SISTEM BUS

 


Organisasi dan Arsitektur Komputer: SISTEM BUS

Konsep Program

  • Pemrograman (hardware) merupakan proses penghu-bungan  berbagai komponen logik pada konfigurasi yang diinginkan untuk membentuk operasi aritmatik dan logik pada data tertentu  
  • Hardwired program tidak flexibel
  • General purpose hardware dapat mengerjakan berbagai macam tugas tergantung sinyal kendali yang diberikan
  • Daripada melakukan  re-wiring, Lebih baik menambah-kan sinyal-sinyal kendali yang baru

Program ?

  • Adalah suatu deretan langkah-langkah
  • Pada setiap langkah, dikerjakan suatu operasi arithmetic atau logical
  • Pada setiap operasi, diperlukan sejumlah sinyal kendali tertentu

Fungsi Control Unit

  • Untuk setiap operasi disediakan kode yang unik 
  • Contoh: ADD, MOVE
  • Bagian hardware tertentu menerima kode tersebut kemudian menghasilkan sinyal-sinyal kendali
  • Jadilah komputer!

Komponen yang diperlukan

  • Control Unit (CU) dan Arithmetic and Logic Unit (ALU) membentuk Central Processing Unit (CPU)
  • Data dan instruksi harus diberikan ke sistem dan dikeluarkan dari sistem
  • Input/output
  • Diperlukan tempat untuk menyimpan sementara kode instruksi dan hasil operasi.
  • Main memory

Komponen Komputer:
Top Level View


Siklus Instruksi

  • Two steps:
  • Fetch
  • Execute

Fetch Cycle

  • Program Counter (PC) berisi  address instruksi berikutnya yang akan diambil
  • Processor mengambil instruksi dari memory pada lokasi yang ditunjuk oleh PC
  • Naikkan PC
  • Kecuali ada perintah tertentu
  • Instruksi dimasukkan ke Instruction Register (IR)
  • Processor meng-interpret dan melakukan tindakan yang diperlukan

Execute Cycle

  • Processor-memory
  • Transfer data antara CPU dengan main memory
  • Processor I/O
  • Transfer data antara CPU dengan I/O module
  • Data processing
  • Operasi arithmetic dan logical pada data tertentu
  • Control
  • Mengubah urutan operasi
  • Contoh: jump
  • Kombinasi diatas

Contoh Eksekusi Program


Interrupt

  • Suatu mekanisme yang disediakan bagi modul-modul lain (mis. I/O) untuk dapat meng-interupsi operasi normal CPU
  • Program
  • Misal: overflow, division by zero
  • Timer
  • Dihasilkan oleh  internal processor timer
  • Digunakan dalam pre-emptive multi-tasking
  • I/O
  • dari I/O controller
  • Hardware failure
  • Misal: memory parity error

Program Flow Control

Siklus Interupsi

  • Ditambahkan ke instruction cycle
  • Processor memeriksa adanya interrupt
  • Diberitahukan lewat interrupt signal
  • Jika tidak ada interrupt, fetch next instruction
  • Jika ada interrupt:
  • Tunda eksekusi dari  program saat itu
  • Simpan context
  • Set PC ke awal address dari  routine interrupt handler
  • Proses interrupt
  • Kembalikan context  dan lanjutkan program yang terhenti.

Multiple Interrupts

  • Disable interrupts
  • Processor akan mengabaikan interrupt berikutnya
  • Interrupts tetap akan diperiksa setelah interrupt ynag pertama selesai dilayani
  • Interrupts ditangani dalam urutan sesuai datangnya
  • Define priorities
  • Low priority interrupts dapat di interrupt oleh higher priority interrupts
  • Setelah higher priority interrupt selesai dilayani, akan kembali ke interrupt sebelumnya.

Multiple Interrupts - Sequential

Multiple Interrupts - Nested

Sambungan

  • Semua unit harus tersambung
  • Unit yang beda memiliki sambungan yang beda
  • Memory
  • Input/Output
  • CPU

Sambungan Memori

  • Menerima dan mengirim data
  • Menerima addresses 
  • Menerima sinyal kendali 
  • Read
  • Write
  • Timing

Sambungan Input/Output

  • Serupa dengan sambungan memori
  • Output
  • Menerima data dari computer
  • Mengirimkan data ke peripheral
  • Input
  • Menerima data dari peripheral
  • Mengirimkan data ke computer
  • Menerima sinyal kendali dari computer
  • Mengirimkan sinyal kendali ke peripherals
  • Contoh: spin disk
  • Menerima address dari computer
  • Contoh: nomor port 
  • Mengirimkan sinyal interrupt 

CPU Connection

  • Membaca  instruksi dan data
  • Menuliskan data (setelah  diproses)
  • Mengirimkan sinyal kendali ke unit-unit lain
  • Menerima (& menanggapi) interrupt

Bus

  • Ada beberapa kemungkinan interkoneksi sistem 
  • Yang biasa dipakai: Single Bus dan multiple BUS 
  • PC: Control/Address/Data bus
  • DEC-PDP: Unibus

What is a Bus?

  • Jalur komunikasi yang menghubungkan beberapa device
  • Biasanya menggunakan cara broadcast 
  • Seringkali  dikelompokkan
  • Satu bus berisi sejumlah kanal (jalur)
  • Contoh  bus data 32-bit berisi 32 jalur 
  • Jalur sumber tegangan biasanya tidak diperlihatkan

Data Bus

  • Membawa data
  • Tidak dibedakan antara “data” dan “instruksi”
  • Lebar jalur menentukan performance
  • 8, 16, 32, 64 bit

Address bus

  • Menentukan asal atau tujuan dari data
  • Misalkan CPU perlu membaca instruksi (data) dari memori pada lokasi tertentu
  • Lebar jalur menentukan kapasitas memori maksimum dari sistem
  • Contoh 8080 memiliki  16 bit address bus maka ruang memori maksimum adalah 64k 

Control Bus

  • Informasi kendali dan timing
  • Sinyal read/write memory (MRD/MWR) 
  • Interrupt request (IRQ)
  • Clock signals  (CK)

Skema Interkoneksi Bus

Bentuk Fisik

  • Bagaimana bentuk fisik bus?
  • Jalur-jalur parallel PCB 
  • Ribbon cables
  • Strip connectors pada mother boards
  • contoh PCI
  • Kumpulan kabel

Problem pada Single Bus

  • Banyak devices pada bus tunggal menyebabkan:
  • Propagation delays
  • Jalur data yg panjang berarti memerlukan koordinasi pemkaian shg berpengaruh pada performance
  • If aggregate data transfer approaches bus capacity
  • Kebanyakan sistem menggunakan multiple bus

Bus Traditional (ISA) (menggunakan cache)

High Performance Bus

Jenis Bus

  • Dedicated
  • Jalur data & address terpisah
  • Multiplexed
  • Jalur bersama
  • Address dan data pada saat yg beda
  • Keuntungan – jalur sedikit
  • Kerugian
  • Kendali lebih komplek
  • Mempengaruhi performance

Arbitrasi Bus

  • Beberapa modul mengendalikan bus
  • contoh CPU dan DMA controller
  • Setiap saat hanya satu modul yg mengendalikan 
  • Arbitrasi bisa secara centralised atau distributed

Arbitrasi Centralised

  • Ada satu hardware device yg mengendalikan akses bus
  • Bus Controller
  • Arbitrer
  • Bisa berupa bagian dari CPU atau terpisah

Arbitrasi Distributed

  • Setiap module dapat meng-klaim bus
  • Setiap modules memiliki Control logic

Timing

  • Koordinasi  event pada bus
  • Synchronous
  • Event ditentukan oleh  sinyal clock
  • Control Bus termasuk jalur clock 
  • Siklus bus ( bus cycle) transmisi 1 ke 0
  • Semua devices dpt membaca jakur clock
  • Biasanya sinkronisasi terjadi pada tepi naik (leading edge)
  • Suatu event biasanya dimualai pada awal siklus

Synchronous Timing Diagram

Asynchronous Timing Diagram

Bus PCI

  • Peripheral Component Interconnection
  • Dikeluarkan oleh Intel sebagai public domain
  • 32 atau 64 bit
  • 50 Jalur

Jalur pada Bus PCI (yg harus)

  • Jalur System
  • clock and reset
  • Address & Data
  • 32 jalur multiplex address/data
  • Jalur validasi
  • Interface Control
  • Arbitrasi
  • Not shared
  • Direct connection to PCI bus arbiter
  • Error lines

Jalur Bus PCI (Optional)

  • Interrupt lines
  • Not shared
  • Cache support
  • 64-bit Bus Extension
  • Additional 32 lines
  • Time multiplexed
  • 2 lines to enable devices to agree to use 64-bit transfer
  • JTAG/Boundary Scan
  • For testing procedures

Command pada PCI

  • Transaksi antara initiator (master) dg target
  • Master pegang kendali bus
  • Master menentukan jenis transaksi
  • Misal I/O read/write
  • Fase Address
  • Fase Data

PCI Read Timing Diagram

PCI Bus Arbitration


Komentar

Posting Komentar