Sistem BUS & ALU

Pengertian Sistem Bus

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 computer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu computer. 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.

BUS SLOTS

Cara Kerja Sistem Bus

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitektur komputernya  akan  lebih kompleks, sehingga untuk meningkatkan  performa, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge.

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.

                                                                                        INTERKONEKSI

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.

Contoh - Contoh Bus

Banyak perusahaan yang mengembangakan bus-bus antarmuka terutama untuk perangkat peripheral. Diantara jenis bus yang beredar di pasaran saat ini adalah, PCI, ISA, USB, SCSI, FuturaBus+, FireWire, dan lain-lain. Semua memiliki keunggulan, kelemahan, harga, dan teknologi yang berbeda sehingga akan mempengaruhi jenis-jenis penggunaannya.

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.

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.

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).

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.

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.

ALU

ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit (bahasa Indonesia: unit aritmatika dan logika), adalah salah satu bagian dalam dari sebuahmikroprosesor yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika dan logika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebut adder. Tugas lalin dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu:

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan (<>)

c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=) (sumber: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)

Dodo Gans Lochhhh

Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

www.gunadarma.ac.id

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI DAN DESAIN SET INSTRUKSI

Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang lebih mudah dimengerti oleh manusia.

Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut pengalamatan

Pada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda. Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang paling panjang.

Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:

Operation code (op code)

Source operand reference

Result operand reference

Xext instruction preference

Format instruksi (biner):

Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.

Beberapa simbolik instruksi:

ADD               : Add (jumlahkan)

SUB                : Subtract (Kurangkan)

MPY/MUL     : Multiply (Kalikan)

DIV                 : Divide (Bagi)

LOAD             : Load data dari register/memory

STOR              : Simpan data ke register/memory

MOVE             : pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain

SHR                : shift kanan data

SHL                : shift kiri data .dan lain-lain

Cakupan jenis instruksi:

Data processing           : Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT,    SHR, dsb);     konversidata

Data storage (memory)  : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)

Data movement              : Input dan Output ke modul I/O

Program flow control    : JUMP, HALT, dsb.

Bentuk instruksi:

-          Format instruksi 3 alamat

Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri dari satu alamt hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya, dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih pendek.

Contoh:

A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

SUB Y, A, B              Y := A – B

MPY T, D, E               T := D × E

ADD T, T, C               T := T + C

DIV Y, Y, T               Y:= Y / T

Memerlukan 4 operasi

-          Format instruksi 2 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang program tidak bertambah terlalu banyak.

Contoh :

A, B, C, D, E, T, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

MOVE Y, A               Y := A

SUB Y, B                   Y := Y – B

MOVE T, D                T := D

MPY T, E                    T := T × E

ADD T, C                   T := T + C

DIV Y, T                    Y:= Y / T

Memerlukan 6 operasi

-          Format instruksi 1 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat operand, hasil disimpan di accumulator, missal : SUB B yang mempunyai arti dalam algoritmik : AC:= AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu, untuk mengoprasikan di perlukan satu  register, tapi panjang program semakin bertambah.

Contoh :

A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

LOAD D                     AC := D

MPY E                        AC := AC × E

ADD C                       AC := AC + C

STOR Y                      Y := AC

LOAD A                     AC := A

SUB B                        AC := AC – B

DIV Y                                     AC := AC / Y

STOR Y                      Y := AC

Memerlukan 8 operasi

-          Format instruksi 0 alamat

Mempunyai bentuk umum : [OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.

Contoh :

A, B, C, D, E, Y adalah register

Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)

PUSH A                      S[top] := A

PUSH B                      S[top] := B

SUB                            S[top] := A – B

PUSH C                      S[top] := C

PUSH D                      S[top] := D

PUSH E                      S[top] := E

MPY                           S[top] := D × E

ADD                           S[top] := C + S[top]

DIV                             S[top] := (A – B) /S[top]

POP Y                         Out := S[top]

Memerlukan 10 operasi

Set instruksi pada CISC:

Berikut ini merupakan karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC

Perbandingan set instruksi

Beberapa computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan cara implist dalam menentukan mode addressing pada setiap set instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit memiliki arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi opcode dan mode addressing berada terpisah.

Data pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma basis dua jumlah mode addressing. Jika deklarasi mode addressing dilakukan secara implicit akan menghemat tempat dalam set instruksi paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6 bit untuk MC68040. Perubahan satu bit pada set instruksi akan memberikan jangkauan alamat memori lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat dua.

ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)

* Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan

* Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan

* Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan

* Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai. Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis berikut ini:

Main or Virtual Memory

CPU Register

I/O Device

DESAIN SET INSTRUKSI

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

Kelengkapan set instruksi

Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:

Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.

Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand

FORMAT INSTRUKSI

* Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).

OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND

* Addresses (akan dibahas pada addressing modes)

* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)

* Characters : – ASCII – EBCDIC

* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

JENIS INSTRUKSI

* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions

* Data storage: Memory instructions

* Data Movement: I/O instructions

* Control: Test and branch instructions

TRANSFER DATA

* Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.

* Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.

* Menetapkan panjang data yang dipindahkan.

* Menetapkan mode pengalamatan.

* Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :

a. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.

b. Apabila memori dilibatkan :

1. Menetapkan alamat memori.

2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.

3. Mengawali pembacaan / penulisan memori

Operasi set instruksi untuk transfer data :

* MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan

* STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.

* LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.

* EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.

* CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.

* SET : memindahkan word 1 ke tujuan.

* PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.

* POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber

ARITHMETIC

Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :

Transfer data sebelum atau sesudah.

Melakukan fungsi dalam ALU.

Menset kode-kode kondisi dan flag.

Operasi set instruksi untuk arithmetic :

1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE

2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE

3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT

4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT

Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL

* Tindakan CPU sama dengan arithmetic

* Operasi set instruksi untuk operasi logical :

1. AND, OR, NOT, EXOR

2. COMPARE : melakukan perbandingan logika.

3. TEST : menguji kondisi tertentu.

4. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.

5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.

CONVERSI

Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical.

* Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.

* Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.

* Operasi set instruksi untuk conversi :

1. TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.

2. CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

INPUT / OUPUT

* Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :

1. Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.

2. Mengawali perintah ke modul I/O

* Operasi set instruksi Input / Ouput :

1. INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan

2. OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O

3. START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O

4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL

* Tindakan CPU untuk transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

* Operasi set instruksi untuk transfer control :

1. JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.

2. JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.

3. JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.

4. RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.

5. EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi

6. SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.

7. SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan

8. HALT : menghentikan eksekusi program.

9. WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi

10. NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

CONTROL SYSTEM

* Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam keadaan khusus tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program yang berada dalam area khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi. * Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.

JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF ADDRESSES)

* Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya.

* Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :

1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)

2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)

3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)

4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)

Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan

1. O – Address Instruction

2. 1 – Addreess Instruction.

3. N – Address Instruction

4. M + N – Address Instruction

Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register

1. Memori To Register Instruction

2. Memori To Memori Instruction

3. Register To Register Instruction

ADDRESSING MODES

Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:

* Immediate

* Direct

* Indirect

* Register

* Register Indirect

* Displacement

* Stack

www.gunadarma.ac.id