Organisasi dan Arsitektur Komputer Perancangan Kinerja William Stallings

Organisasi dan Arsitektur Komputer : Perancangan Kinerja (William Stallings) Chapter 3 Bus Sistem

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

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

Fungsi Control Unit z Untuk setiap operasi disediakan kode yang unik y. Contoh: ADD, MOVE z Bagian hardware tertentu menerima kode tersebut kemudian menghasilkan sinyal-sinyal kendali z Jadilah komputer!

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

Komponen Komputer: Top Level View

Siklus Instruksi z Two steps: y. Fetch y. Execute

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

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

Contoh Eksekusi Program

Diagram Keadaan Siklus Instruksi

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

Program Flow Control

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

Diagram keadaan Siklus Instruksi dengan Interrupt

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

Multiple Interrupts - Sequential

Multiple Interrupts - Nested

Sambungan z Semua unit harus tersambung z Unit yang beda memiliki sambungan yang beda y. Memory y. Input/Output y. CPU

Sambungan Memori z Menerima dan mengirim data z Menerima addresses z Menerima sinyal kendali y. Read y. Write y. Timing

Sambungan Input/Output z Serupa dengan sambungan memori z Output y. Menerima data dari computer y. Mengirimkan data ke peripheral z Input y. Menerima data dari peripheral y. Mengirimkan data ke computer

Sambungan Input/Output z Menerima sinyal kendali dari computer z Mengirimkan sinyal kendali ke peripherals y. Contoh: spin disk z Menerima address dari computer y. Contoh: nomor port z Mengirimkan sinyal interrupt

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

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

What is a Bus? z Jalur komunikasi yang menghubungkan beberapa device z Biasanya menggunakan cara broadcast z Seringkali dikelompokkan y. Satu bus berisi sejumlah kanal (jalur) y. Contoh bus data 32 -bit berisi 32 jalur z Jalur sumber tegangan biasanya tidak diperlihatkan

Data Bus z Membawa data y. Tidak dibedakan antara “data” dan “instruksi” z Lebar jalur menentukan performance y 8, 16, 32, 64 bit

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

Control Bus z Informasi kendali dan timing y. Sinyal read/write memory (MRD/MWR) y. Interrupt request (IRQ) y. Clock signals (CK)

Skema Interkoneksi Bus

Bentuk Fisik z Bagaimana bentuk fisik bus? y. Jalur-jalur parallel PCB y. Ribbon cables y. Strip connectors pada mother boards xcontoh PCI y. Kumpulan kabel

Problem pada Single Bus z Banyak devices pada bus tunggal menyebabkan: y. Propagation delays x. Jalur data yg panjang berarti memerlukan koordinasi pemkaian shg berpengaruh pada performance x. If aggregate data transfer approaches bus capacity z Kebanyakan sistem menggunakan multiple bus

Bus Traditional (ISA) (menggunakan cache)

High Performance Bus

Jenis Bus z Dedicated y. Jalur data & address terpisah z Multiplexed y. Jalur bersama y. Address dan data pada saat yg beda y. Keuntungan – jalur sedikit y. Kerugian x. Kendali lebih komplek x. Mempengaruhi performance

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

Arbitrasi Centralised z Ada satu hardware device yg mengendalikan akses bus y. Bus Controller y. Arbitrer z Bisa berupa bagian dari CPU atau terpisah

Arbitrasi Distributed z Setiap module dapat meng-klaim bus z Setiap modules memiliki Control logic

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

Synchronous Timing Diagram

Asynchronous Timing Diagram

Bus PCI z Peripheral Component Interconnection z Dikeluarkan oleh Intel sebagai public domain z 32 atau 64 bit z 50 Jalur

Jalur pada Bus PCI (yg harus) z Jalur System y clock and reset z Address & Data y 32 jalur multiplex address/data y Jalur validasi z Interface Control z Arbitrasi y Not shared y Direct connection to PCI bus arbiter z Error lines

Jalur Bus PCI (Optional) z Interrupt lines y Not shared z Cache support z 64 -bit Bus Extension y Additional 32 lines y Time multiplexed y 2 lines to enable devices to agree to use 64 -bit transfer z JTAG/Boundary Scan y For testing procedures

Command pada PCI z Transaksi antara initiator (master) dg target z Master pegang kendali bus z Master menentukan jenis transaksi y. Misal I/O read/write z Fase Address z Fase Data

PCI Read Timing Diagram

PCI Bus Arbitration

Internet Resource z www. pcguide. com/ref/mbsys/buses/ z www. pcguide. com/