Pertemuan 7(Sistem Bus)

Prosessor, memori utama dan perangkat I/Odapat diinterkoneksikan dengan menggunakanbus bersama yang fungsi utamanya adalahmenyediakan jalur komunikasi untuk transferdata. Bus tersebut menyertakan jalur yangdiperlukan untuk mendukung interrupt danarbitration.

1Group 4 PTIK 09

Beberapa sistem bus yang terdapat pada komputer, yaitu:

A. Synchronous Bus

B. Asynchronous Bus

C. Sirkuit Antar Muka (Port)

D. Antar Muka Input Output Standar

1.Bus Peripheral Component Interconnect (PCI)

2.Bus SCSI (Small Computer System Interface)

3.Universal Serial Bus (USB)

2Group 4 PTIK 09

Synchronous Bus

Dalam synchronous bus, semua perangkatmendapatkan informasi timing dari jalur clockbersama. Pulsa yang berjarak setara pada jalurini mendefinisikan waktu yang setara. Dalambentuk yang paling sederhana suatusynchronous bus, tiap interval ini merupakansuatu bus cycle dimana satu transfer data.

3Group 4 PTIK 09

Skema semacam itu diilustrasikan pada gambar , jaluralamat dan data dalam gambar ini dan gambar selanjutnyaditampilkan sebagai high dan low pada waktu yang sama.

4Group 4 PTIK 09

Synchronous BusTransfer Multiple-Cycle

Skema yang di deskripsikan di atas menghasilkandesain sederhana untuk antar muka perangkat. Akan tetapi,skema tersebut memiliki beberapa keterbatasan

Untuk megatasi keterbatasan ini, kebanyakan busmenggabungkan sinyal kontrol yang menyatakan respon dariperangkat tersebut. Sinyal ini memberitahu master bahwaslave telah mengenali alamatnya dan telah siap untukberpartisipasi dalam operasi data transfer. Bus tersebut jugamemungkinkan untuk mengatur durasi periode data transferuntuk menyesuaikan dengan kebutuhan perangkat yangberpartisipasi. Untuk menyederhanakan proses ini, sinyalclock frekuensi tinggi digunakan sedemikan sehingga siklustransfer data lengkap akan mencapai beberapa clock cycle.Kemudian, jumlah clock cycle yang terlibat dapat bervariasidari satu perangkat dengan perangkat yang lain.

5Group 4 PTIK 09

ASYNCHRONOUS BUS

Skema alternatif untuk mengontrol transfer data padabus berdasarkan pada penggunaan handshake antara masterdan slave. Konsep handshake adalah generealisasi dari idesinyal Slave-ready

Secara prinsip, transfer data yang dikontrol olehprotokol handshake adalah sebagai berikut. Mastermeletakkan informasi alamat dan perintah pada bus.Kemudian mengindikasikan ke semua perangkat bahwamaster telah menyelesaikan tugasnya dengan mengaktifkanjalur master-ready. Hal ini menyebabkan semua perangkatpada bus men-decode alamat tersebut. Slave yang dipilihmelakukan operasi yang diminta dan memberitahu prosesorbahwa tugasnya telah selesai dengan mengaktifkan jalurslave-ready. Master menunggu slave-ready dinyatakansebelum menghilangkan sinyalnya dari bus. Dalam haloperasi baca, master juga men-strobe data ke dalam inputbuffer-nya.

6Group 4 PTIK 09

Pilihan pada suatu desain tertentu melibatkanpertukaran antara berbagai faktor seperti:

- Kesederhanaan antar muka perangkat.

- Kemampuan untuk mengakomodasi antar mukaperangkat yang menyatakan jumlah jeda yangberbeda.

- Waktu total yang diperlukan untuk transfer bus.

- Kemampuan untuk mendeteksi error yangdihasilkan dari pengalamatan perangkat yangtidak ada atau dari kegagalan antar muka.

7Group 4 PTIK 09

Sirkuit Antar Muka (Port)

Suatu antar muka I/O terdiri dari sirkuit yang diperlukanuntuk menghubungkan perangkat I/O ke bus computer, padasatu sisi antar muka kita memiliki sinyal bus untukalamat, data, dan kontrol. Pada sisi yang lain kita memiliki jalurdata dengan kontrol yang sesuai untuk mentransfer data antarmuka dan perangkat I/O. Sisi ini disebut port, yangdiklasifikasikan sebagai port paralel dan serial.

Dalam hal port paralel, koneksi antar perangkat dankomputer menggunakan konektor multiple-pin dan kabel denganbanyak kawat, biasanya diatur dalam konfigurasi datar. Sirkuitpada kedua ujung relative sederhana, karena tidak adakebutuhan untuk mengkovensi antara format serial dan paralel.Pengaturan ini cocok untuk perangkat yang secara fisik dekatdengan computer. Untuk jarak jauh, persoalan timing skew yangdisebutkan sebelumnya membatasi kecepatan penggunaan data.Format serial lebih mudah dan cost-effective denganmemerlukan kabel yang lebih panjang.

8Group 4 PTIK 09

Menurut pembahasan suatu antar muka I/O melakukan hal berikut:

1.Menyediakan buffer penyimpanan untuk setidaknyasatu word data (atau satu byte, dalam hal perangkatyang byte-oriented).

2.Berisi flag status yang dapat diakses oleh prosesoruntuk menentukan apakah buffer penuh (untuk input)atau kosong (untuk out put).

3.Berisi sirkuit address- decoding untuk menentukankapan antar muka tersebut dialamati oleh prosesor.

4.Menghasilkan sinyal timing yang sesuai yangdiperlukan oleh skema kontrol bus.

5.Melakukan konversi format yang mungkin diperlukanuntuk mentransfer data antar bus dan perangkatI/O, seperti konversi paralel-serial dalam port serial.

9Group 4 PTIK 09

1. Port Paralel

Kita mendeskripsikan sirkuit untuk portinput 8-bit dan port output 8-bit. Kemudian kitamenggabungkan dua sirkuit tersebut untukmenunjukkan bagaimana desain antar mukageneral-purpose 8-bit parallel port. Kitamengasumsikan bahwa sirkuit antar mukadihubungkan dengan prosesor 32-bit yangmenggunkan memory-mapped I/O dan protokolbus asyncroous.

10Group 4 PTIK 09

2. Port Serial

Port serial digunakan untukmenghubungkan prosesor ke perangkat I/O yangmemerlukan transmisi data satu bit tiap satuwaktu. Fitur utama sirkuit antar muka untuk portserial adalah bahwa port tersebut mampuberkomunikasi dalam mode bit-serial pada sisiperangkat dan dalam mode bit-parallel pada sisibus.

11Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

1. Bus Peripheral Component Interconnect (PCI)

Bus PCI adalah contoh yang baik dari sistem bus yang muncul dari

kebutuhan standarisasi. Bus tersebut mendukung fungsi yang terdapat dalam bus

prosesor tetapi dalam format tersetandarisasi yang lepas dari prosesor tertentu.

Perangkat yang terkoneksi ke Bus PCI tampak bagi prosesor seakan dihubungkan

secara langsung ke BUS prosesor. Perangkat tersebut diberi alamat dalam ruang

alamat memori pada prosesor.

Fitur penting yang dirintis oleh PCI adalah kemampuan Plug-and-Play untuk

menghubungkan perangkat I/O. untuk menghubungkan perangkat baru, user cukup

menghubungkan board antar muka perangkat ke bus tersebut. Software menangani

bagian selanjutnya.

12Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

Transfer Data

Bus mendukung tiga ruang alamatmandiri:memory, I/O, dan konfigurasi. Dua yangpertama adalah self explanatory. Ruang alamatI/O dimaksudkan untuk penggunaan denganprosesor, seperti pentium, yang memiliki ruangalamat I/O terpisah.

13Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

Konfigurasi Perangkat

Pada saat perangkat I/O dihubungkan dengan suatu

computer, beberapa aksi diperlukan untuk mengkonfogurasi perangkat

dan software yang berkomunikasi dengannya. Perangkat tersebut diberi

alamat selama proses inisialisasi. Hal ini berarti selama operasi

konfigurasi bus, perangkat tidak dapat diakses berdasarkan

alamatnya, seakan perangkat tersebut belum memiliki alamat.

Karenanya, ruang alamat konfigurasi menggunakan mekanisme yang

berbeda.

14Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

Karakteristik Elektrik

Bus PCI telah didefinisikan untuk beroperasidengan suplai daya 5 atau 3.3 V. Motherboardmungkin didesain untuk beroperasi dengankedua system signaling tersebut. Konektor padaboard ekspansi didesain untuk memastikanbahwa konektor tersebut dapat dicolokkan hanyapada motherboard yang kompatibel.

15Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

2.Bus SCSI (Small Computer SystemInterface)

Standar bus SCSI telah mengalami banyak revisi, dan

kemampuan transfer data telah meningkat sangat

besar, hampir dua kali setiap tahun. SCSI-2 dan SCSI-3 telah

didefinisikan dan masing-masing memiliki beberapa opsi.

Bus SCSI memiliki 8 jalur data yang disebut narrow bus dan

mentransfer data 1 byte pada satu waktu. Sebagai

alternatif, bus wide SCSI memiliki 16 jalur data dan

mentransfer data 16 bit pada satu waktu.

16Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

Sinyal Bus

Sekarang kita mendeskripsikan operasi bus SCSI dari sudut pandang

hardware. Sinyal bus diringkas pada Tabel 2 (ada pada copyan makalah).

Arbitration

Bus bebas pada saat sinyal BSY berada pada keadaan inactive (highvoltage).

Kontroler apapun dapat merequest penggunaan bus tersebut pada saat bus tersebut

berada dalam keadaan ini karena dua atau lebih kontroler dapat menghasilkan riquest

pada saat yang sama, maka harus diterapkan skema arbitration. Kontroler me-request

bus tersebut dengan menyatakan sinyal-BSY dan dengan menyatakan jalur data yang

berhubungan dengannya untuk mengidentifikasi dirinya.

17Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

Selection

Kontroler target yang dipilih merespon dengan menyatakan –BSY. Hal ini

menunjukkan pada initiator bahwa koneksi yang di-request telah terbentuk, sehingga

initiator dapat menghapus alamat dari jalur data. Proses selection telah selesai dan

kontroler target (kontroler 5) menyatakan –BSY. Dari titik ini, kontroler 5 memiliki

bus control, sebagaimana diperlukan untuk fase transfer informasi.

Transfer Informasi

Informasi yang ditranfer antara dua kontroler dapat berisi perintah dari

initiator ke target, respon status dari target ke initiator, atau data yang sedang ditransfer

kea tau dari perangkat I/O.

18Group 4 PTIK 09

Reselection

Pada saat koneksi logika ditangguhkan dantaget siap untuk memulihkannya, maka targetharus terlebih dahulu memperoleh control bus.Target memulia siklus arbitration, dan setelahmemenangkan arbitration, target memilihkontroler initiator dengan cara yang tepat samadengan yang dideskripsikan diatas. Tetapi denganperanan target dan initiator dibalik, initiatorsekarang menyatakan –BSY. Sebelum transfer datadapat dimulai, initiator harus menyerahkan controlke target.

19Group 4 PTIK 09

Antar Muka Input Output Standar

3. Universal Serial Bus (USB)

Universal Serial Bus (USB) adalah standar busserial untuk perangkat penghubung, biasanya kepadacomputer namun juga digunakan di peralatan lainnyaseperti kontrol permainan, ponsel dan PDA. Sinergiantara komputer dan komunikasi adalah jantungrevolusi teknologi informasi saat ini. Sistemkomputer modern tampaknya melibatkan berbagaivariasi perangkat sepertikeyboard, mikrofon, kamera, speaker dan perangkatdisplay.

20Group 4 PTIK 09

USB didesain untuk memenuhi beberapa tujuanutama:

- Menyediakan sistem interkoneksi yangsederhana, low-cost, dan mudah digunakanyang dapat megatasi kesulitan karenaterbatasnya jumlah port I/O pada suatukomputer.

- Mengakomodasi karakteristik transfer dataskala luas untuk perangkat I/O, termasukkoneksi telepon dan internet.

- Meningkatkan kenyamanan user melaluimode operasi plug-and-play.

21Group 4 PTIK 09

Batasan Port

Port paralel dan serial menyediakan titikkoneksi general-purpose yang dapat digunakanuntuk menghubungkan berbagai perangkat darilow- hingga medium-speed ke komputer.

Karakteristik Perangkat

Jenis perangkat yang dapat dihubungkan kekomputer meliputi fungionalitas dalam skala luas.Batasan kecepatan, volume, dan timingberhubungan dengan transfer data ke dan dariperangkat semacam itu sangat bervariasi.

22Group 4 PTIK 09

Plug-and-PlayDengan komputer menjadi bagian dari

kehidupan sehari-hari, keberadaannya menjadisemakin transparan. Fitur plug-and-play berartibahwa perangkat baru, seperti speaker tambahandapat dihubungkan kapanpun pada saat systemberoperasi. Sistem mendeteksi keberadaanperangkat baru ini secara otomatis,mengindentifikasi device-driver software yan tepatdari perangkat baru dan fasilitas lain yangdiperlukan untuk melayani perangkat tersebut, danmembentuk alamat dan koneksi logika untukmeng-enable komunikasinya.

23Group 4 PTIK 09

Arsitektur USB

Pembahasan di atas menunjuk pada kebutuhan akan sisteminterkoneksi yang menggabungkan biaya renda, fleksibilitas, danbandwidth data-transfer yang tinggi. Juga, perangkat I/O dapatdiletakkan pada jarak tertentu dari komputer yang terhubungdengannya.

Struktut pohon Universal Serial Bus

24Group 4 PTIK 09

PengalamatanPada pembahasan operasi input dan output

sebelumnya, kita menjelaskan bahwa perangkat I/Obiasanya diidentifikasi dengan menetapkan alamatmemori yang unik untuknya. Sebenarnya, suatuperangkat biasanya memiliki beberapa lokasiaddressable untuk meng-enable software mengirim danmenerima informasi kontrol dan status dan untukmentransfer data.

Protokol USB Semua informasi yan ditransfer melalui USBdiatur di dalam paket, dimana suatu paket terdiri darisatu atau lebih byte informasi. Terdapat banyak tipepaket yang melakukan berbagai fungsi kontrol.

25Group 4 PTIK 09

Isochronous Traffic pada USBSalah satu tujuan utama USB adalah mendukung

transfer data isochronous, seperti sampled voice, dalamcara sederhana. Perangkat yang menghasilkan ataumenerima data isochronous memerlukan referensiwaktu untuk mengontrol proses sampling. Untukmenyediakan referensi ini, transmisi melalui USB dibagidalam frame dengan panjang yang setara.

Karakteristik ElektrikKarakteristik elektrik yang digunakan untuk

koneksi USB terdiri dari empat kawat. Dua digunakanuntuk membawa daya, +5V dan Ground. Sehingga, hubatau perangkat I/O dapat langsung mendapat daya daribus atau memiliki koneksi daya eksternal sendiri.

26Group 4 PTIK 09