Sistem Bus Pada Komputer

Sejarah Perkembangan BUS

Generasi pertama

Beberapa dari masalah yang ditemui instruksi - instruksi, diantaranya ialahadanya interupsi. Komputer menangani interupsi (permintaan dari modul I/O)tersebut dengan menunggu sampai looping pada interupsi tersebut selesai danperangkat external komputer kembai siap untuk bekerja.Beberapa waktu setelah itu, beberapa komputer mulai untuk mentransferdata dari memori ke seluruh bagian CPU.

Dalam hal ini, komputer akan memprioritaskan pentransferan data melalui bus ke bagian program yangdiinterupsi. Sistem bus pada mikrokomputer hakekatnya terhubung langsung kepin – pin pada CPU atau dengan cara melewati amplifier untuk menghubungkannya. Memori dan device lainnya akan ditambah ke bus dengan mnggunakan alamat yang sama dan pin – pin data yang ada pada CPU secara paralel.

Komunkasi antar device tersebut dikontrol oleh CPU, yang mana datadibaca dan ditulis dari device-device yang ada baik dari maupun kememori, seluruhnya dibawah kendali CPU. Bahkan kadangkala hal tersebut dilakukan dalam 1 waktu. Seperti yang pernah dibicarakan sebelumnya device – device komputer mengeluarkan interupsi (pemintaan pelayanan) ke CPU dengan cara memberikan sinyal – sinyal melalui pin –pin pada CPU.

Umpamanya pengontrol disk drive memberikan sinyal interupsi ke CPU, yaitu diantaranyamemberitahukan kepada CPU bahwa data yang ada pada memori tersebut telah siap dibaca. Dengan begitu CPU akan memindahkan data dengan membacaalamat memori yang diberikan oleh disk drive ersebut. Hampir semuamikrokomputer dibangun dengan menggunakan metode ini, yakni dimulaidengan bus S-100 di Altair.

Dalam pengumpamaan yang sama, sebagian besar tokoh di PC IBM, terusbekerja keras untuk mengembangkan metode pntransferan data yang ada padakomputer sebelumnya dengan mengimplementasikan bus – bus I/O secara terpisah, meskipun jika dilihat secara keseluruhan, dari segi pengaksesan perangkat keras maupun memori, hal tersebut tidak meningkat terlalu signifikan.

Sistem bus yang sederhana ini memiliki permasalahan yang serius ketika digunakan pada komputer untuk kepentingan umum (generaL purpusecomputer). Seluruh peralatan yang ada pada bus memiliki kemampuan untukberkomunkasi dengan kecepatan yang sama dan dalam waktu yang sama pula.

Meningkatkan kecepatan komputer merupakan pekerjaan yang berat, karena yang pertama kali harus ditingkatkan kecepatannya ialah keselurukankerja dari device – device komputer yang ada dengan sebaik mungkin. Ketika kerja device – device yang ada tidak dapat dipercepat secepat kerja komputerbaik secara praktek maupu ekonomis, maka CPU akan bekerja lebih lambat untuk sementara demikian pula kecepatannya untuk berhubungan dengan device - device tersebut.

Sementara itu bus sistem juga bekerja lebih beratuntuk mengkonfigurasikan ketika dibangun dari perlengkapan yang biasa. Karnamembutuhkan penambahan kartu ekspansi dan membutuhkan banyak jumperdalam satu set alamat memory, I/O, prioritas interupsi dan nomor interupsi.

Seluruh peralatan yang ada pada bus memiliki kemampuan untukberkomunkasi dengan kecepatan yang sama dan dalam waktu yang sama pula. Meningkatkan kecepatan komputer merupakan pekerjaan yang berat,karena yang pertama kali harus ditingkatkan kecepatannya ialah keselurukankerja dari device – device komputer yang ada dengan sebaik mungkin.

Ketika kerja device – device yang ada tidak dapat dipercepat secepat kerja komputerbaik secara praktek maupu ekonomis, maka CPU akan bekerja lebih lambatuntuk sementara demikian pula kecepatannya untuk berhubungan dengan device – device tersebut. Sementara itu bus sistem juga bekerja lebih beratuntuk mengkonfigurasikan ketika dibangun dari perlengkapan yang biasa. Karnamembutuhkan penambahan kartu ekspansi dan membutuhkan banyak jumperdalam satu set alamat memory, I/O, prioritas interupsi dan nomor interupsi

Generasi kedua

Sistem bus generasi kedua dinamakan NuBus, sebagai penyelesaian dariberbagai masalah. NuBus memisahkan komputer menjadi dua yaitu (CPU danmemory) dan perangkat keras lainnya, dengan sebuah bus controller diantaranya. Ini akan membuat CPU menjadi lebih cepat tanpa dipengaruhi BUS.Ini menyebabkan lebih banyak beban untuk memindahkan data keluar dari CPUdan masuk kedalam kartu melalui bus Controller.

Jadi perangkat keras pada BUS dapat terhubung ke setiap bagian tanpa intervensi dari CPU. bus ini dapat memindahkan lebih banyak data disesuaikan dengan besarnya data yang akandipindahkan, mulai dari 8 bit perdetik secara paralel pada generasi pertama,hingga 16 atau 32 bit perdetik.

Semakin waktu semakin baik sejalan denganperkembangan software setupnya. ( sekarang menjadi suatu standar dari plug-n-play) untuk menggantikan jumper.Bagaimanapun juga sistem baru ini memberikan suatu kualitas yang lebihbaik dari generasi sebelumnya.

Oleh karena itu setiap bus dapat terhubungdalam kecepatan yang sama. Ketika CPU dan Memory dirancang terpisah CPUpun terus berkembang sehingga dapat meningkatkan kecepatannya. CPU danMemory dapat meningkatkan kecepatan lebih cepat dari bus. Jadi kecepatan bussekarang lebih lambat dari pada apa yang sistem modern butuhkan.

Komputer menjadi lebih berat dalam menyalurkan data. Contoh dari masalah ini adalahkartu video yang sangat cepat seperti bus baru yaitu PCI, dan komputer mulaimemasang AGP hanya untuk digunakan sebagai kartu video. Pada tahun 2004AGP terus berkembang menjadi lebih besar sebagai kartu video high-end, dan akhirnya digantikan oleh keberadaan bus baru PCI Express.

Dengan penambahan jumlah dari perangkat keras external ini akanmembuat sistem bus bekerja dengan baik. Ketika disk drive pertama kalidiperkenalkan, ini akan ditambahkan ke CPU dengan sebuah kartu ke dalam bus.

Oleh karena itu komputer – komputer memiliki banyak slot diatas bus. Tapi pada pertengahan tahun 1980 dan 1990, sistem baru seperti SCSI dan IDE diperkenalkan untuk melayani kebutuhan tersebut, meninggalkan banyak slotpada sistem modern. Sekarang terdapat 5 bus berbeda dalam suatu komputeryang didukung oleh berbagai macam perangkat keras.

Generasi ketiga

Pada generasi ketiga ini bus telah muncul di pasaran sejak tahun 2001yang menyertai Hyper Transpord dan Infini Band. Bus ini sangat flexible dalam menghubungkannya. Bus ini dapat digunakan bersama seperti internal bus.

Sebaik sambungan mesin bersama ini akan menyelesaikan permasalah ketika mencoba meminta service atau pelayanan yang berbeda. Pembuat softwareberkerja keras untuk menyesuaikan dengan sistem ini, karena tidak sesuai dengan perangkat keras itu sendiri.

Umumnya bus pada generasi ketiga inicenderung untuk suatu network dari pada konsep dasar suatu bus, bus denganprotokol tinggi lebih dibutuhkan dari sistem yang juga memberikan multipledevice untuk digunakan dalam satu bus.

Bus Sistem

Bus sistem atau juga dikenal dengan sistem bus , merupakan sebuah jalur komunikasi yang menghubungkan dua peralatan atau lebih . Dalam arsitektur komputer bus digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama.

Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus, dan suatu signal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat diterima oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Prosesor, memori utama, dan perangkat I/O dapat dinterkoneksikandengan menggunakan bus bersama yang fungsi utamanya adalah menyediakan jalur komunikasi untuk transfer data.

Bus tersebut menyediakan jalur yang diperlukan untuk mendukung interrupt dan arbitrasi. Protokol bus adalah setaturan yan mengatur kelakuan berbagai perangkat yang terhubung ke bus yaitu kapan harus meletakkan informasi ke dalam bus, menyatakan sinyal kontroL,dan sebagainya.

Jalur bus yang digunakan untuk mentransfer data dapat dikelompokkan menjadi tiga tipe, yaitu Saluran data, alamat, dan kontrol.

Saluran Data

Jalur Data 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 diartikan dengan lebar bus data.

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.

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.

Saluran Kontrol

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.

Elemen Perancangan Bus

Saat ini terdapat banyak implementasi sistem bus, tetapi parameter dasar perancangan bus dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis (dedicated dan mulitiplexed), metode arbitrasi (tersentralisasi dan terdistribusi), timing (sinkron dan tak sinkron), lebar bus ( lebar address dan lebar data), dan jenis transfer datanya (read, write, read-modify-write, read-alter-write,block).

Tujuan yang hendak dicapai dalam perancangan adalah bagaimana bus dapat cepat menghantarkan data dan efisiensinya tinggi. Intinya karakteristik pertukaran data dan modul yang terkait merupakan pertimbangan utama dalam perancangan bus.

Jenis

Dedicated Bus : bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja.

Multiplexed Bus : bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data.

Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat tapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks.

Metode Arbitrasi

Terdapat dua macam metode arbitrasi, yaitu tersentral dan terdistribusi.

Pada metode tersentral diperlukan pengontrol bus sentral atau arbiter yang bertugas mengatur penggunaan bus oleh modul.

Sedangkan dalam metode terdistribusi, setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengatur pertukaran data melalui bus.

Timing

Timing - Sinkron :

Metode pewaktuan sinkron terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu (clock).

Sebuah transmisi 1 – 0 disebut siklus waktu atau siklus bus dan menentukan besarnya slot waktu.

Semua perangkat modul pada bus dapat membaca atau pengetahui siklus clock.

Biasanya satu siklus untuk satu event.

Model ini mudah diimplementasikan dan cepat namun kurang fleksibel menangani peralatan yang beda kecepatan operasinya.

Biasanya digunakan untuk modul–modul tertentu yang sudah jelas karakteristiknya

Timing - Asinkron :

Kerja modul yang tidak serempak kecepatannya.

Event yang terjadi pada bus tergantung event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal – sinyal validasi untuk mengidentifikasi data yang ditransfer.

Sistem ini mampu menggabungkan kerja modul–modul yang berbeda kecepatan maupun teknologinya, asalkan aturan transfernya sama.

Lebar Bus

Lebar bus sangat mempengaruhi kinerja system komputer.

Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu.

Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi yang dapat direfensikan.

Jenis Transfer Data

Operasi transfer data adalah pertukaran data antar modul sebagai tindak lanjut atau pendukung operasi yang sedang dilakukan.

Saat operasi baca (read), terjadi pengambilan data dari memori ke CPU, begitu juga sebaliknya pada operasi penulisan maupun operasi – operasi kombinasi.

Bus harus mampu menyediakan layanan saluran bagi semua operasi komputer.

Jenis Bus

Processor-Memory Bus (desain khusus)

Pendek dan kecepatan tinggi

Hanya perlu mencocokkan sistem memori

Maksimalkan bandwidth memory-ke-prosesor

Terhubung langsung ke prosesor

Dioptimalkan untuk transfer blok cache

Backplane Bus (standar atau proprietary)

Backplane: struktur interkoneksi dalam casing

Memungkinkan prosesor, memori, dan I / O device untuk hidup berdampingan

Biaya Keuntungan: satu bus untuk semua komponen

I / O Bus (standar industri)

Biasanya panjang dan lambat

Perlu untuk mencocokkan berbagai perangkat I / O

Menyambungkan ke bus prosesor-memori atau backplane bus

Contoh – contoh Bus

Bus ISA (Industry Standard Architecture)

adalah sebuaharsitektur 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 tahun1984, 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.

a. ISA 8-bit

Bus ISA 8-bit merupakan varian dari bus ISA, dengan bus data selebar 8-bit, yang digunakan dalam IBM PC 5150 (model PC awal). Bus ini telah ditinggalkan pada sistem-sistem modern ke atas tapi sistem-sistem Intel 286/386 masih memilikinya. Kecepatan bus ini adalah 4.77 MHz (sama seperti halnya prosesor Intel 8088 dalamIBM PC), sebelum ditingkatkan menjadi 8.33 MHz pada IBM PC/AT. Karena memiliki bandwidth 8-bit, maka transfer rate maksimum yang dimilikinya hanyalah 4.77 Mbyte/detik atau 8.33 Mbyte/detik.

Meskipun memiliki transfer rate yang lamban, bus ini termasuk mencukupi kebutuhan saat itu, karena bus-bus I/O semacam serial port, parallel port, kontrolir floppy disk, kontrolir keyboard dan lainnya sangat lambat. Slot ini memiliki 62 konektor. Meski desainnya sederhana, IBM tidak langsung mempublikasikan spesifikasinya saat diluncurkan tahun 1981, tapi harus menunggu hingga tahun 1987, sehingga para manufaktur perangkat pendukung agak kerepotan membuat perangkat berbasis ISA 8-bit.

ISA 16 Bit Bus ISA 16-bit adalah sebuah bus ISA yang memiliki bandwidth 16-bit, sehingga mengizinkan transfer rate dua kali lebih cepat dibandingkan dengan ISA 8-bit pada kecepatan yang sama. Bus ini diperkenalkan pada tahun 1984, ketika IBM merilis IBM PC/AT dengan mikroprosesor Intel 80286 di dalamnya. Mengapa IBM meningkatkan ISA menjadi 16 bit adalah karena Intel 80286 memiliki bus data yang memiliki lebar 16-bit, sehingga komunikasi antara prosesor, memori, dan motherboard harus dilakukan dalam ordinal 16-bit. Meski prosesor ini dapat diinstalasikan di atas motherboard yang memiliki bus I/O dengan bandwidth 8-bit, hal ini dapat menyababkan terjadinya bottleneck pada bus sistem yang bersangkutan. Daripada membuat bus I/O yang baru, IBM ternyata hanya merombak sedikit saja dari desain ISA 8-bit yang lama, yakni dengan menambahkan konektor ekstensi 16-bit (yang menambahkan 36 konektor, sehingga menjadi 98 konektor), yang pertama kali diluncurkan pada Agustus tahun 1984, tahun yang sama saat IBM PC/AT diluncurkan. Ini juga menjadi sebab mengapa ISA 16-bit disebut sebagai AT-bus. Hal ini memang membuat interferensi dengan beberapa kartu ISA 8-bit, sehingga IBM pun meninggalkan desain ini, ke sebuah desain di mana dua slot tersebut digabung menjadi satu slot.

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 SCSI

Small Komputer 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 / Firewire

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 komputer, namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televise.

Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.

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 komputer (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).

Keuntungan yang didapatkan dan tujuan dari penerapan USB adalah sebagai berikut :

1. Pemakai tidak harus memasang tombol atau jumper pada PCB atau peralatan.

2. Pemakai tidak harus membuka casing untuk memasang peralatan I/O baru.

3. Hanya satu jenis kabel yang diperlukan sebagai penghubung.

4. Dapat menyuplai daya pada peralatan-peralatan I/O.

5. Memudahkan pemasangan peraltan-peralatan yang hanya sementara dipasang pada komputer.

6. Tidak diperlukan reboot pada pemasangan peraltan baru dengan USB.

7. Murah.

Bandwitch total USB adalah 1,5Mb per detik. Bandwitch itu sudah mencukupi peralatan I/O berkecepatan rendah seperti Keyboard, Mouse, Scanner, Telepon digital, Printer dan sebagainya. Kabel pada bus terdiri dari empat kawat, dua untuk data, satu untuk power (+5 volt), dan satu untuk ground. System pensinyalan mentransmisikan sebuah bilangan nol sebagai transisi tegangan dan sebuah bilangan satu bila tidak ada transmisi tegangan.

Prinsip operasi bus

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. Menuggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

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.

Kelebihan dan Kekurangan Bus

Kelebihan

Multifungsi:

Perangkat baru dapat ditambahkan dengan mudah

Peripherals dapat dipindahkan antara komputer sistem yang menggunakan standar bus yang sama

Biaya rendah:

Satu set tunggal kabel dibagi dalam beberapa cara

Mengelola kompleksitas dengan partisi desain

Kekurangan

1. Hal ini menciptakan hambatan berkomunikasi

Bandwidth dari bus yang dapat membatasi maksimum I / O

2. kecepatan bus maksimum sebagian besar dibatasi oleh:

Panjang bus

Jumlah perangkat di bus

Kebutuhan untuk mendukung berbagai perangkat dengan:

luas bervariasi latency

luas berbagai tingkat transfer data

Kesimpulan

Dari pembahasan tentang bus sistem di atas dapat disimpulkan sebagai berikut :

Bus adalah Sebuah jalur komunikasi yang menghubungkan dua peralatan atau lebih

Arsitektur bus tradisional cukup efisien namun mulai mengalami penurunan dengan semakin tingginya kinerja pada perangkat I/O. Untuk menjawab meningkatnya kebutuhan ini, penyelesaianya membuat bus berkecepatan tinggi yang sangat terintegrasi dengan system, yang hanya memerlukan bridge antara bus prosesor dengan bus berkecepatan tinggi.

Keuntungan pengaturan bus berkecepatan tinggi menyebabkan perangkat yang berkapasitas besar menjadi lebih terintegrasi dengan prosesor dan sekaligus tidak tergantung lagi terhadap prosesor.

Karakteristik bus adalah:

1. Jumlah interupsi mementukan banyak perangkat independen yang melakukan I/O

2. Ukuran bus data eksternal berakibat pada kecepatan operasional I/O.

3. Ukuran bus alamat menentukan banyak memori yang ditunjuk board ekspansi.

4. Kecepatan clock maksimum yang dapat diakomodasi bus berakibat pada kinerja

Setiap perubahan generasi komputer selalu ada sistem bus yang baru dikarenakan penyempurnaan bus agar semakin tinggi kecepatan transfernya, murah dan efisien serta didukung ( compatible ) dengan device – device komputer yang juga berkembang.

Kecenderungan prosesor yang terbaru adalah dengan meningkatkan
ukuran dari data bus.

Share This Article :

Sistem Bus Pada Komputer

Agung Budi Prasetyo 

Agung Budi Prasetyo