Tugas 2 Organisasi dan Arsitektur Komputer

A. 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. 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 :

    a.       Memori ke CPU

CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

    b.      CPU ke Memori

CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

    c.       I/O ke CPU

CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.

    d.       CPU ke I/O

CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.

    e.        I/O ke Memori atau dari Memori ke I/O

digunakan pada sistem DMA.

Saat  ini   terjadi perkembangan  struktur  interkoneksi,  namun  yang  banyak digunakan adalah  sistem  bus.  Sistem  bus  ada  yang  digunakan  yaitu sistem bus tunggal dan struktur sistem bus campuran, tergantung karakteristik sistemnya.

B. Interkoneksi Bus

         Bus merupakan  lintasan  komunikasi  yang  menghubungkan  dua  atau  lebih  komponen  komputer. Karakteristik utama dari bus yaitu sebagai media  transmisi  yang  dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung padanya. Karena  digunakan  bersama,  diperlukan  pengaturan  agar  tidak  terjadi  tabrakan  data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan scara bersamaaan, dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

Struktur Bus

Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan menjadi tiga bagian, yaitu :

> Saluran  data

Saluran data (data bus) adalah lintasan yang digunakan sebagai perpindahan data antar modul. Secara umum lintasan ini disebut  bus data. Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32. Saluran ini bertujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data disebut lebar bus, dengan satuan bit, misal : lebar bus 16 bit. 


   > Saluran  alamat

Saluran alamat (address bus) digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data. Saluran ini digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU. Juga digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU  mengakses suatu modul. Perlu diketahui, semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki alamat. Misalnya mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya.

  > Saluran  kontrol.

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 dan sinyal–sinyal perintah. Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat, sedangkan sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi.

Secara umum saluran kontrol meliputi :
>> Memory Write, memerintahkan data pada bus yang 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 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, kontrol untuk sinkronisasi operasi antar modul.
>> Reset, digunakan untuk menginisialisasi seluruh modul.

Secara fisik bus adalah konduktor  listrik  yang dihubngkan secara paralel yang berfungsi menghubungkan modul–modul. Konduktor ini biasanya adalah saluran utama pada PCB motherboard dengan layout tertentu sehingga didapat fleksibilitas penggunaan. Untuk modul I/O biasanya dibuat slot bus yang mudah dipasang dan dilepas, seperti slot PCI dan ISA. Sedangkan untuk chips akan terhubung melalui pinnya.

Prinsip Operasi

Prinsip operasi bus adalah sebagai berikut :   
  Operasi pengiriman data ke modul lainnya :
      1. Meminta penggunaan bus.
      2.  Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.
   Operasi meminta data dari modul lainnya :
      1. Meminta penggunaan bus.
      2. Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.
      3. Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.Hierarki Multiple Bus
Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja.Faktor – faktor :
- Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.
- Antrian penggunaan bus semakin panjang.
- Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Elemen-Elemen Rancangan Bus

Rancangan suatu bus dapat dibedakan atau diklasifikasikan oleh elemen-elemen sebagai berikut :

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

> Jenis Bus

Jenis bus dapat dibedakan atas :
1. Dedicated
Merupakan metode di mana setiap bus ( saluran ) secara
permanen diberi fungsi atau subset fisik komponen komputer.
2. Time Multiplexed
Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai
keperluan,sehingga menghemat ruang dan biaya.

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

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

> Timing

Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada bus system, dan dapat dibedakan atas :
1. Synchronous, Terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock ( pewaktu )
2. Asynchronous, Terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantung
pada event sebelumnya

> Lebar Bus
Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat.

> Jenis Transfer DataTransfer 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

PCI
     PCI adalah singkatan dari Peripheral Component Interconnect dan merupakan bus yang tidak tergantung pada prosesor, berbandwith tinggi serta dapat berfungsi sebagai mezzanine atau bus peripheral.
     PCI memberikan sistem yang lebih baik bagi subsistem I/O berkecepatan tinggi , seperti : graphic display adapter, network interface controller, dan disc controller
     PCI dirancang untuk mendukung bermacam-macam konfigurasi berbasiskan mikroprosesor, baik sistem mikroprosesor tunggal ataupun sistem mikroprosesor jamak. Karena itu PCI memanfaatkan timing synchronous dan pola arbitrasi tersentralisasi untuk memberikan sejumlah fungsi.


Future Bus +
Future Bus + adalah standar bus asinkron berkinerja tinggi yang dibuat oleh IEEE dan didasarkan atas:

1. Tidak tergantung pada arsitektur, prosesor dan teknologi
tertentu
2. Memiliki protokol transfer asinkron dasar
3. Menyediakan dukungan bagi sistem-sistem yang fault tolerant
dan memiliki reliabilitas yang tinggi
4. Menawarkan dukungan langsung terhadap memori berbasis
cache yang dapat digunakan bersama
5. Memberikan definisi transportasi pesan yang kompetibel.


C. Contoh Eksekusi Program





berisi memori dan register-regiser dalam heksadesimal

Dari contoh eksekusi diatas siklus instruksi dengan langkah langkahnberikut:

Mengambil (fetch) instruksi ADD,  Membaca isi lokasi memori A ke dalam prosesor,  Membaca  isi lokasi memori B ke dalam prosesor, agar isi A tidak hilang prosesor harus memiliki  sedikitnya dua buah register untuk menyimpan nilai-nilai memori dibanding akumulator tunggal, Menambahkan kedua nilai-nilainya,  Menuliskan hasilnya dari prosesor ke lokasi memori A.

Jadi, siklus eksekusi untuk instruksi tertentu boleh melibatkan lebih dari satu referensi ke memori, juga suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

Untuk lebih jelasnya sebagai berikut :

1) control  unit mengambil data 1940 di main memory dengan alamat 300 di taruh di cpu register dengan dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300.
2) kemudian control  unit mengambil data 0003 di main memory dengan alamat940 di taruh di accumulator dgn pc counter berisikan alamat instruksi 300
3) control unit mengambil data 5941 di main memory dengan alamat 301 dan di replace di cpu register dgn pc counter berisikan alamat instruksi 301.
4)  di accumulator data 0003 di tambah dengan data 0002 di alamat 941 sehingga jumlah data menjadi 0005 di accumulator dgn pc  counter beralamatkan instruksi  301.
5)  kemudian data 2941 di main memory dgn alamat 302 oleh control unit akan di kirim ke cpu register pc counter berisikan alamat instruksi 302.
6) kemudian dari accumulator oleh control unit data 0005 di bawa ke main memory ke alamat 941 data di replace yang tadinya 0002 menjadi 0005 dengan pc counter alamat instruksi 302.

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

https://hutriiitriii.wordpress.com/2014/10/06/contoh-eksekusi-program/

http://wahyu97-blog.blogspot.co.id/2014/11/penjelasan-tentang-struktur-dan.html

http://nhunhea.blogspot.co.id/2013/05/struktur-interkoneksi.html

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