1. Patrik 8
2. Rahmat Hidayat 8
3. Novrinda 8.5
4. Robbi Adil Ofali 8
5. Ronal Dauli 8
6. Ahmad Sajuli 8
7. Afrimatika 8
8. Dori Putra 8
9. Angga JAfario 8
10. Rika Nurmalasari 8.5
11. Idris Mukni 8.5
12. Armando 8.5
13. Budi Indrawan 8
14. Anggri Putro 8
15. Akmal 8
16. Cindra Mulyadi 8
17. Syaidul Rohman 8
Bagi nama yg blm terdaftar tetapi sudah mengirim tugas harap melapor di stianie7@yahoo.com
Recent Posts
17 February 2006
08 February 2006
Sistem Operasi
Sistem operasi merupakan sebuah penghubung antara pengguna dari komputer dengan perangkat keras komputer. Sebelum ada sistem operasi, orang hanya mengunakan komputer dengan menggunakan sinyal analog dan sinyal digital. Seiring dengan berkembangnya pengetahuan dan teknologi, pada saat ini terdapat berbagai sistem operasi dengan keunggulan masing-masing. Untuk lebih memahami sistem operasi maka sebaiknya perlu diketahui terlebih dahulu beberapa konsep dasar mengenai sistem operasi itu sendiri.
Pengertian sistem operasi secara umum ialah pengelola seluruh sumber-daya yang terdapat pada sistem komputer dan menyediakan sekumpulan layanan (system calls) ke pemakai sehingga memudahkan dan menyamankan penggunaan serta pemanfaatan sumber-daya sistem komputer.
Fungsi Dasar
Sistem komputer pada dasarnya terdiri dari empat komponen utama, yaitu perangkat-keras, program aplikasi, sistem-operasi, dan para pengguna. Sistem operasi berfungsi untuk mengatur dan mengawasi penggunaan perangkat keras oleh berbagai program aplikasi serta para pengguna.
Sistem operasi berfungsi ibarat pemerintah dalam suatu negara, dalam arti membuat kondisi komputer agar dapat menjalankan program secara benar. Untuk menghindari konflik yang terjadi pada saat pengguna menggunakan sumber-daya yang sama, sistem operasi mengatur pengguna mana yang dapat mengakses suatu sumber-daya. Sistem operasi juga sering disebut resource allocator. Satu lagi fungsi penting sistem operasi ialah sebagai program pengendali yang bertujuan untuk menghindari kekeliruan (error) dan penggunaan komputer yang tidak perlu.
Tujuan Mempelajari Sistem Operasi
Tujuan mempelajari sistem operasi agar dapat merancang sendiri serta dapat memodifikasi sistem yang telah ada sesuai dengan kebutuhan kita, agar dapat memilih alternatif sistem operasi, memaksimalkan penggunaan sistem operasi dan agar konsep dan teknik sistem operasi dapat diterapkan pada aplikasi-aplikasi lain.
Sasaran Sistem Operasi
Sistem operasi mempunyai tiga sasaran utama yaitu kenyamanan -- membuat penggunaan komputer menjadi lebih nyaman, efisien -- penggunaan sumber-daya sistem komputer secara efisien, serta mampu berevolusi -- sistem operasi harus dibangun sehingga memungkinkan dan memudahkan pengembangan, pengujian serta pengajuan sistem-sistem yang baru.
Sejarah Sistem Operasi
Menurut Tanenbaum, sistem operasi mengalami perkembangan yang sangat pesat, yang dapat dibagi kedalam empat generasi:
•Generasi Pertama (1945-1955)
Generasi pertama merupakan awal perkembangan sistem komputasi elektronik sebagai pengganti sistem komputasi mekanik, hal itu disebabkan kecepatan manusia untuk menghitung terbatas dan manusia sangat mudah untuk membuat kecerobohan, kekeliruan bahkan kesalahan. Pada generasi ini belum ada sistem operasi, maka sistem komputer diberi instruksi yang harus dikerjakan secara langsung.
•Generasi Kedua (1955-1965)
Generasi kedua memperkenalkan Batch Processing System, yaitu Job yang dikerjakan dalam satu rangkaian, lalu dieksekusi secara berurutan.Pada generasi ini sistem komputer belum dilengkapi sistem operasi, tetapi beberapa fungsi sistem operasi telah ada, contohnya fungsi sistem operasi ialah FMS dan IBSYS.
•Generasi Ketiga (1965-1980)
Pada generasi ini perkembangan sistem operasi dikembangkan untuk melayani banyak pemakai sekaligus, dimana para pemakai interaktif berkomunikasi lewat terminal secara on-line ke komputer, maka sistem operasi menjadi multi-user (di gunakan banyak pengguna sekali gus) dan multi-programming (melayani banyak program sekali gus).
•Generasi Keempat (Pasca 1980an)
Dewasa ini, sistem operasi dipergunakan untuk jaringan komputer dimana pemakai menyadari keberadaan komputer-komputer yang saling terhubung satu sama lainnya. Pada masa ini para pengguna juga telah dinyamankan dengan Graphical User Interface yaitu antar-muka komputer yang berbasis grafis yang sangat nyaman, pada masa ini juga dimulai era komputasi tersebar dimana komputasi-komputasi tidak lagi berpusat di satu titik, tetapi dipecah dibanyak komputer sehingga tercapai kinerja yang lebih baik.
Layanan Sistem Operasi
Sebuah sistem operasi yang baik menurut Tanenbaum harus memiliki layanan sebagai berikut: pembuatan program, eksekusi program, pengaksesan I/O Device, pengaksesan terkendali terhadap berkas pengaksesan sistem, deteksi dan pemberian tanggapan pada kesalahan, serta akunting.
Pembuatan program yaitu sistem operasi menyediakan fasilitas dan layanan untuk membantu para pemrogram untuk menulis program; Eksekusi Program yang berarti Instruksi-instruksi dan data-data harus dimuat ke memori utama, perangkat-parangkat masukan/ keluaran dan berkas harus di-inisialisasi, serta sumber-daya yang ada harus disiapkan, semua itu harus di tangani oleh sistem operasi; Pengaksesan I/O Device, artinya Sistem Operasi harus mengambil alih sejumlah instruksi yang rumit dan sinyal kendali menjengkelkan agar pemrogram dapat berfikir sederhana dan perangkat pun dapat beroperasi; Pengaksesan terkendali terhadap berkas yang artinya disediakannya mekanisme proteksi terhadap berkas untuk mengendalikan pengaksesan terhadap berkas; Pengaksesan sistem artinya pada pengaksesan digunakan bersama (shared system); Fungsi pengaksesan harus menyediakan proteksi terhadap sejumlah sumber-daya dan data dari pemakai tak terdistorsi serta menyelesaikan konflik-konflik dalam perebutan sumber-daya; Deteksi dan Pemberian tanggapan pada kesalahan, yaitu jika muncul permasalahan muncul pada sistem komputer maka sistem operasi harus memberikan tanggapan yang menjelaskan kesalahan yang terjadi serta dampaknya terhadap aplikasi yang sedang berjalan; dan Akunting yang artinya Sistem Operasi yang bagus mengumpulkan data statistik penggunaan beragam sumber-daya dan memonitor parameter kinerja.
Struktur Komputer
Struktur sebuah sistem komputer dapat dibagi menjadi:
•Sistem Operasi Komputer.
•Struktur I/O.
•Struktur Penyimpanan.
•Storage Hierarchy.
•Proteksi Perangkat Keras.
Sistem Operasi Komputer
Dewasa ini sistem komputer multiguna terdiri dari CPU (Central Processing Unit); serta sejumlah device controller yang dihubungkan melalui bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap device controller bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya disk drive, audio device, dan video display). CPU dan device controller dapat dijalankan secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme sinkronisasi untuk mengatur akses ke memori.
Pada saat pertama kali dijalankan atau pada saat boot, terdapat sebuah program awal yang mesti dijalankan. Program awal ini disebut program bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem komputer, mulai dari register CPU, device controller, sampai isi memori.
Interupsi merupakan bagian penting dari sistem arsitektur komputer. Setiap sistem komputer memiliki mekanisme yang berbeda. Interupsi bisa terjadi apabila perangkat keras (hardware) atau perangkat lunak (software) minta "dilayani" oleh prosesor. Apabila terjadi interupsi maka prosesor menghentikan proses yang sedang dikerjakannya, kemudian beralih mengerjakan service routine untuk melayani interupsi tersebut. Setelah selesai mengerjakan service routine maka prosesor kembali melanjutkan proses yang tertunda.
Struktur I/O
Bagian ini akan membahas struktur I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan interupsi.
Interupsi I/O
Untuk memulai operasi I/O, CPU me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya device controller memeriksa isi register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan. Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan asynchronous I/O. Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna setelah proses I/O selesai dikerjakan. Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses I/O selesai. Sehingga proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.
Struktur DMA
Direct Memory Access (DMA) suatu metoda penanganan I/O dimana device controller langsung berhubungan dengan memori tanpa campur tangan CPU. Setelah men-set buffers, pointers, dan counters untuk perangkat I/O, device controller mentransfer blok data langsung ke penyimpanan tanpa campur tangan CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O dengan kecepatan tinggi. Hanya terdapat satu interupsi setiap blok, berbeda dengan perangkat yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi terjadi untuk setiap byte (word).
Struktur Penyimpanan
Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun demikian hal ini tidak mungkin karena:
•Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.
•Memori utama bersifat volatile, tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.
Memori Utama
Hanya memori utama dan register merupakan tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Oleh karena itu instruksi dan data yang akan dieksekusi harus disimpan di memori utama atau register.
Untuk mempermudah akses perangkat I/O ke memori, pada arsitektur komputer menyediakan fasilitas pemetaan memori ke I/O. Dalam hal ini sejumlah alamat di memori dipetakan dengan device register. Membaca dan menulis pada alamat memori ini menyebabkan data ditransfer dari dan ke device register. Metode ini cocok untuk perangkat dengan waktu respon yang cepat seperti video controller.
Register yang terdapat dalam prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register merupakan media penyimpanan dengan akses paling cepat bandingkan dengan memori utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan, dibuatlah suatu penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.
Magnetic Disk
Magnetic Disk berperan sebagai secondary storage pada sistem komputer modern. Magnetic Disk disusun dari piringan-piringan seperti CD. Kedua permukaan piringan diselimuti oleh bahan-bahan magnetik. Permukaan dari piringan dibagi-bagi menjadi track yang memutar, yang kemudian dibagi lagi menjadi beberapa sektor.
Storage Hierarchy
Dalam storage hierarchy structure, data yang sama bisa tampil dalam level berbeda dari sistem penyimpanan. Sebagai contoh integer A berlokasi pada bekas B yang ditambahkan 1, dengan asumsi bekas B terletak pada magnetic disk. Operasi penambahan diproses dengan pertama kali mengeluarkan operasi I/O untuk menduplikat disk block pada A yang terletak pada memori utama Operasi ini diikuti dengan kemungkinan penduplikatan A ke dalam cache dan penduplikatan A ke dalam internal register. Sehingga penduplikatan A terjadi di beberapa tempat. Pertama terjadi di internal register dimana nilai A berbeda dengan yang di sistem penyimpanan. Dan nilai di A akan kembali sama ketika nilai baru ditulis ulang ke magnetic disk.
Pada kondisi multi prosesor, situasi akan menjadi lebih rumit. Hal ini disebabkan masing-masing prosesor mempunyai local cache. Dalam kondisi seperti ini hasil duplikat dari A mungkin hanya ada di beberapa cache. Karena CPU (register-register) dapat dijalankan secara bersamaan maka kita harus memastikan perubahan nilai A pada satu cache akan mengubah nilai A pada semua cache yang ada. Hal ini disebut sebagai Cache Coherency.
Proteksi Perangkat Keras
Sistem komputer terdahulu berjenis programmer-operated systems. Ketika komputer dioperasikan dalam konsul mereka (pengguna) harus melengkapi sistem terlebih dahulu. Akan tetapi setelah sistem operasi lahir maka hal tersebut diambil alih oleh sistem operasi. Sebagai contoh pada monitor yang proses I/O sudah diambil alih oleh sistem operasi, padahal dahulu hal ini dilakukan oleh pengguna.
Untuk meningkatkan utilisasi sistem, sistem operasi akan membagi sistem sumber daya sepanjang program secara simultan. Pengertian spooling adalah suatu program dapat dikerjakan walau pun I/O masih mengerjakan proses lainnya dan disk secara bersamaan menggunakan data untuk banyak proses. Pengertian multi programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu waktu.
Pembagian ini memang menguntungkan sebab banyak proses dapat berjalan pada satu waktu akan tetapi mengakibatkan masalah-masalah baru. Ketika tidak di sharing maka jika terjadi kesalahan hanyalah akan membuat kesalahan program. Tapi jika di-sharing jika terjadi kesalahan pada satu proses/ program akan berpengaruh pada proses lainnya.
Sehingga diperlukan pelindung (proteksi). Tanpa proteksi jika terjadi kesalahan maka hanya satu saja program yang dapat dijalankan atau seluruh output pasti diragukan.
Banyak kesalahan pemprograman dideteksi oleh perangkat keras. Kesalahan ini biasanya ditangani oleh sistem operasi. Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada sistem operasi dan sistem operasi akan menginterupsi dan mengakhirinya. Pesan kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan kesalahan dan menjalankan program ulang.
Operasi Dual Mode
Untuk memastikan operasi berjalan baik kita harus melindungi sistem operasi, program, dan data dari program-program yang salah. Proteksi ini memerlukan share resources. Hal ini bisa dilakukan sistem operasi dengan cara menyediakan pendukung perangkat keras yang mengizinkan kita membedakan mode pengeksekusian program.
Mode yang kita butuhkan ada dua mode operasi yaitu:
•Mode Monitor.
•Mode Pengguna.
Pada perangkat keras akan ada bit atau Bit Mode yang berguna untuk membedakan mode apa yang sedang digunakan dan apa yang sedang dikerjakan. Jika Mode Monitor maka akan benilai 0, dan jika Mode Pengguna maka akan bernilai 1.
Pada saat boot time, perangkat keras bekerja pada mode monitor dan setelah sistem operasi di-load maka akan mulai masuk ke mode pengguna. Ketika terjadi trap atau interupsi, perangkat keras akan men-switch lagi keadaan dari mode pengguna menjadi mode monitor (terjadi perubahan state menjadi bit 0). Dan akan kembali menjadi mode pengguna jikalau sistem operasi mengambil alih proses dan kontrol komputer (state akan berubah menjadi bit 1).
Proteksi I/O
Pengguna bisa mengacaukan sistem operasi dengan melakukan instruksi I/O ilegal dengan mengakses lokasi memori untuk sistem operasi atau dengan cara hendak melepaskan diri dari prosesor. Untuk mencegahnya kita menganggap semua instruksi I/O sebagai privilidge instruction sehingga mereka tidak bisa mengerjakan instruksi I/O secara langsung ke memori tapi harus lewat sistem operasi terlebih dahulu. Proteksi I/O dikatakan selesai jika pengguna dapat dipastikan tidak akan menyentuh mode monitor. Jika hal ini terjadi proteksi I/O dapat dikompromikan.
Proteksi Memori
Salah satu proteksi perangkat keras ialah dengan proteksi memori yaitu dengan pembatasan penggunaan memori. Disini diperlukan beberapa istilah yaitu:
•Base Register yaitu alamat memori fisik awal yang dialokasikan/ boleh digunakan oleh pengguna.
•Limit Register yaitu nilai batas dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.
•Proteksi Perangkat Keras.
Sebagai contoh sebuah pengguna dibatasi mempunyai base register 300040 dan mempunyai limit register 120900 maka pengguna hanya diperbolehkan menggunakan alamat memori fisik antara 300040 hingga 420940 saja.
S I S T E M B U S
Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus, dan signal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat diterima oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka signal-signalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikian, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transmisi pada suatu saat tertentu.
Umumnya, sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi, atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan singnal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapt ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkannya, beberapa saluran dari sebuah bus dapat digunakan mentransmisikan digit biner secara bersamaan (secara 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 sistem komputer. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, I/O) disebut bus sistem. Struktur interkoneksi komputer yang umum ditemukan didasarkan pada penggunaan satu bus sistem atau lebih.
A. Struktur Bus
Biasanya 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 diklarifikasikan menjadi tiga kelompok (gambar 1.1): data, alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, mungkin terdapat saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul terhubung.
Control
Address
Data
Gambar 1.1. Pola Interkoneksi Bus
Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran-saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran, jumlah saluran dikaitkan denga 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.
Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word (8, 16, atau 32 bit) data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Jeas, lebar bus alamat menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat menetukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port I/O. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul. Misalnya pada bus 8 bit, alamat 01111111 dan dibawanya dapat mereferensi lokasi-lokasi di dalam modul memori (modul 0) dengan 128 word memori, dan alamat 10000000 dan diatasnya berkaitan dengan perangkat-perangkat yang terhubung ke sebuah modul I/O (modul 1).
Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh saluran komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Signal-signal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Signal-signal pewaktuan menunjukkan validasi data dan informasi alamat. Signal-signal perintah menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya, salran kontrol meliputi :
1. Memori Write menyebabkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat
2. Memori Read menyebabkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus
3. I/O Write menyebabkan data pada bus di-output-kan ke port I/O yang beralamat
4. I/O Read menyebabkan data dari port I/O yang beralamat ditempatkan pada bus
5. Transfer ACK menunjukan bahwa data telah diterima dari bus atau telah ditempatkan di bus
6. Bus Request menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus
7. BusGrant menunjukkan bahwa modul yang melakukan request telah diberikan hak mengontrol bus
8. Interrupt Request menandakan bahwa sebuah interrupt ditangguhkan
9. Interrupt ACK memberitahukan bahwa interrupt yang ditangguhkan telah diketahui
10. Clock digunakan untuk mensinkronkan operasi-operasi
11. Reset menginisialisasi seluruh modul
Operasi bus adalah sebagai berikut. Bila sebuah modul akan mengirimkan data ke modul lainnya, maka modul itu harus melakukan dua hal : (1) memperoleh penggunaan bus, dan (2) memindahkan data melalui bus. Bila sebuah modul akan meminta data dari modul lainnya, maka modul itu harus (1) memperoleh penggunaan bus, dan (2) memindahkan sebuah request ke modul lainnya melalui saluran kontrol dan saluran alamat yang sesuai. Kemudian modul harus menunggu modul kedua untuk mengirimkan data.
Secara fisik, sebenarnya bus sistem merupakan sejumlah konduktor listrik paralel. Konduktor-konduktor ini berupa kawat logam yang berakhir pada kartu atau papan (printed circuit board – PCB). Bus melintasi seluruh komponen sistem, yang masing-masingnya disambungkan ke beberapa atau semua saluran bus. Tatanan secara fisik yang umum digunakan terdiri dari dua buah kolom konduktor vertikal. Pada interval sepanjang kolom, terdapat titik penghubung dalam bentuk slot-slot yang menjulur keluar secara horisontal untuk mendukung printed circuit board. Setiap komponen utama sistem berisi sebuah board atau lebih dan disisipkan ke dalam bus pada slot-slot tersebut. Tatanan keseluruhan ditempatkan di dalam sebuah chasis.
Tatanan ini sangat mudah. Sistem komputer yang kecil dapat memakainya dan kemudian dapat dikembangkan lagi (memori yang lebih besar, dan I/O yang lebih banyak) dengan menambahkan board lebih banyak. Bila komponen lainnya pada board mengalami kegagalan, maka board itu dengan mudah dapat dikeluarkan dan diganti.
B. Hirarki Multiple Bus
Bila perangkat yang berjumlah sangat banyak dihubungkan ke bus, maka akan terjadi penurunan kinerja. Terdapat dua sebab utama :
1. Secara umum, semakin banyak perangkat yang dihubungkan ke bus, semakin besar delay propagasinya. Delay ini menentukan waktu yang diperlukan perangkat untuk mengkoordinasi penggunaan bus. Pada saat kontrol bus sering melintasi satu perangkat ke perangkat lainnya, delay propagasi ini akan sangat mempengaruhi kinerja.
2. Bus akan menjadi penyumbat dengan semakin besarnya perpindahan data yang hampir mendekati kapisitas bus. Sampai tingkat tertentu, masalah ini dapat diatasi dengan memakai bus-bus yang lebih lebar (misalnya, meningkatkan bus data dari 32 menjadi 64 bit). Namun karena kelajuan data disebabkan oleh perangkat-perangkat terhubung (misalnya, pengontrol grafis dan video, interface jaringan) berkembang dengan cepat, maka dalam perlombaan ini besar kemungkinan bus tunggal akan menderita kekalahan.
Dengan demikian, sebagian sistem komputer menikmati manfaat bus jamak, yang sebagaian besar berbentuk hirarkikal.. Terdapat bus lokal yang menghubungkan proseseor dengan cache memori dan bus lokal dapat mendukung sebuah perangkat lokal atau lebih. Pengontrol cache memory tidak hanya menghubungkan chace dengan bus lokal itu saja, namun juga dengan bus sistem yang terhubung dengan seluruh modul memori utama. Manfaat struktur cache memori melindungi prosesor dari keharusan seringnya mengakses memori utama, sehingga memori utama dapat dipindahkan dari bus lokal ke bus sistem. Dengan cara ini, transfer I/O ke memori utama dan transfer dari memori utama yang melintasi bus sistem tidak mengganggu aktivitas prosesor.
Sangat mungkin untuk menghubungkan pengontrol I/O secara langsung dengan bus sistem. Penyelesaian yang lebih efisien untuk masalah ini adalah dengan memanfaatkan satu bus ekspansi atau lebih. Interface bus ekspansi mem-buffer-kan transfer data antara bus sistem dengan pengontrol I/O pada bus ekspansi. Pengaturan seperti ini memungkinkan sistem mendukung bermacam-macam perangkat I/O dan sekaligus melindungi lalulintas dari memori ke prosesor dari lalulintas I/O.
Koneksi jaringan meliputi local area network (LAN) seperti misalnya Ethernet 10-Mbps dan koneksi ke wide area network (WAN) seperti misalnya jaringan packet-switching SCSI (Small Computer system Interface) sendiri merupakan jenis bus yang dapat digunakan untuk mendukung disk drive lokal dan peripheral lainnya. Sebuah port dapat dipakai untuk mendukung sebuah printer atau scanner.
Arsitektur bus tradisional cukup efisien, namun mulai mengalami penurunan dengan semakin tingginya kinerja pada perangkat I/O. Untuk menjawab meningkatnya kebutuhan seperti ini, penyelesaian yang telah diambil oleh industri adalah dengan membuat bus berkecepatan tinggi yang sangat terintegrasi dengan sistem, yang hanya memerlukan bridge antar bus prosesor dengan bus berkecepatan tinggi. Pengaturan ini sering kali dikenal sebagai arsitektur mezzanine.
Local Bus
Sistem Bus
High Speed Bus
Expansion Bus
Gambar 1.2. Arsitektur Berkinerja Tinggi
Gambar 1.2 menggambarkan realisasi pendekatan ini. Di sini terdapat bus lokal yang menghubungkan prosesor dengan pengontrol cache, yang pada gilirannya akan dihubungkan dengan bus sistem yang mendukung memori utama. Pengontrolan cache terintegrasi dengan sebuah bridge, atau perangkat buffering, yang terhubung dengan bus berkecepatan tinggi. Bus ini mendukung koneksi dengan LAN berkecepatan tinggi, seperti Fiber Distributed Data Interface (FDDI) yang berkecepatan 100 Mbps, pengontrol workststion video dan grafis, dan juga pengontrol interface untuk bus-bus peripheral lokal, misal SCSI dan P1394. P1394 adalah bus berkecepatan tinggi yang dirancang khusus untuk mendukung perangkat I/O berkapasitas tinggi. Perangkat-perangkat lebih rendah masih dapat didukung oleh bus ekspansi, dengan lalulintas buffering interface antara bus ekspansi dengan bus kecepatan tinggi.
Keuntungan penganturan seperti di atas adalah bahwa bus berkecepatan tinggi menyebabkan perangkat yang berkapasitas besar menjadi lebih terintegrasi dengan prosesor dan sekaligus tidak tergantung lagi terhadap prosesor. Jadi perbedaan definisi-definisi pada prosesor dan bus berkecepatan tinggi dan saluran signal dapat ditolelir. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak mempengaruhi bus berkecepatan tinggi, demikian pula sebaliknya.
C. Elemen-elemen Rancangan Bus
Walaupun terdapat bermacam-macam perbedaan implementasi bus, hanya terdapat sedikit parameter dasar atau elemen rancangan yang dapat dipakai untuk mengklasifikasikan dan membedakan bus. Berikut ini elemen-elemen penting tersebut
Jenis Bus
Saluran bus dapat dipisahkan menjadi dua tipe umum yaitu dedicated dan multiplexed. Suatu salauran bus dedicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau suset 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 saluran 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 memiliki 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 hanya memerlukan saluran yang lebih sedikit, yang menghemat ruang dan biaya. Kerugiannya adalah diperlukan rangkaian yang lebih komplek 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, karena hanya terjadi kemacetan lalulintas data yang kecil. Kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem.
Metode Arbitrasi
Di dalam semua sistem kecuali sistem yang paling sederhana, lebih dari stau modul diperlukan untuk mengontrol bus. Misalnya, sebuah I/O mungkin diperlukan untuk membaca atau menulis secara langsung ke memori, dengan tanpa mengirim data ke CPU. Karena pada satu saat hanya sebuah unit yang berhasil mentransmisikan data melalui bus, maka diperlukan beberapa metode arbitrasi. Bermacam-macam metode secara garis besarnya dapat digolongkan sebagai metode tersentralisasi dan metode terdistribusi. Pada metode tersentralisasi, sebuah perangkat hardware, yang dikenal sebagai pengontrol bus atau arbitrer, bertanggungjawab atas alokasi waktu pada bus. Mungkin perangkat berbentuk modul atau bagian CPU yang terpisah. Pada metode terdistribusi, tidak terdapat pengontrolan sentral. Melainkan, setiap modul terdiri dari acces 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 adata yang khusus ini. Kita akan melihat kedua metode arbitrasi ini kemudian di dalam bagian ini.
Timing
Timing berkaitan dengan cara terjadinya event dikoordinasikan pada bus. Dengan timing yang syncronous, terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock). Bus meliputi sebuah saluran, waktu tempat pewaktu mentransmisikan rangkaian bilangan 1 dan 0 dalam durasi yang sama. Sebuah transmisi 1 dan 0 dikenal sebagi siklus waktu atau siklus bus dan menentukan besarnya slot waktu. Semua perangkat lainnya pada bus dapat membaca saluran waktu, dan semua event dimulai pada awal siklus. Signal-signal bus lainnya dapat berubah pada ujung muka signal waktu. Di dalam contoh sederhana ini, CPU mengeluarkan signal baca dan menempatkan alamat memori pada bus alamat. CPU juga mengeluarkan signal awal untuk menandai keberadaan alamat dan informasi kontrol pada bus. Modul memori mengetahui alamat itu, dan setelah delay 1 siklus, menempatkan data dan signal balasan pada bus.
Dengan timing asinkron, terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung pada event sebelumnya. CPU menempatkan alamat dan membaca signal pada bus. Setelah berhenti untu memberi kesempatan signal ini menjadi stabil, CPU mengeluarkan signal MSYN (master syn), yang menandakan keberadaan alamat yang valid dan signal kontrol. Modul memori memberikan respons dengan data dan signal SSYN(slave syn), yang menunjukkan respons.
Timing sinkron lebih mudah untuk diimplementasikan dan ditest. Namun timing ini kurang fleksibel dibandingkan dengan timing asinkron. Karena semua perangkat pada bus sinkron terkait denga kelajuan pewaktu yang tetap, maka sistem tidak dapat memanfaatkan peningkatan kinerja. Dengan menggunakan timing sinkron, campuran antara perangkat yang lamban dan cepat, baik dengan menggunakan teknologi lama maupun baru, dapat menggunakan bus secara bersama-sama. Kita akan membahas contoh timing sinkron dan asinkron.
Lebar Bus
Kita telah menyinggung konsep lebar bus. Lebar bus data dapat mempengaruhi kinerja sistem, semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransferkan pada suatu saat. Lebar bus alamat mempunyai pengaruh pada kapasitas sistem, semakin lebar bus alamat, semakin besar range lokasi yang dapat direferensi.
Jenis Transfer Data
Suatu bus mendukung bermacam-macam transfer data. Semua bus mendukung transfer baca (master ke slave) dan tulis (slave ke master). Pada multiplexed address/data bus, pertama-tama bus digunakan untuk menspesifikasikan alamat dan kemudian untuk melakukan transfer data. Untuk operasi baca, biasanya terdapat waktu tunggu pada saat data sedang diambil dari slave untuk ditaruh pada bus. Baik bagi operasi baca maupun tulis, mungkin juga terdapat delay bila hal itu diperlukan untuk melalui arbitrasi agar mendapatkan kontrol bus untuk sisa operasi (yaitu, mengambil alih bus untuk melakukan request baca atau tulis, kemudian mengambil alih lagi bus untuk membentuk operasi baca atau tulis).
Pada alamat dedicated dan bus-bus data, alamat ditaruh pada bus alamat dan tetap berada di sana selama data tersimpan pada bus-bus data. Bagi operasi tulis, master menaruh data pada bus data begitu alamat telah stabil dan slave telah mempunyai kesempatan untuk mengetahui alamatnya. Bagi operasi baca, slave menaruh data pada bus data begitu slave mengetahui alamatnya dan telah mengambil data.
Terdapat pula beberapa kombinasi operasi yang diijinkan oleh sebagian bus. Suatu operasi baca-modifikasi-tulis merupakan sebuah operasi baca yang diikuti oleh operasi tulis ke alamat yang sama. Alamat hanya di-broadcast satu kali saja pada awal operasi. Biasanya urutan operasi secara keseluruhan tidak dapat dibagi-bagi untuk menjaga setiap akses ke elemen data oleh master-master bus lainnya. Tujuan utama dari kemampuan ini adalah untuk melindungi sumber sumber daya memori yang dapat dipakai bersama-sama di dalam sistem multiprogramming.
Operasi read-after-write merupakan operasi yang tidak dapat dibagi-bagi yang berisi operasi tulis yang diikuti oleh operasi baca dari alamat yang sama. Operasi baca dibentuk untuk tujuan pemerikasaan.
Sebagian sistem bus juga mendukung transfer data blok. Dalam hal ini, sebuah siklus alamat diikuti oleh n siklus data. Butir data pertama ditransfer ke alamat tertentu atau ditransfer dari alamat tertentu, butir-butir data lainnya ditransfer ke alamat-alamat berikutnya atau tarnsfer dai alamat-alamat berikutnya.
D. Peripheral Component Interconnect (PCI)
Peripheral Component Interconnect (PCI) merupakan bus yang tidak tergantung proseser dan berbandwidth tinggi yang dapat berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. Dibandingkan dengan spesifikasi bus lainnya, PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi (misalnya, grapicdisplay adapter, network interface controller, disk controller, dll).
Intel menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistem berbasis Pentium. Segera intel menerbitkan semua patent bagi domain publik dan mempromosikan pembuatan himpunan industri, PCI SIG, untuk pembuatan lebih lanjut dan pemeliharaan kompatibilitas spesifikasi PCI. Hasilnya adalah bahwa PCI secara luas diterima dan penggunaannya pada komputer pribadi, workststion, dan sistem server terus meningkat. PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasis microprosesor, baik sistem microprosesor tunggal maupun banyak. Karena itu, PCI memberikan sejumlah fungsi untuk kebutuhan umum. Sebagai contoh, bus PCI adalah interface antara chipset dengan slot PCI (gambar 1.3)
Gambar 1.3 Interface anatar chipset dengan slot PCI
Berikut ini list tabel memmori CPU dan kecepatan bus CPU/Host.
Processor Memory Bus CPU/Host Bus
Intel Celeron/366 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/400 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/433 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/466 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/500 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/533 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Pentium II/350 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium II/400 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/450 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/500 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/550 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/600 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/650 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/700 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/750 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/800 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/850 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/1,000 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/533 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/600EB 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/667 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/733 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/800B 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/866 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/933 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/1,000 100MHz or higher (**) 133MHz
(*) Bus memori 66MHz atau 100MHz tergantung pada chipset
(**) 300MHz, 356MHz, atau 400MHz memakai rambus memori PC600, PC700, atau PC800
Bus I/O Secara Fisik
Secara fisik, bus I/O terdiri dari stu atau lebih jalur pada PCB. Jalur-jalur ini digunakan sebagai :
• Jalur-jalur data, yang masing-masing jalur dapat memindahkan satu bit tiap saat
• Jalur-kalur alamat, yang menentukan dimana data-data harus dikirim
• Jalur-jalur lain untuk tik clock, tegangan, signal pemerikasa, dll
Berikut ini list tabel bus, tahun, lebar bus, kecepatn bus, dan transmisi maksimal
Bus Tahun Lebar
Bus Kecepatn Bus Transmisi Max
PC and XT
1980-82
8 bit
Sinkron dengan CPU:4.77-6 MHz
4-6 MBps
ISA (AT), Bus sederhana 1984 16 bit Sinkron:8-10 MHz 8 MBps
MCA, Tingkat lanjut, bus cerdas oleh IBM 1987 32 bit Asinkron:10.33 MHz 40 MBps
EISA, Bus untuk server 1987 32 bit Sinkron:max 8 MHz 32 MBps
VL, Bus kecepatan tinggi, digunakan untuk generasi 486 1993 32 bit Sinkron:33-50 MHz 100-160 MPps
PCI, Bus cerdas, bus kecepatan tinggi tingkat lanjut 1993 32 bit Asinkron:33 MHz 132 MBps
USB, Bus modern, sederhana, dan pintar 1997 ? Serial 1.2 MBps
FireWire, (IEEE1394) Bus I/O kecepatan tinggi untuk penyimpanan, video, dll 1999 ? Serial 80 MBps
Daftar Pustaka
Organisasi dan Arsitektur Komputer, William Stallings, Prenhallindo, Jakarta, 1998
Seri Technical Support, Team Training APJII dan PPAU-ME ITB, Bandung, 2000
http://www.premio.com/
Umumnya, sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi, atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan singnal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapt ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkannya, beberapa saluran dari sebuah bus dapat digunakan mentransmisikan digit biner secara bersamaan (secara 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 sistem komputer. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, I/O) disebut bus sistem. Struktur interkoneksi komputer yang umum ditemukan didasarkan pada penggunaan satu bus sistem atau lebih.
A. Struktur Bus
Biasanya 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 diklarifikasikan menjadi tiga kelompok (gambar 1.1): data, alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, mungkin terdapat saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul terhubung.
Control
Address
Data
Gambar 1.1. Pola Interkoneksi Bus
Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran-saluran ini secara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran, jumlah saluran dikaitkan denga 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.
Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data. Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word (8, 16, atau 32 bit) data dari memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Jeas, lebar bus alamat menentukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat menetukan kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port I/O. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul. Misalnya pada bus 8 bit, alamat 01111111 dan dibawanya dapat mereferensi lokasi-lokasi di dalam modul memori (modul 0) dengan 128 word memori, dan alamat 10000000 dan diatasnya berkaitan dengan perangkat-perangkat yang terhubung ke sebuah modul I/O (modul 1).
Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh saluran komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Signal-signal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Signal-signal pewaktuan menunjukkan validasi data dan informasi alamat. Signal-signal perintah menspesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya, salran kontrol meliputi :
1. Memori Write menyebabkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat
2. Memori Read menyebabkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus
3. I/O Write menyebabkan data pada bus di-output-kan ke port I/O yang beralamat
4. I/O Read menyebabkan data dari port I/O yang beralamat ditempatkan pada bus
5. Transfer ACK menunjukan bahwa data telah diterima dari bus atau telah ditempatkan di bus
6. Bus Request menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus
7. BusGrant menunjukkan bahwa modul yang melakukan request telah diberikan hak mengontrol bus
8. Interrupt Request menandakan bahwa sebuah interrupt ditangguhkan
9. Interrupt ACK memberitahukan bahwa interrupt yang ditangguhkan telah diketahui
10. Clock digunakan untuk mensinkronkan operasi-operasi
11. Reset menginisialisasi seluruh modul
Operasi bus adalah sebagai berikut. Bila sebuah modul akan mengirimkan data ke modul lainnya, maka modul itu harus melakukan dua hal : (1) memperoleh penggunaan bus, dan (2) memindahkan data melalui bus. Bila sebuah modul akan meminta data dari modul lainnya, maka modul itu harus (1) memperoleh penggunaan bus, dan (2) memindahkan sebuah request ke modul lainnya melalui saluran kontrol dan saluran alamat yang sesuai. Kemudian modul harus menunggu modul kedua untuk mengirimkan data.
Secara fisik, sebenarnya bus sistem merupakan sejumlah konduktor listrik paralel. Konduktor-konduktor ini berupa kawat logam yang berakhir pada kartu atau papan (printed circuit board – PCB). Bus melintasi seluruh komponen sistem, yang masing-masingnya disambungkan ke beberapa atau semua saluran bus. Tatanan secara fisik yang umum digunakan terdiri dari dua buah kolom konduktor vertikal. Pada interval sepanjang kolom, terdapat titik penghubung dalam bentuk slot-slot yang menjulur keluar secara horisontal untuk mendukung printed circuit board. Setiap komponen utama sistem berisi sebuah board atau lebih dan disisipkan ke dalam bus pada slot-slot tersebut. Tatanan keseluruhan ditempatkan di dalam sebuah chasis.
Tatanan ini sangat mudah. Sistem komputer yang kecil dapat memakainya dan kemudian dapat dikembangkan lagi (memori yang lebih besar, dan I/O yang lebih banyak) dengan menambahkan board lebih banyak. Bila komponen lainnya pada board mengalami kegagalan, maka board itu dengan mudah dapat dikeluarkan dan diganti.
B. Hirarki Multiple Bus
Bila perangkat yang berjumlah sangat banyak dihubungkan ke bus, maka akan terjadi penurunan kinerja. Terdapat dua sebab utama :
1. Secara umum, semakin banyak perangkat yang dihubungkan ke bus, semakin besar delay propagasinya. Delay ini menentukan waktu yang diperlukan perangkat untuk mengkoordinasi penggunaan bus. Pada saat kontrol bus sering melintasi satu perangkat ke perangkat lainnya, delay propagasi ini akan sangat mempengaruhi kinerja.
2. Bus akan menjadi penyumbat dengan semakin besarnya perpindahan data yang hampir mendekati kapisitas bus. Sampai tingkat tertentu, masalah ini dapat diatasi dengan memakai bus-bus yang lebih lebar (misalnya, meningkatkan bus data dari 32 menjadi 64 bit). Namun karena kelajuan data disebabkan oleh perangkat-perangkat terhubung (misalnya, pengontrol grafis dan video, interface jaringan) berkembang dengan cepat, maka dalam perlombaan ini besar kemungkinan bus tunggal akan menderita kekalahan.
Dengan demikian, sebagian sistem komputer menikmati manfaat bus jamak, yang sebagaian besar berbentuk hirarkikal.. Terdapat bus lokal yang menghubungkan proseseor dengan cache memori dan bus lokal dapat mendukung sebuah perangkat lokal atau lebih. Pengontrol cache memory tidak hanya menghubungkan chace dengan bus lokal itu saja, namun juga dengan bus sistem yang terhubung dengan seluruh modul memori utama. Manfaat struktur cache memori melindungi prosesor dari keharusan seringnya mengakses memori utama, sehingga memori utama dapat dipindahkan dari bus lokal ke bus sistem. Dengan cara ini, transfer I/O ke memori utama dan transfer dari memori utama yang melintasi bus sistem tidak mengganggu aktivitas prosesor.
Sangat mungkin untuk menghubungkan pengontrol I/O secara langsung dengan bus sistem. Penyelesaian yang lebih efisien untuk masalah ini adalah dengan memanfaatkan satu bus ekspansi atau lebih. Interface bus ekspansi mem-buffer-kan transfer data antara bus sistem dengan pengontrol I/O pada bus ekspansi. Pengaturan seperti ini memungkinkan sistem mendukung bermacam-macam perangkat I/O dan sekaligus melindungi lalulintas dari memori ke prosesor dari lalulintas I/O.
Koneksi jaringan meliputi local area network (LAN) seperti misalnya Ethernet 10-Mbps dan koneksi ke wide area network (WAN) seperti misalnya jaringan packet-switching SCSI (Small Computer system Interface) sendiri merupakan jenis bus yang dapat digunakan untuk mendukung disk drive lokal dan peripheral lainnya. Sebuah port dapat dipakai untuk mendukung sebuah printer atau scanner.
Arsitektur bus tradisional cukup efisien, namun mulai mengalami penurunan dengan semakin tingginya kinerja pada perangkat I/O. Untuk menjawab meningkatnya kebutuhan seperti ini, penyelesaian yang telah diambil oleh industri adalah dengan membuat bus berkecepatan tinggi yang sangat terintegrasi dengan sistem, yang hanya memerlukan bridge antar bus prosesor dengan bus berkecepatan tinggi. Pengaturan ini sering kali dikenal sebagai arsitektur mezzanine.
Local Bus
Sistem Bus
High Speed Bus
Expansion Bus
Gambar 1.2. Arsitektur Berkinerja Tinggi
Gambar 1.2 menggambarkan realisasi pendekatan ini. Di sini terdapat bus lokal yang menghubungkan prosesor dengan pengontrol cache, yang pada gilirannya akan dihubungkan dengan bus sistem yang mendukung memori utama. Pengontrolan cache terintegrasi dengan sebuah bridge, atau perangkat buffering, yang terhubung dengan bus berkecepatan tinggi. Bus ini mendukung koneksi dengan LAN berkecepatan tinggi, seperti Fiber Distributed Data Interface (FDDI) yang berkecepatan 100 Mbps, pengontrol workststion video dan grafis, dan juga pengontrol interface untuk bus-bus peripheral lokal, misal SCSI dan P1394. P1394 adalah bus berkecepatan tinggi yang dirancang khusus untuk mendukung perangkat I/O berkapasitas tinggi. Perangkat-perangkat lebih rendah masih dapat didukung oleh bus ekspansi, dengan lalulintas buffering interface antara bus ekspansi dengan bus kecepatan tinggi.
Keuntungan penganturan seperti di atas adalah bahwa bus berkecepatan tinggi menyebabkan perangkat yang berkapasitas besar menjadi lebih terintegrasi dengan prosesor dan sekaligus tidak tergantung lagi terhadap prosesor. Jadi perbedaan definisi-definisi pada prosesor dan bus berkecepatan tinggi dan saluran signal dapat ditolelir. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak mempengaruhi bus berkecepatan tinggi, demikian pula sebaliknya.
C. Elemen-elemen Rancangan Bus
Walaupun terdapat bermacam-macam perbedaan implementasi bus, hanya terdapat sedikit parameter dasar atau elemen rancangan yang dapat dipakai untuk mengklasifikasikan dan membedakan bus. Berikut ini elemen-elemen penting tersebut
Jenis Bus
Saluran bus dapat dipisahkan menjadi dua tipe umum yaitu dedicated dan multiplexed. Suatu salauran bus dedicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau suset 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 saluran 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 memiliki 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 hanya memerlukan saluran yang lebih sedikit, yang menghemat ruang dan biaya. Kerugiannya adalah diperlukan rangkaian yang lebih komplek 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, karena hanya terjadi kemacetan lalulintas data yang kecil. Kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem.
Metode Arbitrasi
Di dalam semua sistem kecuali sistem yang paling sederhana, lebih dari stau modul diperlukan untuk mengontrol bus. Misalnya, sebuah I/O mungkin diperlukan untuk membaca atau menulis secara langsung ke memori, dengan tanpa mengirim data ke CPU. Karena pada satu saat hanya sebuah unit yang berhasil mentransmisikan data melalui bus, maka diperlukan beberapa metode arbitrasi. Bermacam-macam metode secara garis besarnya dapat digolongkan sebagai metode tersentralisasi dan metode terdistribusi. Pada metode tersentralisasi, sebuah perangkat hardware, yang dikenal sebagai pengontrol bus atau arbitrer, bertanggungjawab atas alokasi waktu pada bus. Mungkin perangkat berbentuk modul atau bagian CPU yang terpisah. Pada metode terdistribusi, tidak terdapat pengontrolan sentral. Melainkan, setiap modul terdiri dari acces 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 adata yang khusus ini. Kita akan melihat kedua metode arbitrasi ini kemudian di dalam bagian ini.
Timing
Timing berkaitan dengan cara terjadinya event dikoordinasikan pada bus. Dengan timing yang syncronous, terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock). Bus meliputi sebuah saluran, waktu tempat pewaktu mentransmisikan rangkaian bilangan 1 dan 0 dalam durasi yang sama. Sebuah transmisi 1 dan 0 dikenal sebagi siklus waktu atau siklus bus dan menentukan besarnya slot waktu. Semua perangkat lainnya pada bus dapat membaca saluran waktu, dan semua event dimulai pada awal siklus. Signal-signal bus lainnya dapat berubah pada ujung muka signal waktu. Di dalam contoh sederhana ini, CPU mengeluarkan signal baca dan menempatkan alamat memori pada bus alamat. CPU juga mengeluarkan signal awal untuk menandai keberadaan alamat dan informasi kontrol pada bus. Modul memori mengetahui alamat itu, dan setelah delay 1 siklus, menempatkan data dan signal balasan pada bus.
Dengan timing asinkron, terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung pada event sebelumnya. CPU menempatkan alamat dan membaca signal pada bus. Setelah berhenti untu memberi kesempatan signal ini menjadi stabil, CPU mengeluarkan signal MSYN (master syn), yang menandakan keberadaan alamat yang valid dan signal kontrol. Modul memori memberikan respons dengan data dan signal SSYN(slave syn), yang menunjukkan respons.
Timing sinkron lebih mudah untuk diimplementasikan dan ditest. Namun timing ini kurang fleksibel dibandingkan dengan timing asinkron. Karena semua perangkat pada bus sinkron terkait denga kelajuan pewaktu yang tetap, maka sistem tidak dapat memanfaatkan peningkatan kinerja. Dengan menggunakan timing sinkron, campuran antara perangkat yang lamban dan cepat, baik dengan menggunakan teknologi lama maupun baru, dapat menggunakan bus secara bersama-sama. Kita akan membahas contoh timing sinkron dan asinkron.
Lebar Bus
Kita telah menyinggung konsep lebar bus. Lebar bus data dapat mempengaruhi kinerja sistem, semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransferkan pada suatu saat. Lebar bus alamat mempunyai pengaruh pada kapasitas sistem, semakin lebar bus alamat, semakin besar range lokasi yang dapat direferensi.
Jenis Transfer Data
Suatu bus mendukung bermacam-macam transfer data. Semua bus mendukung transfer baca (master ke slave) dan tulis (slave ke master). Pada multiplexed address/data bus, pertama-tama bus digunakan untuk menspesifikasikan alamat dan kemudian untuk melakukan transfer data. Untuk operasi baca, biasanya terdapat waktu tunggu pada saat data sedang diambil dari slave untuk ditaruh pada bus. Baik bagi operasi baca maupun tulis, mungkin juga terdapat delay bila hal itu diperlukan untuk melalui arbitrasi agar mendapatkan kontrol bus untuk sisa operasi (yaitu, mengambil alih bus untuk melakukan request baca atau tulis, kemudian mengambil alih lagi bus untuk membentuk operasi baca atau tulis).
Pada alamat dedicated dan bus-bus data, alamat ditaruh pada bus alamat dan tetap berada di sana selama data tersimpan pada bus-bus data. Bagi operasi tulis, master menaruh data pada bus data begitu alamat telah stabil dan slave telah mempunyai kesempatan untuk mengetahui alamatnya. Bagi operasi baca, slave menaruh data pada bus data begitu slave mengetahui alamatnya dan telah mengambil data.
Terdapat pula beberapa kombinasi operasi yang diijinkan oleh sebagian bus. Suatu operasi baca-modifikasi-tulis merupakan sebuah operasi baca yang diikuti oleh operasi tulis ke alamat yang sama. Alamat hanya di-broadcast satu kali saja pada awal operasi. Biasanya urutan operasi secara keseluruhan tidak dapat dibagi-bagi untuk menjaga setiap akses ke elemen data oleh master-master bus lainnya. Tujuan utama dari kemampuan ini adalah untuk melindungi sumber sumber daya memori yang dapat dipakai bersama-sama di dalam sistem multiprogramming.
Operasi read-after-write merupakan operasi yang tidak dapat dibagi-bagi yang berisi operasi tulis yang diikuti oleh operasi baca dari alamat yang sama. Operasi baca dibentuk untuk tujuan pemerikasaan.
Sebagian sistem bus juga mendukung transfer data blok. Dalam hal ini, sebuah siklus alamat diikuti oleh n siklus data. Butir data pertama ditransfer ke alamat tertentu atau ditransfer dari alamat tertentu, butir-butir data lainnya ditransfer ke alamat-alamat berikutnya atau tarnsfer dai alamat-alamat berikutnya.
D. Peripheral Component Interconnect (PCI)
Peripheral Component Interconnect (PCI) merupakan bus yang tidak tergantung proseser dan berbandwidth tinggi yang dapat berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. Dibandingkan dengan spesifikasi bus lainnya, PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi (misalnya, grapicdisplay adapter, network interface controller, disk controller, dll).
Intel menerapkan PCI pada tahun 1990 untuk sistem berbasis Pentium. Segera intel menerbitkan semua patent bagi domain publik dan mempromosikan pembuatan himpunan industri, PCI SIG, untuk pembuatan lebih lanjut dan pemeliharaan kompatibilitas spesifikasi PCI. Hasilnya adalah bahwa PCI secara luas diterima dan penggunaannya pada komputer pribadi, workststion, dan sistem server terus meningkat. PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasis microprosesor, baik sistem microprosesor tunggal maupun banyak. Karena itu, PCI memberikan sejumlah fungsi untuk kebutuhan umum. Sebagai contoh, bus PCI adalah interface antara chipset dengan slot PCI (gambar 1.3)
Gambar 1.3 Interface anatar chipset dengan slot PCI
Berikut ini list tabel memmori CPU dan kecepatan bus CPU/Host.
Processor Memory Bus CPU/Host Bus
Intel Celeron/366 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/400 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/433 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/466 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/500 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Celeron/533 66 or 100MHz (*) 66MHz
Intel Pentium II/350 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium II/400 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/450 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/500 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/550 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/600 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/650 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/700 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/750 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/800 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/850 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/1,000 100MHz or higher (**) 100MHz
Intel Pentium III/533 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/600EB 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/667 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/733 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/800B 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/866 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/933 100MHz or higher (**) 133MHz
Intel Pentium III/1,000 100MHz or higher (**) 133MHz
(*) Bus memori 66MHz atau 100MHz tergantung pada chipset
(**) 300MHz, 356MHz, atau 400MHz memakai rambus memori PC600, PC700, atau PC800
Bus I/O Secara Fisik
Secara fisik, bus I/O terdiri dari stu atau lebih jalur pada PCB. Jalur-jalur ini digunakan sebagai :
• Jalur-jalur data, yang masing-masing jalur dapat memindahkan satu bit tiap saat
• Jalur-kalur alamat, yang menentukan dimana data-data harus dikirim
• Jalur-jalur lain untuk tik clock, tegangan, signal pemerikasa, dll
Berikut ini list tabel bus, tahun, lebar bus, kecepatn bus, dan transmisi maksimal
Bus Tahun Lebar
Bus Kecepatn Bus Transmisi Max
PC and XT
1980-82
8 bit
Sinkron dengan CPU:4.77-6 MHz
4-6 MBps
ISA (AT), Bus sederhana 1984 16 bit Sinkron:8-10 MHz 8 MBps
MCA, Tingkat lanjut, bus cerdas oleh IBM 1987 32 bit Asinkron:10.33 MHz 40 MBps
EISA, Bus untuk server 1987 32 bit Sinkron:max 8 MHz 32 MBps
VL, Bus kecepatan tinggi, digunakan untuk generasi 486 1993 32 bit Sinkron:33-50 MHz 100-160 MPps
PCI, Bus cerdas, bus kecepatan tinggi tingkat lanjut 1993 32 bit Asinkron:33 MHz 132 MBps
USB, Bus modern, sederhana, dan pintar 1997 ? Serial 1.2 MBps
FireWire, (IEEE1394) Bus I/O kecepatan tinggi untuk penyimpanan, video, dll 1999 ? Serial 80 MBps
Daftar Pustaka
Organisasi dan Arsitektur Komputer, William Stallings, Prenhallindo, Jakarta, 1998
Seri Technical Support, Team Training APJII dan PPAU-ME ITB, Bandung, 2000
http://www.premio.com/