Sistem Bus

 

1. Pengertian Sistem Bus

Sistem Bus adalah jalur komunikasi yang dibagi pemakai suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem.   Karakteristik  penting   sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah  komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

Suatu komputer tersusun atas beberapa   komponen   penting  seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. Setiap komputer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar  komponen   komputer  sangatlah   mendominasi   kerja  suatu komputer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus.

2. Struktur Interkoneksi

Komputer terdiri dari satu set komponen atau   modul   dari   tiga tipe dasar (prosesor, memori,  input  dan  output)  yang berkomunikasi   satu sama lain. Pada dasarnya, komputer adalah   jaringan  modul   basis.   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. 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 sinyal-sinyal   kontrol   untuk  mengontrol   operasi   sistem   secara   keseluruhan.   CPU   juga menerima sinyal-sinyal 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. Input dan Output (I/O) 1. CP

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 (misalnya0,1,…,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. Prosesor

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.

3. 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  secara bersamaaan, dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

1. Struktur Sistem 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. 

a. Data Bus  ( 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. 

Saluran ini bertujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu.Jumlah  saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit.

b. Address Bus ( 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. 

•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.

c. Control Bus ( Saluran Kontrol )

Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol   penggunaannya.  

Berikut ini adalah fungsi-fungsi yang terdapat pada control bus ( saluran control ):

•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.

2. Prinsip Operasi

a. Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

1. Meminta penggunaan bus.

2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul  yang dituju.

b. 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.

3. Hierarki Multiple Bus

Bila  terlalu   banyak  modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja. Faktor-faktor: 

a. Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

b. Antrian penggunaan bus semakin panjang.

c. Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

4. 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, yaitu:

a. Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi

Modul dengan transfer data   berkecepatan  tinggi   disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi pula.

b. Memerlukan transfer data berkecepatan rendah

Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi.

5. Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi, yaitu:

a. Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

b. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus.

4. Elemen-elemen Rancangan Bus

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

1. Jenis Bus

Jenis bus dapat dibedakan atas dua yaitu:

a. Dedicated

Merupakan metode di mana setiap bus (saluran) secarapermanen diberi fungsi atau subset fisik komponen komputer. Sifat-sifatnya:

1)  Data Bus dan Address Bus memiliki jalur terpisah

2)  Rancangan lebih mahal

3)  Kecepatan transfer data lebih tinggi

b. Time Multiplexed

Merupakan metode penggunaan bus yang sama untuk berbagai  keperluan, sehingga menghemat ruang dan biaya. Sifat-sifatnya:

1)  Jalur Data dan Address dijadikan satu

2)  Rancangan lebih murah

3)  Kecepatan transfer data lebih lambat

2. Metode Arbitrasi

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

a. Tersentralisasi yaitu menggunakan arbiter sebagai pengatur sentral

b. Terdistribusi yaitu setiap bus memiliki accesscontrollogic.

3. Timing

Timing berkaitan dengan cara terjadinya event yang diatur pada sistem bus, dan dapat dibedakan atas:

a. Synchronous yaitu terjadinya event pada bus ditentukan oleh clock (pewaktu)

b. Asynchronous yaitu terjadinya sebuah event pada bus mengikuti dan tergantungpada event sebelumnya.

4. Lebar Bus

Semakin lebar bus data, semakin besar bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. Semakin besar bus alamat, akan semakinbanyak range lokasi yang dapat direfensikan.

5. 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.

5. Perkembangan Sistem Bus

1. Omnibus (PDP-8)

Omnibus(PDP-8) merupakan sistem bus yang diciptakan pada tahun 1964. Omnibus adalah jenis bus yang digunakan pada computer DEC PDP-8. Sistem ini terdiri atas 96 buah tahun. TPDP lintasan dengan sinyal yang terpisah, lintasan ini digunakan untuk membawa sinyal – sinyal kontrol, alamat maupun data. Semua komponen yang menggunakan jalur Bus Omnibus penggunaannya dikontrol oleh CPU.

2. Unibus (PDP-11)

 PDP-11 adalah serangkaian 16-bit minicomputer yang dijual oleh Digital Equipment    Corp dari tahun 1970, salah satu suksesi produk di PDP seri ke 1990-an. The-PDP 11  menggantikan PDP-8 di banyak aplikasi real-time, walaupun kedua lini produk tinggal di  paralel selama lebih dari 10 11 memiliki fitur unik beberapa inovatif, dan  lebih mudah untuk program dibandingkan pendahulunya dengan penggunaan dari register umum.

3. Multibus (8086)

Multibus adalah komputer bus standar yang digunakan dalam sistem industri. Ini dikembangkan oleh Intel Corporation dan diadopsi sebagai IEEE bus 796Spesifikasi Multibus itu penting karena itu kuat, dipikirkan dengan baik distandardkan dengan industri yang faktor bentuk relatifnya besar sehingga perangkat yang kompleks dapat dirancang di atasnya. Standar industri yang jelas dan terdokumentasi dengan baik memungkinkan industri Multibus-kompatibel untuk tumbuh di bidang itu. 

Ada banyak perusahaan membuat kandang kartu dan lampiran untuk itu. Banyak orang lain membuat CPU , memori, dan papan perifer lainnya. Pada tahun 1982 ada lebih dari 100 Multibus board dan sistem produsen . Sistem yang kompleks ini dibangun dari rak komersial off-- hardware. Hal ini juga memungkinkan perusahaan untuk berinovasi dengan merancang sebuah board Multibus eksklusif dan kemudian mengintegrasikannya dengan vendor hardware lain untuk menciptakan sebuah sistem.

4. Bus PC IBM (PC/XT)

IBM PC/XT adalah sebuah komputer mikro buatan IBM yang dirilis pada tanggal 8 Maret 1983. Komputer ini diperkuat dengan menggunakan hard disk berkapasitas 10 Megabyte. IBM PC XT memiliki fitur-fitur yang tidak dimiliki oleh IBM PC standar (5150). IBM PC XT memiliki delapan buah slot sehingga meningkatkan kemampuan ekspansinya, kapasitas power-supply yang lebih besar, memori yang dapat dibongkar/pasang (karena semuanya berupa soket), dan dapat mendukung hingga 640 KB RAM tanpa slot ekspansi memori, selain tentunya sebuah hard disk.

Desain motherboard IBM PC/XT berbeda dengan desain motherboard IBM PC yang asli. IBM PC/XT ini menawarkan beberapa perangkat keras yang masih digunakan hingga saat ini, yakni keyboard 101 tombol (Enhanced Keyboard) yang menggantikan model keyboard IBM 83 tombol.

5. Bus ISA (PC/AT)

Bus ISA adalah sebuah arsitektur bus dengan bus data selebar 8-bit yang diperkenalkan dalam IBM PC 5150 pada tanggal 12 Agustus 1981. Bus ISA diperbarui dengan menambahkan bus data selebar menjadi 16-bit pada IBM PC/AT pada tahun 1984, sehingga jenis bus ISA yang beredar pun terbagi menjadi dua bagian, yakni ISA 16-bit dan ISA 8-bit. ISA merupakan bus dasar dan paling umum digunakan dalam komputer IBM PC hingga tahun 1995, sebelum akhirnya digantikan oleh bus PCI yang diluncurkan pada tahun 1992.

6. Bus EISA (80386)

Bus EISA pada dasarnya adalah versi 32-bit dari bus ISA yang biasa. Tidak seperti MCA dari IBM yang benar-benar baru (arsitektur serta desain slotnya), pengguna masih dapat menggunakan kartu ISA 8-bit atau 16-bit yang lama ke dalam slot EISA, sehingga hal ini memiliki nilai tambah: kompatibilitas ke belakang (backward compatibility). Seperti halnya bus MCA, EISA juga mengizinkan konfigurasi kartu EISA secara otomatis dengan menggunakan perangkat lunak, sehingga bisa dibilang EISA dan MCA adalah pelopor "plug-and-play", meski masih primitif.

7. Microchannel (PS/2)

Arsitektur Mikro Channel adalah milik 16 - atau 32-bit parallel bus komputer diciptakan oleh IBM pada tahun 1980 untuk digunakan pada baru mereka PS / 2 komputer. Arsitektur Micro-Channel dirancang oleh insinyur IBM Chet Heath dan pertama kali diperkenalkan pada akhir high PS / 2 seri mesin pada tahun 1987, perlahan-lahan menyebar ke IBM line. Pada tahun 1988 Intel membuat chipset i82310KKL. Untuk sementara waktu, MCA dapat ditemukan di PS / 2, RS/6000 , AS/400 , dan bahkan beberapa System/370 mainframe . Namun, sebagian besar sistem ini kemudian didesain ulang untuk menggabungkan PCI . MCA tidak lagi digunakan dalam desain baru.

8. Bus PCI

Pengertian PCI (Peripheral Component Interconnect) adalah bus yang didesain untuk menangani beberapa perangkat keras. PCI juga adalah suatu bandwidth tinggi yang populer, prosesor independent bus itu dapat berfungsi sebagai bus mezzenine atau bus periferal. Standar bus PCI ini dikembangkan oleh konsorsium PCI Special Interest Group yang dibentuk oleh Intel Corporation dan beberapa perusahaan lainnya, pada tahun 1992. Tujuan dibentuknya bus ini adalah untuk menggantikan Bus ISA/EISA yang sebelumnya digunakan dalam komputer IBM PC atau kompatibelnya. Komputer lama menggunakan slot ISA, yang merupakan bus yang lamban. Sejak kemunculan-nya sekitar tahun 1992, bus PCI masih digunakan sampai sekarang, hingga  keluar versi terbarunya yaitu PCI Express.

9. Bus SCSI

Bus SCSI adalah sebuah antarmuka bus berkinerja tinggi yang didefinisikan oleh panitia ANSI X3T9.2 (American National Standarts Institute). Antarmuka ini digunakan untuk menangani perangkat input / output atau perangkat media penyimpanan. Perangkat yang umum menggunakan SCSI adalah hard disk, CD-ROM, scanner atau printer.

10.  Nubus (macintosh)

NuBus adalah sebuah bus komputer paralel 32-bit, yang aslinya dikembangkan di MIT sebagai bagian dari proyek stasiun kerja NuMachine, dan digunakan oleh Apple Computer, NeXT Computer dan Texas Instruments. Bus ini sekarang tidak terlalu luas lagi digunakan di luar pasar embedded.

11. USB

Universal Serial Bus (USB) adalah salah satu standar interkoneksi antara komputer dengan peralatan eksternal yang mampu mendukung kecepatan di atas 1 Mbps. (bandingkan dengan serial yang cumin 20 Kbps) - USB mempunyai beberapa kelebihan, diataranya : penggunaannya mudah, mendukung 3 tipe kecepatan, adanya powerdown, USB mensuply daya ke peralatan USB dengan arus sebesar 500 mA, USB bersifat multiplatform.

12. Firewire

FireWire adalah adalah merek dagang Apple sekaligus nama yang paling populer untuk standar kabel data antar-muka berseri IEEE 1394. Sony memperkenalkan IEEE 1394 dengan nama i.Link. Meski namanya berbeda-beda, ketiganya (FireWire, IEEE 1394 dan i.Link) sama-sama menunjuk pada jenis kabel data yang mampu mengirim data dengan kecepatan sangat cepat, sampai pada rata-rata 400 megabit per detik (Mbps). FireWire diklaim sebagai saluran penghantar data yang paling cepat dan stabil diantara saluran lain seperti USB.

13. Bus VME

VMEbus adalah bus komputer standar, awalnya dikembangkan untuk Motorola 68000 garis CPU , tetapi kemudian banyak digunakan untuk banyak aplikasi dan standar oleh IEC sebagai ANSI / IEEE 1014-1987.Hal ini secara fisik berdasarkan Eurocard ukuran, mekanis dan konektor ( DIN 41612 ), tetapi menggunakan sistem sinyal sendiri, yang Eurocard tidak mendefinisikan.Ini pertama kali dikembangkan pada tahun 1981 dan terus untuk melihat secara luas saat ini. VME adalah sebuah arsitektur komputer. Istilah VME adalah singkatan dari VERSAmodule Eurocard dan didefinisikan pertama kalinya oleh suatu grup manufaktur pada tahun 1980. Grup ini terdiri dari Motorola, Mostek, dan Signetics yang bekerja sama mendefinisikan standar bus VME.

14. Bus Camac

CAMAC (Computer Automated Measurement and Control) adalah standar bus untuk akuisisi data dan kontrol yang digunakan dalam nuklir dan fisika partikel eksperimen dan industri. Bus memungkinkan pertukaran data antara plug-in modul dan controller , yang kemudian interface ke PC atau ke-CAMAC antarmuka VME.

6. Contoh Sistem Bus

1. Bus ISA : Industri computer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan mengadopsi standarnya sendiri, bus ISA (Industry Standar Architecture), yang pada dasarnya adalah bus PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz. Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap mempertahankan kompatibilitas dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.

2. Bus PCI : Peripheral Component Interconect (PCI) adalah bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. Standar PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33MHz, laju transfer data 263 MB per detik atau 2,112 Gbps. Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi murah dengan keping yang sedikit

3. Bus USB : Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus kecepatan tinggi PCI, sedangkan banyak peralatan yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer. Sebagai solusinya tujuh vendor computer (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northen Telecom) bersama-sama meranccang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah. Standar yang dihasilakan dinamakan Universal Standard Bus (USB).

4. Bus SCSI : Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yang dipo[ulerkan oleh macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuan besar. SCSI menggunakan interface paralel dengan 8,16, atau 32 saluran data.

5. Bus P1394 / Fire Wire : Semakin pesatnya kebutuhan bus I/O berkecepatan tinggi dan semakin cepatnya prosesor saat ini yang mencapai 1 GHz, maka perlu diimbangi dengan bus berkecepatan tinggi juga. Bus SCSI dan PCI tidak dapat mencukupi kebutuhan saat ini. Sehingga dikembangkan bus performance tinggi yang dikenal dengan FireWire (P1393 standard IEEE). P1394 memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O lainnya, yaitu sangat cepat, murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Pada kenyataan P1394 tidak hanya popular pada system computer, namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televise. Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.