah pada bit-bit selain yang terendah. Full Adder menjumlahkan dua bit input ditambah dengan nilai Carry-Out dari penjumlahan bit sebelumnya. Output dari Full Adder adalah hasil penjumlahan (Sum) dan bit kelebihannya (carry-out).

 

3. PARALEL  ADDER

Rangkaian Parallel Adder adalah rangkaian penjumlah dari dua bilangan yang telah dikonversikan ke dalam bentuk biner. Anggap ada dua buah register A dan B, masing-masing register terdiri dari 4 bit biner : A3A2A1A0 dan B3B2B1B0.

Rangkaian Parallel Adder terdiri dari Sebuah Half Adder (HA) pada Least Significant Bit (LSB) dari masing-masing input dan beberapa Full Adder pada bit-bit berikutnya. Prinsip kerja dari Parallel Adder adalah sebagai berikut : penjumlahan dilakukan mulai dari LSB-nya. Jika hasil penjumlahan adalah bilangan desimal “2” atau lebih, maka bit kelebihannya disimpan pada Cout, sedangkan bit di bawahnya akan dikeluarkan pada Σ. Begitu seterusnya menuju ke Most Significant Bit (MSB)nya.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi sesuai dengan instruksi program yaitu operasi logika (logical operation). Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika.

Arithmatic Logical Unit (ALU):

·         Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.

·         ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya

·         ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri.

Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add(penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub(pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.

ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah “add” untuk menambahkan bilangan, atau “devide” atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua buah bilangan.

Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenisprosesor,kecuali untuk prosesor yang compatible dengannya.

Seperti halnya dalam bahasa yang digunakan oleh manusia, instruction set ini juga memiliki aturan bahasa yang bisa saja berbeda satu dengan lainnya. Bandingkanlah beda struktur bahasa Inggris dengan Indonesia, atau dengan bahasa lainnya, begitu juga dengan instruction set yang ada pada mesin, tergantung dimana lingkungan instruction set itu digunakan. Selain bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (³ ).

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s