Sistem Interkoneksi Dalam Komputer (CPU) dan Eksekusi Program

Sistem Interkoneksi Dalam Komputer (CPU) dan eksekusi program 

Interkoneksi Struktur

  Struktur interkoneksi merupakan kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul seperti CPU, memori dan I/O. Struktur interkoneksi tergantung pada jenis data dan karakteristik pertukaran data.

Jenis Data

 #Memory

Pada umumnya, memori 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.

     #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.

      #Modul Input / Output

 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 enulisan. 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.Dalam Pertukaran data yang diperlukan oleh modul-modul komputer, maka struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data tersebut, di antaranya :

Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun perintah yang berasal 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 system DMA. 

Interkoneksi yang banyak digunakan sampai saat ini adalah system bus. Yang akan di jelaskan di bawah….

  interkoneksi sistem bus

 Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus dan suatu sinyal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat ditermia oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikain, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transimi pada suatu saat tertentu.

Umumnya sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan sinyal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapat ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkan beberapa saluran dari sebuah bus, dapat digunakan mentransmisikan digit biner secra bersamaan (paralel). Misalnya sebuah satuan data 8 bit dapat ditransmisikan melalui bus delapan saluran.

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

STRUKTUR BUS

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

A. Saluran Data

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

B. Saluran Alamat

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

C. Saluran Kontrol

Saluran Kontroladalah Bagian saluran yang digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada. Control bubus terdiri atas 4 samapai 10 jalur paralel.

Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas :

 Sinyal pewaktuan : menandakan validitas data dan alamat. 

 Sinyal–sinyal perintah : membentuk suatu operasi. 

Tugas

Memory Write

Memerintahkan data pada bus akan dituliskan ke dalam lokasi alamat

Memory Read

Memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data

I/O Write

Memerintahkan data pada bus dikirim ke lokasi port I/O

I/O Read

Memerintahkan data dari port I/O untuk ditempatkan pada bus data

Transfer ACK

Menunjukkan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus

Bus Request

Menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus

Bus Grant

Menunjukkan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus

Interrupt Request

Menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul

Interrupt ACK

Menunjukkan penangguhan interupsi telah diketahui CPU

Clock

Mengontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul

Reset

Menginisialisasi seluruh modul

ELEMEN-ELEMEN RANCANGAN BUS

 JENIS BUS

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

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

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

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

METODE ARBITRASI

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

Ekseksi program

 Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, 

yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute). Siklus instruksi yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi.

  # Siklus Fetch - Eksekusi

 Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :

• CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

• CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

• Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

• Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi

pengubahan urusan eksekusi.

Perlu diketahui bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

Berikut penjelasan dari instruksi -instruksi dalam eksekusi yaitu :

• Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi

berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat

instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki

panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya.

• Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.

• Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis

operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

• Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan

apabila melibatkan referensi operand pada memori.

• Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

• Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.

• Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori

kesimpulan : dari bahasan di atas di ketahui bahwa antara 1 komponen dengan komponen yang lain saling terhubung,dan untuk mendapat sebuah hasil di perlukan koneksi antar komponen  sehingga terjadi titik temu dan program dapat di jalankan .

SUMBER DARI:

http://nurriest69.blogspot.co.id/2012/10/sistem-interkoneksi-komputer.html

https://risyana.wordpress.com/2009/04/15/tugas-arsitektur-komputer-1-interkoneksi-bus/

http://irmajanuarti.blogspot.co.id/2012/06/jurna-arsitektur-komputer.html