Interkoneksi Struktur, Interkoneksi Bus, dan Eksekusi Program

Interkoneksi struktur

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

Koleksi jalan yang menghubungkan berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Desain struktur ini akan tergantung pada pertukaran yang harus dilakukan antara modul.

Angka 3,15 menunjukkan jenis pertukaran yang dibutuhkan oleh yang menunjukkan bentuk utama dari input dan output untuk setiap jenis modul. Struktur interkoneksi adalah kumpulan lintasan yang menghubungkan berbagai komponen-komponen seperti CPU, Memory dan i/O, yang saling berkomunikasi satu dengan lainnya.
1.      CPU

CPU membaca instruksi dan data, menulis data setelah diolah, dan menggunakan signal-signal kontrol untuk mengontrol operasi sistem secara keseluruhan. CPU juga menerima signal-signal interupt.

 

 

                2.      MEMORY

Memory umumnya modul memory terdiri dari n word yang memiliki panjang yang sama. Masing-masing word diberi alamat numerik yang unik(0,1…,N-1). Sebuah word data dapat dibaca dari memory atau ditulis ke memori. Sifat operasinya ditandai oleh signal-signal control read dan write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.

3.                   3.      I/O

I/O berfungsi sama dengan memory.Terdapat dua buah operasi, baca dan tulis. Selain itu, modul-modul i/O dapat mengontrol lebih dari 1 perangkat eksternal. Kita dapat mengaitkan interface ke perangkat eksternal sebagai sebuah port dan memberikan alamat yang unik (misalnya,0,1,…,M-1) ke masing-masing port tersebut. Di samping itu, terdapat juga lintasan-lintasan data internal bagi input dan output data dengan suatu perangkat eksternal. Terakhir, modul i/O dapat mengirimkan sinyal-sinyal interupt ke cpu.

    

                 4.      PROCESSOR

Prosesor membaca dalam instruksi dan data, menulis data setelah keluar pengolahan, dan menggunakan sinyal kontrol untuk mengendalikan keseluruhan sistem operasi. Juga menerima sinyal interupt. 
Dari  jenis  pertukaran  data  yang  diperlukan  modul  –  modul  komputer,  maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut :    

• 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 ke I/O

                         Digunakan pada sistem DMA.

Interkoneksi Bus

               Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat. Umumnya, sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi, atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan signal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0.

               Bus sistem adalah sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, I/O).

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 arsitektur bus  jamak tradisoinal

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

 

Elemen-elemen Rancangan Bus

•Jenis Bus

Saluran  bus dapat dipisahkan menjadi 2 tipe umum : 
1.Dedicated 
2.Multiplexed

•Metode Arbitrasi

  Macam-macam metode secara garis besar digolongkan menjadi 2 yaitu :
1.Tersentralisasi

2.Terdistribusi. 

•    Timing

Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada bus system, dan dapat dibedakan atas : 1.Synchronous 
2.Asynchronous 
•Lebar Bus 
    Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.
•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

  
Siklus Eksekusi Program

 

Gambar diatas memperlihatkan contoh siklus eksekusi sebuah instruksi yang terdiri dari 6 tahap, yaitu :

1. Karena PC (Program Counter) berisi angka 300, maka instruksi yang akan diambil adalah instruksi yang terletak di memori alamat 300, yaitu instruksi dengan kode 1940. Instruksi tersebut diambil dari memori kemudian disimpan di register instruksi (Instruction Register). 
2. Misalkan kode 1940 merupakan instruksi dengan kode operasi (Operation Code, opcode) 1, diikuti dengan 940 yang merupakan alamat operand. Opcode 1 berarti instruksi untuk mengcopy data dari alamat operand (dalam hal ini 940) ke akumulator. Maka data yang terletak di alamat 940 dicopy ke accumulator untuk diproses dalam siklus eksekusi ini. 
3. Setelah itu isi PC ditambah satu (incremented) sehingga isinya menjadi 301. Artinya, instruksi berikutnya yang harus diambil dari memori dan dieksekusi terletak di memori alamat 301, yaitu instruksi dengan kode 5941. Instruksi tersebut mengandung opcode 5 dan alamat operand 941.
4. Karena 5 berarti penjumlahan antara isi akumulator dengan isi memori yang alamatnya diberikan di sebelah angka 5, maka isi akumulator dijumlahkan dengan isi memori alamat 941. Kemudian hasil penjumlahannya dikembalikan ke akumulator. 
5. Setelah PC ditambah satu, maka isinya menjadi 302, sehingga instruksi berikutnya yang diambil dari memori adalah 2941, yaitu opcode 2 dan operand. 
6. Arti 2941 adalah perintah untuk mengcopy isi akumulator ke memori alamat 941.

Bagian-bagian yang ada dalam gambar tersebut adalah:

• Program Counter (PC)

Program Counter adalah prosessor yang didalmnya terdapat alamat instruksi yang sedang dieksekusi pada waktu itu. Program counter juga menyimpan register yang menunjuk ke instruksi berikutnya yang harus diambil dan dijalankan.

• Instruction Register (IR

Instruction Register merupakan tempat untuk menampung instruksi yang akan dieksekusi.

• Accumulator (AC) 

• Accumulator secara sederhana merupakan register penyimpanan sementara operand dan hasil operasi ALU. Namun, memiliki fungsinya yang lebih spesifik adalah: 

·         tempat penympanan sementara hasil suatu operasi aritmatika atau logika.

·         tempat memasukkan nomor layanan interupsi, untuk keperluan pemesanan sebuah layanan interupsi.

·         tempat menyimpan bilangan yang dikalikan dan setengah bagian terkecil dari suatu perkalian.

·         tempat menyimpan setengah bagian terkecil sebuah bilangan yang akan dibagi dan hasil bagi suatu pembagian.

Referensi 

Stallings, William.1998.Organisasi dan Arsitektur Komputer. Jakarta:PT Prenhallindo.
http://nhunhea.blogspot.co.id/2013/05/struktur-interkoneksi.html

http://lautanilmumahasiswasttpln.blogspot.co.id/2013/11/materi-sistem-bus.html 

https://sawitri8580.wordpress.com/sistem-bus/

http://infoteknik-informatika.blogspot.co.id/2014/10/siklus-eksekusi-program.html

http://aetheraion.blogspot.co.id/2014/10/contoh-eksekusi-program.html