Dokumen tersebut membahas tentang arsitektur bus dalam komputer, termasuk bus tunggal, bus ganda, dan bus tripel. Juga dibahas mengenai unsur-unsur pokok mikroprosesor seperti register, ALU, dan penggunaan bus serta penumpukan untuk mengimplementasikan instruksi-instruksi.

1. Arsitektur Komputer
MULTI BUS
Pertemuan ke : X
17-Dec-12
Create by Warto
1
ARSITEKTUR BUS
• Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih
perangkat. Karakteristik bus dapat digunakan bersama-sama secara
bergantian. Bus system yang menghubungkan komponen utama komputer
(CPU, memori, dan I/O)
Bus Data
• Bus data memberikan lintasan bagi pemindahan data antar dua modul
sistem. Umunya terdiri dari 8, 16, atau 32 saluran (bit). Lebar bus merupakan
faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan.
• Misal, bus data 8 bit, dan setiap instruksi panjangnya 16 bit, maka cpu harus
dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklus.
Bus Alamat
• Digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data.
Misalnya bila CPU akan membaca sebuah word (8, 16, atau 32 bit) data dari
memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang di maksud pada
saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan kapasitas memori
maksimum sistem. Bus alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port I/O.
17-Dec-12
Create by Warto
2
1

2. Bus Kontrol
• Digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data. Signal
kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara
modul-modul sistem. Signal-signal perintah akan menspesifikasikan operasi-operasi
yang akan dibentuk
Bus kontrol meliputi :
• Memory Write : menyebabkan data pada bus akan ditulis ke dalam lokasi alamat
• Memory Read : menyebabkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus
• I/O Write : menyebabkan data pada bus di outputkan ke port I/O yang beralatam
• I/O Read : menyebabkan data dari port I/O yang beralamat ditempatkan pada bus
• Transfer ACK : Menunjukkan bahwa data telah diterima dari bus atau telah
ditempatkan di bus
• Bus Request : Menunjukkan bahwa modul memerlukan kontrol bus
• Bus Grant : Menunjukkan bahwa modul yang melaku kan request telah diberi hak
mengontrol bus
• Interrupt Request : Menandakan bahwa sebuah interrupt ditangguhkan
• Interrupt ACK : Memberitahukan bahwa interrupt yang ditangguhkan telah diketahui
• Clock : Digunakan untuk mensinkronkan operasi-operasi
• Reset : menginisialisasi seluruh modul
17-Dec-12
3
Create by Warto
Arsitektur Bus Tunggal
• Digunakan oleh sistem mikro komputer dan mini komputer.
• Untuk membedakan berbagai arsitektur processor intern (register & ALU),
arsitektur paling sederhana adalah arsitektur bus tunggal.
• Pada mikroprosesor dengan sistem bus tunggal, bus dihubungkan ke kedua
masukan ALU dari kiri dan kanan. Hasil sebuah operasi yang dilaksanakan
oleh ALU disimpan di bus yang sama, untuk dilewatkan kembali ke register.
Bus tunggal dimultipleks dalam waktu
BUS DATA INTERN
BUS
ESTERN
AKUMULATOR
•••
ALU
RO
R1
REGISTER-REGISTER
17-Dec-12
Create by Warto
RN
Gb. Arsitektur Bus Tunggal
4
2

3. • Sebuah instruksi yang dilakukan mikro processor adalah R0 = R0 + R1
• Jumlahkan R0 dan R1, simpan hasilnya di R0
• R0 dibaca ke bus, melalui bus tunggal data dibawa ke masukan kiri ALU dan
disimpan di accumulator (ACC)
• R1 dipilih, isinya dibaca ke bus kemudian dikirim ke masukkan kanan ALU
• Masukan kanan ALU di kondisikan oleh R1, dan masukan kiri ALU
dikondisikan oleh register accumulator yang berisi harga R0, operasi
penjumlahan dapat dilakukan oleh ALU & hasilnya muncul pada keluaran ALU
BUS ESTERN
BUS DATA INTERN
ACC
•••
STATUS
R0
R1
R2
RN
ALU
R0 + R1
Gb. Arsitektur Bus Tunggal
REGISTER-REGISTER
17-Dec-12
Create by Warto
5
• Hasil penjumlahan digerbangkan pada bus tungal dan dikirim kembali ke R0.
• Penahan masukan R0 (input latch) harus dibuat mampu (enable) sehingga
data dapat ditulis di R0.
• Hasil penjumlahan disimpan di R0. Isi R1 tidak berubah oleh operasi ini. Isi
sebuah register atau memori baca/tulis tidak diubah oleh operasi pembacaan.
• Register pada masukan kiri ALU adalah register buffer yang diperlukan untuk
mengingat isi R0, sehingga bus tunggal dapat dipakai kembali untuk
penggunaan lain
Keuntungan Bus Tunggal
• Arsitekturnya memerlukan daerah bus yang paling sedikit.
• Menghemat ruang pada chip, karena ruang merupakan sebuah pertimbangan
kritis bagi implementasi microprocessor
Kerugian Bus Tunggal
• Operasi lambat, bus dimultipleks yaitu dipakai untuk berbagai tujuan dalam
suatu kurun waktu tertentu.
• Untuk memperbaikinya, diperlukan penggunaan bus ganda
17-Dec-12
Create by Warto
6
3

4. ARSITEKTUR BUS GANDA
• Untuk sistem yang berunjuk kerja tinggi, yang memungkinkan beberapa piranti
untuk berkomunikasi dengan beberapa piranti lain secara bersamaan. Akan
tetapi, penjadwalan bus paralel akan lebih kompleks
• Menggunakan dua bus. Bus masukan (source bus, s-bus) yang dihubungkan
ke kedua masukan ALU.
• Bus tujuan (distination bus, d-bus) menghubungkan Alu dan register-register.
BUS - S
R0
R1
R2 • • • RN
ALU
BUS - D
Gb. Arsitektur Bus Ganda
17-Dec-12
7
Create by Warto
BUS TRIPEL
• Memungkinkan kemampuan maximum.
• Tersedia dua bus masukan (bus – A dan bus – B)
• Bus-A dihubungkan kemasukan kanan ALU dan Bus-B menjadi masukan kiri
ALU, kedua masukan dapat digunakan pada waktu yang bersamaan.
BUS - A
BUS - B
R0
R1
R2
• • • RN
ALU
STATUS
BUS - D
Gambar. Tripel Bus
17-Dec-12
Create by Warto
8
4

5. • Tidak memerlukan buffer, walaupun ada akan digunakan untuk tujuan lain.
• Hasil operasi dapat digerbangkan ke bus-D dan tidak tergantung dari kedua
bus sumber (bus-A dan bus-B)
ARSITEKTUR STANDAR MICROPROCESSOR ( µP )
• Sebagian besar chip-chip µP, mengimplementasi arsitektur standar yang sama
yaitu arsitektur bus tunggal yang menggunakan luas chip secara efisien
Unsur-unsur standar µP :
• Kotak kendali (kontrol)
• Register akumulator
• Register isyarat (bendara/flag register)
Kerugian Arsitektur ini adalah :
• Memperkenalkan tingkatan buffer yang menyebabkan penundaan dalam
mengakses masukan kiri ALU.
• ALU juga menyediakan fasilitas penggeseran dan rotasi. Operasi geser
menggerakkan isi sebuah word ke posisi kiri atau kanan
17-Dec-12
9
Create by Warto
BUS DATA ESTERN 8 BIT
BUS DATA INTERN
ACC
SP
PC
16 BIT
16 BIT
FLAG
REGISTER
R0
RN
•••
H L
BUS ALAMAT
ESTERN 16 BIT
REGISTER
DATA 8 BIT
C
V
N
H
Z
ALU
P
E
N
G
E
N
D
A
L
I
PENGGESER
Gb. Arsitektur µP Standar (8 bit)
PINDAHAN
17-Dec-12
Create by Warto
Gb. Penggeseran posisi bit ke kiri
10
5

6. • Bit yang masuk kesebelah kanan adalah bit 0, sedangkan bit yang keluar di
sebelah kiri ditangkap menjadi sebuah bit register status khusus (carry bit).
• Bila bit paling kiri dikirim kembali kemasukan kanan akumulator akan
dihasilkan operasi rotasi, dimana setiap bit digeser kekiri satu posisi.
• Pada akhir penggeseran, bit paling kiri yang keluar menetapkan harga baru bit
pindahan.
• Bit status atau isi register isyarat di tes untuk menentukan instruksi selanjutnya
C V N H Z tidak dipakai
Bit Status
Isi Register Status atau isyarat dari kiri kekanan
Carry : akan melakukan dua fungsi yang berbeda :
1. Menyimpan pindahan aritmatika pada hasil yang melimpah (over flow)
2. Pindahan (carry) digunakan sebagai tumpahan (spill out) sewaktu operasi
penggeseran
V-oVer flow, adanya over flow akan mengubah harga bit paling berarti (msb)
yang dapat mengakibatkan kesalahan bila dipakai notasi komplen dua-dua
Bit ke 7 dalam komplemen dua-dua menunjukkan harga 1 (negatif) dan 0
(positif). Bit pelimpahan dipakai untuk menunjukkan kejadian ini.
17-Dec-12
Create by Warto
11
Negative atau Sign (tanda), bit N dihubungkan langsung ke posisi bit 7. Bit 7
pada komplemen dua-dua menunjukkan tanda (0:positif & 1 : negative).
Pada operasi aritmatika, bit N dipakai untuk menetapkan apakah sebuah
bilangan positif atau negatif
Half-carry, setengah pindahan. Bit ini dipakai sewaktu operasi desimal yang
dikode biner (BCD). Adanya half carry untuk menghindari kesalahan
pembulatan oleh notasi komplemen dua-dua.
REGISTER
• Memory berkecepatan tinggi yang bersifat intern terhadap CPU
• Bersifat user visible yang artinya dapat dipakai oleh pemrogram dengan
menggunakan set instruksi
Register Serba Guna (General Purpose Register)
• Disediakan agar ALU dapat berkerja dengan kecepatan tinggi.
• Di implementasikan sebagai FF (flip-flop) MOS
• Isi dapat diakses dalam puluhan nano detik
Register Alamat
• Diperuntukkan untuk menyimpan alamat. Sebagai pencacah data atau
penunjuk. Merupakan register 16 bit yang dibedakan antara Low dan High
bit
17-Dec-12
Create by Warto
12
6

7. PC – Program Counter (Pencacah Program)
• Berisi alamat instruksi berikutnya yang akan diproses/dilaksanakan.
• Isi PC dideposit ke bus alamat dan merambat menuju memori.
• Memori akan membaca isi lokasi yang ditentukan oleh alamat ini dan
mengirim kembali byte yang bersangkutan ke microprocessor unit
SP – Stack Pointer (Penunjuk Tumpukan)
• Register penyangga alamat elemen puncak dari suatu stack dalam memory.
• Isi stack akan berkurang setelah operasi write (PUSH) dan akan bertambah
sebelum operasi read (POP)
BUS DATA
PUSH
POP
PENUNJUK
PENUMPUKAN
BASIS
PENUMPUKAN
DASAR PENUMPUKAN
17-Dec-12
13
Create by Warto
Index Register
• Isinya dapat digunakan untuk memodifikasi alamat operand pada saat
eksekusi instruksi sedang berlangsung. Juga dapat digunakan untuk
mengakses blok-blok data dalam memori.
Stack – Penumpukan
• Struktur masuk belakangan, keluar duluan (LIFO)
• Operasi POP (ambil/tarik) dan PUSh (taruh/dorong)
• Tumpukan digunakan untuk menyediakan layanan subroutine dan interupsi
Penumpukan dapat
7
0
7
0
diimplementasikan dalam H/W
MEMORI
DATA
atau S/W yaitu pada memori
PUSH
baca/tulis (RAM
15
Bagian atas penumpukan dapat
diperbaharui oleh SP, secara
otomatis
0
POP
ALAMAT (2001)
2001
SP
MICROPROCESSOR
BASIS
17-Dec-12
Create by Warto
14
7

8. • Operasi PUSH dan POP, akan mengakibatkan isi akumulator akan dikirim atau
dibaca dari bagian atas penumpukan
• Pada operasi PUSH, isi akumulator dikirim ke bagian atas penumpukan
• Alamat dalam penumpukan (2001) yang sebelumnya ada di Stack Pointer
• Setelah di PUSH otomatis SP diperbesar menjadi 2002 dan kini menunjuk
lokasi tersedia pertama yang baru
• Operasi POP mengambil unsur paling atas penumpukan dan muatkan ke ACC
Semula isi SP 2002, setelah di
7
0
POP otomatis dikurangi dan
menjadi 2001
7
0
7
ACC
0
ACC
15
PUSH
POP
0
2001
15
0
2002
Diperbesar & diperkecil
secara otomatis
MPU
2001
2000
Penunjuk Penumpukan
“PUSH”
BASIS
Alamat
OPERASI PUSH
17-Dec-12
15
Create by Warto
Pelaksanaan InstruksI
Instruksi diambil dari memori dan
- Pengambilan (IF : Instruction Fetch)
dikirim ke IR (CPU)
- Pengkodean (ID : Instruction Decode) Di IR instruksi di decode oleh dekoder
- Pelaksanaan (EX : Execution)
Akhirnya setelah di dekoder di proses
atau dilaksanakan (execute)
BUS DATA
MPU
7
IR
7
0
0
MEMORY
INST
DEKODER
SINYAL-SINYAL
15
PC
0
INST
BACA
MEMORY
2304
DEKODER
ALAMAT
0000
ALAMAT
+1
17-Dec-12
2304
Create by Warto
16
8

9. MULTIPROSESING
Penggunaan multiprosesing dimotivasi oleh pertimbangan kinerja dan/atau
realibilitas. Kita dapat mengklasifikasikan sistem multiprosesing sbb :
• Loosely Coupled Multiprocessing : Terdiri dari kumpulan sistem yang relatif
bersifat otonom,masing-masing CPU memiliki memori utama dan seluruh
I/O-nya sendiri. Istilah multikomputer sering digunakan dalam konteks ini.
• Functionality Specialized Processor : Contohnya prosesor I/O, dalam
sistem seperti ini terdapat sebuah master, general-purpose CPU, dan CPU
khusus dikontrol oleh CPU master dan memberikan layanan kepadanya.
• Tightly Coupled Multiprocessing : Terdiri dari himpunan prosesor yang
menggunakan bersama memori utama dan berada di bawah kontrol
terintegrasi suatu sistem operasi.
• Parallel Processing : Multiprocessor yang dikopelkan dengan kuat yang
dapat mengerjakan secara kooperatif sebuah pekerjaan secara paralel.
Pengolahan paralel terutama merupakan masalah rancangan perangkat
lunak, walaupun telah banyak penelitian yang dilakukan, namun masih
berada diluar jangkauan aplikasi praktis.
17-Dec-12
Create by Warto
17
9