Rangkuman System Bus

System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer agar dapat berjalan. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih.

Sebuah komputer memiliki beberapa bus, agar dapat berjalan. Banyaknya bus yang terdapat dalam sistem, tergantung dari arsitektur sistem komputer yang digunakan. Sebagai contoh, sebuah komputer PC dengan prosesor umumnya Intel Pentium 4 memiliki bus prosesor (Front-Side Bus), bus AGP, bus PCI, bus USB, bus ISA (yang digunakan oleh keyboard dan mouse), dan bus-bus lainnya.

Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP. Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau kontrolir) akan bertindak sebagai jembatan antara bus-bus yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah kontrolir bus SCSI dapat mengubah sebuah bus menjadi bus SCSI, baik itu bus PCI atau bus PCI Express.

Beberapa bus utama dalam sistem komputer modern adalah sebagai berikut:

• Bus prosesor. Bus ini merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke cache atau memori utama ke chipset kontrolir memori (Northbridge, MCH, atau SPP). Bus ini juga terbagi atas beberapa macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport bus, dan beberapa bus lainnya. Sistem komputer selain Intel x86 mungkin memiliki bus-nya sendiri-sendiri. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz. Umumnya, bus ini memiliki lebar lajur 64-bit, sehingga setiap detaknya ia mampu mentransfer 8 byte.
• Bus AGP (Accelerated Graphic Port). Bus ini merupakan bus yang didesain secara spesifik untuk kartu grafis. Bus ini berjalan pada kecepatan 66 MHz (mode AGP 1x), 133 MHz (mode AGP 2x), atau 533 MHz (mode AGP 8x) pada lebar jalur 32-bit, sehingga bandwidth maksimum yang dapat diraih adalah 2133 MByte/s. Umumnya, bus ini terkoneksi ke chipset pengatur memori (Northbridge, Intel Memory Controller Hub, atau NVIDIA nForce SPP). Sebuah sistem hanya dapat menampung satu buah bus AGP. Mulai tahun 2005, saat PCI Express mulai marak digunakan, bus AGP ditinggalkan.
• Bus PCI (Peripherals Component Interconnect). Bus ini berjalan pada kecepatan 33 MHz dengan lebar lajur 32-bit. Bus ini ditemukan pada hampir semua komputer PC yang beredar, dari mulai prosesor Intel 486 karena memang banyak kartu yang menggunakan bus ini, bahkan hingga saat ini. Bus ini dikontrol oleh chipset pengatur memori (northbridge, Intel MCH) atau Southbridge (Intel ICH, atau NVIDIA nForce MCP).
• Bus PCI Express (Peripherals Component Interconnect Express)
• Bus PCI-X (Peripherals Component Interconnect Express)
• Bus ISA (Industry Standard Architecture)
• Bus EISA (Extended Industry Standard Architecute)
• Bus MCA (Micro Channel Architecture)
• Bus SCSI (Small Computer System Interface]]
• Bus USB (Universal Serial Bus)

Jika membandingkan antara 2 buah bus yaitu AGP dan PCI. Bus AGP memiliki kemampuan lebih baik dibandingkan bus PCI. Bus PCI memiliki kecepatan 33 MHz sedangkan bus AGP 66 MHz. Bus PCI juga kalah dalam hal kecepatan Transfernya yaitu 132 Mbps bandingkan dengan bus AGP yang mencapai 528 Mbps.  AGP mempunyai Pipelined. Oleh karena itu, permintaan di eksekusi secara paralel. Hal ini akan menyebabkan eksekusi lebih cepat dari Bus PCI yang tidak memiliki Pipeline. Lalu Gambar yang dihasilkan AGP lebih halus dan kemampuan untuk menampilkan gambr 3D,video lebih jelas dan memiliki kualitas lebih tinggi dari sebelumnya yang terdapat di PC.

AGP meningkatan semua performa PC dalam hal:

1.     Pengoperasian grafik lebih cepat, karena AGP tidak membagi bandwidth BUS dengan peripheral lainnya.

2.     Peripheral Devices lebih cepat karena tidak harus membagi PCI BUS dengan pengoperasian grafik yang intensif.AGP bekerja secara bersamaan dan berdiri sendiri dari banyak transaksi pada  BUS PCI. Sejak BUS AGP menangani semua pekerjaan grafik, BUS PCI bebas untuk melayani devices seperti Controller Disk, Modem dan kartu jaringan.

3.      Kualitas grafik 3D menjadi lebih tinggi bila menggunakan AGP dan sejak saat itu kualitas dari 2D dan 3D mengalami peningkatan.

Universal Serial BUS (USB)

Sinergi antara komputer dan komunikasi adalah jantung revolusi teknologi informasi saat ini. Sistem komputer modern tampaknya melibatkan berbagai variasi perangkat seperti keyboard, mikrofon, kamera, speaker dan perangkat display.

USB mendukung dua kescepatan operasi, disebut low-speed (1,5 megabyte/ det) dan full-speed (12 megabyte/ det. Revisi terbaru pada spesifikasi bus (USB 2.0) memperkenalkan kecepatan operasi ketiga, disebut high-speed (480 megabyte/ det). USB dengan cepat memperoleh pengakuan dipasaran, dan dengan tambahan kemampuan high-speed menjadikannya sebagai pilihan metode interkoneksi bagi sebagian besar perangkat komputer.

USB didesain untuk memenuhi beberapa tujuan utama:

• Menyediakan sistem interkoneksi yang sederhana, low-cost, dan mudah digunakan yang dapat megatasi kesulitan karena terbatasnya jumlah port I/O pada suatu komputer.

• Mengakomodasi karakteristik transfer data skala luas untuk perangkat I/O, termasuk koneksi telepon dan internet.

• Meningkatkan kenyamanan user melalui mode operasi plug-and-play.

USB beroperasi secara ketat pada basisi polling. Suatu perangkat mengirim pesannya sebagai respon terhadap pesan poll dari host. Karenanya pesan upstream tidak menghadapi konflik atau saling mengganggu satu dengan yang lain, sehingga tidak ada dua perangkat yang dapat mengirim pesan pada saat yang sama. Batasan ini memungkinkan Hub menjadi perangkat low-cost yang sederhana.

Semua informasi yang ditransfer melalui USB diatur didalam paket, dimana satu paket terdiri dari satu atau lebih byte informasi. Terdapat banyak tipe paket yang melakukan berbagai fungsi kontrol. Kita mengilustrasikan operasi USB dengan memberikan beberapa contoh tipe paket utama dan menunjukan bagaimana paket tersebut digunakan.

 

Gambar 11 . Skema Bus pada PC

 

Gambar 12 . Beberapa USB Connector

 

Gambar 13 . Arsitektur USB Connector

Secara umum ada 2 (dua) jenis bus, yaitu : bus sistem dan bus ekspansi. Bus sistem merupakan bagian dari motherboard. Bus ekspansi menghubungkan CPU dengan peripheral. Beberapa contoh bus ekspansi, antara lain : bus ISA, bus PCI, bus AGP, bus USB, bus Firewire. Gambar 14  berikut memperlihatkan tata letak bus internal.

 

Gambar 14 .  Tata Letak Bus Internal

Bus Small Computer System Interface (SCSI)

Akronim tersebut mengacu pada bus standar yang didefinisikan oleh American National Standards Institute (ANSI) dengan nomor X3.131 [2]. Dalam spesifikasi standar tersebut, perangkat seperti disk dihubungkan ke komputer melalui kabel 50-wire, yang dapat mencapai panjang 25 meter dan dapat mentransfer data hingga kecepatan 5 megabyte/ detik.

Standar bus SCSI telah mengalami banyak revisi, dan kemampuan transfer data telah meningkat sangat besar, hampir dua kali setiap tahun. SCSI-2 dan SCSI-3 telah didefinisikan dan masing-masing memiliki beberapa opsi. Bus SCSI memiliki 8 jalur data yang disebut narrow bus dan mentransfer data 1 byte pada satu waktu. Sebagai alternatif, bus wide SCSI memiliki 16 jalur data dan mentransfer data 16 bit pada satu waktu. Terdapat pula beberapa opsi untuk skema signaling elektrik yang digunakan. Bus dapat menggunakan transmisi single-endeed (SE), dimana tiap sinyal menggunakan satu wire, dengan commond ground return untuk semua sinyal. Dalam opsi lain, digunakan signaling diferensial dimana disediakan return wire terpisah tiap sinyal.

Konektor SCSI memilki 50, 68, atau 80 pin. Kecepatan transfer maksimum akan berupa komersial yang tersedia bervariasi dari 5 Mb/det. Versi tebaru dari standar tersebut dimaksudkan untuk mendukung kecepatan transfer hingga 320 Mb/det, dan 640 Mb/det diantisipasi kemudian. Kecepatan transfer maksimum pada bus tertentu sering merupakan fungsi panjang kabel dan jumlah perangkat yang dihubungkan, deangan kecepatan lebih tinggi untuk kabel yang lebih pendek dan perangkat yang lebih sedikit. Untuk mencapai kecepatan transfer data puncak, panjang bus biasanya dibatasi hingga 1,6 m untuk signaling SE dan 12 m untuk signaling LVD (Low Voltage Differential). Akan tetapi proses sering menyediakan bus expander khusus untuk menghubungkan perangkat yang lebih jauh letaknya. Kapasitas maksimum bus adalah 8 perangkat untuk narrows dan 16 perangkat untuk wide bus.

Prosesor mengirim perintah ke kontroler SCSI yang menghasilkan event berupa :

1. Kontroler SCSI yang bertindak sebagai initiator berjuang untuk mendapatkan kontrol bus.
2. Pada saat initiator memenangkan proses arbitration, iniator memilih kontroler target dan menyerahkan kontrol bus padanya.
3. Target memulai operasi output (dari initiator ke target) sebagai respon terhadap hal ini, initiator mengirim perintah yang menentukan operasi baca yang diminta.
4. Target, yang mengerti bahwa harus melakukan operasi disk seek terlebih dahulu, mengirim pesan ke interior yang mengindikasikan akan menangguhkan sementara koneksi antara initiator dan target. Kemudian target membebaskan bus tersebut.
5. Kontroler target mengirim perintah ke disk drive untuk memindahkan head baca kesektor pertama yang terlibat dalam operasi baca yang dimaksud. Kemudian membaca data yang disimpan disektor tersebut dan menyimpannya dalam buffer data. Pada saat target siap mentransfer data ke initiator, target merequest kontrol bus. Setelah memenangkan arbitration, target mereselect kontroler initiator, sehingga memulihkan koneksi yang ditangguhkan.
6. Target mentransfer isi buffer data ke initiatior dan kemudian menangguhkan lagi koneksi tersebut. Data ditransfer 8 atau 16 bit secara pararel, tergantung pada lebar bus.
7. Kontroler target mengirim perintah ke disk drive untuk melakukan operasi seek lainnya. Kemudian mentransfer isi sektor disk kedua initiator, seperti sebelumnya. Pada akhir transfer ini, koneksi logika antara dua kontroler tersebut diterminasi.
8. Pada saat kontroler initiator menerima data tersebut, maka kontroler menyimpannya dalam memory utama menggunakan pendekatan DMA.
9. Kontroler SCSI mengirim interrupt ke prosesor untuk memberitahu bahwa operasi yang diminta telah selesai.

Bus bebas pada saat sinyal BSY berada pada keadaan inactive (high-voltage). Kontroler apapun dapat merequest penggunaan bus tersebut pada saat bus tersebut berada dalam keadaan ini karena dua atau lebih kontroler dapat menghasilkan request pada saat yang sama, maka harus diterapkan skema arbitration. Kontroler me-request bus tersebut dengan menyatakan sinyal-BSY dan dengan menyatakan jalur data yang berhubungan dengannya untuk mengidentifikasi dirinya.

 Gambar 5 . Ultra 160 SCSI Cable Single

Gambar 6 . Ultra 160 SCSI Cable 5 way

Gambar 7 . Ultra 160 SCSI Cable 8 way

Gambar 8 . Ultra 160 SCSI Cable 11 way

Gambar 9 . Ultra 320 Twin SCSI Cable with Terminator

Gambar 10 . Ultra 320 Quad SCSI Cable with Terminator

Bus Peripheral Componen Interconnect (PCI)

Bus PCI adalah contoh yang baik dari sistem bus yang muncul dari kebutuhan standarisasi. Bus tersebut mendukung fungsi yang terdapat dalam bus prosesor tetapi dalam format terstandarisasi yang lepas dari prosesor tertentu. Perangkat yang terkoneksi ke Bus PCI tampak bagi prosesor seakan dihubungkan secara langsung ke BUS prosesor. Prangkat tersebut diberi alamat dalam ruang alamat memori pada prosesor.

PCI mengikuti suatu rangkaian standar BUS yang sebelumnya digunakan terutama pada IBM PC. PC awal menggunakan bus 8-bit XT, yang sinyalnya sangat mirip dengan prosesor 80x86 intel. Setelahnya bus 16-bit yang digunakan pada komputer PC AT dikenal sebagai bus ISA. Versi extended 32-bit-nya dikenal sebagai bus EISA. Bus lain yang dikembangkan pada tahun delapan puluhan dengan kemampuan serupa adalah Microchannel yang digunakan dalam IBM PC dan NuBus yang digunakan dalam komputer Macintosh.

PCI dikembangkan sebagai bus low-cost yang sangat processor independent. Desainnya mengantisipasi tuntutan bandwidth bus yang berkembang sangat cepat untuk mendukung disk high-speed dan perangkat grafik dan video, dan juga kebutuhan khusus terhadap sistem multi processor. Akibatnya, PCI masih populer sebagai standar industri hampir satu dekade setelah diperkenalkan pertama kali pada tahun 1992.

Fitur penting yang dirintis oleh PCI adalah kemapuan Plug-and-Play untuk menghubungkan perangkat I/O. untuk menghubungkan perangkat baru, user cukup menghubungkan board antar muka perangkat ke bus tersebut. Software menangani bagian selanjutnya. Kita akan membahas bus ini setelah kita mendeskripsikan bagaimana bus PCI beroperasi.

Bus mendukung tiga ruang alamat mandiri: memory, I/O, dan konfigurasi. Dua yang pertama adalah self explanatory. Ruang alamat I/O dimaksudkan untuk penggunaan dengan prosesor, seperti pentium, yang memiliki ruang alamat I/O terpisah.

Bus PCI telah mendapatkan popularitas yang luar biasa dalam dunia PC. Bus tersebut juga digunakan dalam banyak komputer lain, seperti SUN, untuk memanfaatkan perangkat I/O skala luas yang menggunakan antar muka PCI. Dalam kasus beberapa prosesor, seperti Compaq Alpha, sirkuit bridge PCI-processor dibangun pada chip prosesor tersebut, sehingga lebih menyederhanakan desain sistem dan pengepakan.

Bus Processor

Bus Prosesor adalah bus yang diidentifikasikan oleh sinyal pada sinyal chip prosesor tersebut. Perangkat yang memerlukan koneksi dengan cepat dengan kecepatan sangat tinggi ke prosesor, seperti main memory dapat dihubungkan langsung ke bus ini. Motherboard biasanya menyediakan bus lain yang lebih banyak perangkat. Dua bus dapat diinterkoneksikan oleh satu sirkuit yaitu bridge yang mentranslasikan sinyal dan protokol satu bus menjadi lainnya.

Struktur bus terikat erat dengan arsitektur prosesor, serta juga tergantung pada karakteristik chip prosesor. IBM mengembangkan suatu bus yang disebut ISA (Industry Standart Architecture) untuk PC yang pada saat itu dikenal sebagai PC AT. Popularitas tersebut mendorong produsen lain untuk membuat antar muka ISA-compatible untuk perangkat I/O sehingga menjadikan ISA standar de fact.

Beberapa standar telah berkembang melui usaha kerja sama industrial, bahkan diantara perusahaan pesaing dikarenakan keinginan bersama dalam memilki produk yang kompatibel. Pada beberapa kasus organisasi seperti IEEE (Institute of Electrical and Electrinic Enginers), ANSI (American National Standart Institute), atau badan internasional seperti ISO (Internasional Standards Organization) telah menyetujui standar tersebut dan memberinya status resmi.

Tiga standar bus yang digunakan secara luas yaitu PCI (Peripheral Computer Interconnect), SCSI (Small Compter System Interface), dan USB (Universal Serial Bus).

Gambar 2 . Slot SCSI

Gambar 3 . ISA 8 Bit

                Gambar 4 . ISA 16 Bit

Bus Arbitrasi

Suatu konflik yang timbul jika prosesor dan kontroler DMA (Direct Memory Acces) atau dua kontroler DMA mencoba menggunakan bus pada saat yang sama untuk mengakses memori utama. Untuk mengantisipasi hal ini, prosedur arbitrasi perlu diterapkan pada bus untuk mengkoordinasikan aktivitas semua perangkat yang meminta transfer memori.

Bus arbitrasi adalah proses memilih perangkat berikutnya sebagai bus master (perangkat yang diijinkan untuk menganisiasi data pada bus setiap saat) dan mentransfer bus mastership kepada perangkat tersebut, bus arbiter dapat berupa prosesor atau unit terpisah yang terhubung ke bus. Terdapat dua pendekatan yang dapat diterapkan untuk bus arbitrasi. Pertama, Centralized Arbitration merupakan suatu bus arbital tunggal melakukan arbitration yang diperlukan. Kedua, distibuted arbitration yakni semua perangkat berpartisipasi dalam pemilihan bus master berikutnya. Distributed arbitration berarti semua perangkat yang menunggu untuk menggunakan bus tersebut memiliki tanggung jawab setara dalam melaksanakan proses arbitrasi.

Bus System

          Inti sebuah Motherboard ( chipset) adalah beberapa bus yang menghantarkan sinyal antar masing – masing komponen. Bus dapat disebut sebagai lintasan umum/bersama yang digunakan untuk transfer data. Untuk komunikasi data, jalur ini dapat juga untuk komunikasi dua buah komputer atau lebih.

Prosesor, memori utama, dan perangkat I/O dapat dinterkoneksikan dengan menggunakan bus bersama yang fungsi utamanya adalah menyediakan jalur komonikasi untuk transfer data. Bus tersebut menyediakan jalur yang diperlukan untuk mendukung interrupt dan arbitrasi. Protokol bus adalah set aturan yang mengatur kelakuan berbagai perangkat yang terhubung ke bus yaitu kapan harus meletakkan informasi je dalam bus, menyatakan sinyal kontro, dan lian sebagainya.

Gambar 1. Skema interkoneksi bus

Jalur bus yang digunakan untuk mentransfer data dapat dikelompokkan menjadi tiga tipe, yaitu jalur data, alamat, dan kontrol. Sinyal kontrol menetapkan apakah operasi baca tulis yang dilakukan. Biasanya digunakan jalur R/W tunggal. Jalur tersebut menetapkan Read pada saat diset 1 dan Write pada saat diset 0. apabila dimungkinkan menggunakan beberapa ukuran operand seperti byte, word, atau long word, maka ukuran data yang diminta juga diindikasikan.

Sinyal kontrol bus juga membawa informasi timing. Sinyal tersebut menetapkan waktu kapan prosesor dan perangkat I/O dapat meletakkan bus atau menerima data dari bus. Skema telah ditemukan untuk transfer data melalui bus dapat dikalsifikasikan sebagai skema synchronous dan asynchronous.

Dalam setiap operasi transfer data, suatu perangkat memainkan peranan sebagai master, ini adalah perangkat yang menganisiasi transfer data dengan mengeluarkan perintah baca atau tulis.

Bus tersebut mayoritas terdapat dalam komputer komersial. Misalnya bus pada famili prosesor 68000 memiliki dua mode operasi yaitu satu asynchronous dan satu synchronous. Keuntungan bus asynchrinous adalah proses handshake menghilangkan kebutuhan sinkronisasi clock sender dan reciever sehingga menyederhanakan desain timing. Kecepatan transfer data pada bus asynchonous yang dikontrol oleh full handshake dibatasi oleh fakta bahwa tiap transfer melibatkan dua jeda round trip.

                Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP. Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau kontrolir) akan bertindak sebagai jembatan antara bus-bus yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah kontrolir bus SCSI dapat mengubah sebuah bus menjadi bus SCSI, baik itu bus PCI atau bus PCI Express.