Bus System

Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja sistem bus

 Kinerja sistem bus dalam komputer dipengaruhi oleh sejumlah faktor yang penting untuk memahami bagaimana data dipindahkan antara berbagai komponen. Berikut adalah penjelasan rinci mengenai faktor-faktor tersebut:

A. Lebar Bus

1. Lebar Bus Data

   Lebar bus data, yang diukur dalam bit (misalnya 8, 16, 32 bit), menentukan jumlah data yang dapat ditransfer dalam satu siklus clock. Semakin lebar bus data, semakin banyak bit yang dapat dikirim sekaligus. Sebagai contoh, jika bus data berukuran 8 bit dan panjang instruksi 16 bit, maka CPU harus mengakses memori dua kali untuk mengirimkan satu instruksi, yang dapat memperlambat kinerja sistem.

2. Lebar Bus Alamat

   Lebar bus alamat berpengaruh terhadap kapasitas memori maksimum yang dapat diakses oleh sistem. Semakin lebar bus alamat, semakin banyak lokasi memori yang dapat dirujuk. Ini sangat penting untuk sistem yang membutuhkan kapasitas memori besar.

B. Kecepatan Bus

   Kecepatan bus dipengaruhi oleh frekuensi clock, yaitu seberapa cepat sinyal dapat dikirimkan melalui bus. Frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan transfer data lebih cepat, sehingga meningkatkan throughput keseluruhan sistem.

C. Desain dan Arsitektur Bus

1. Jenis Bus

    Terdapat berbagai jenis bus, seperti bus dedicated dan bus multiplexed. Bus dedicated memiliki jalur terpisah untuk alamat dan data, yang memberikan throughput lebih tinggi namun dengan biaya dan ukuran sistem yang lebih besar. Sementara itu, bus multiplexed menggunakan jalur yang sama untuk berbagai keperluan, sehingga lebih efisien dari segi ruang, tetapi meningkatkan kompleksitas desain.

2. Sistem Multi-Bus

   Sistem multi-bus, arsitektur dibagi menjadi beberapa tingkat berdasarkan kecepatan dan kebutuhan transfer data. Komponen dengan kebutuhan transfer data tinggi dihubungkan ke bus berkecepatan tinggi, sedangkan komponen dengan kebutuhan lebih rendah menggunakan bus ekspansi. Pendekatan ini membantu mengurangi kemacetan dan meningkatkan efisiensi transfer data.

D. Kontrol dan Protokol

1. Sinyal Kontrol

   Sinyal kontrol sangat penting untuk mengatur komunikasi antar komponen. Sinyal ini mencakup perintah untuk membaca atau menulis data, serta konfirmasi bahwa data telah diterima (ACK). Pengelolaan sinyal kontrol yang efektif sangat penting untuk menghindari konflik dan memastikan transfer data yang benar.

2. Arbitrasi Bus

     Ketika beberapa perangkat ingin menggunakan bus secara bersamaan, diperlukan mekanisme arbitrasi untuk menentukan prioritas akses. Jika mekanisme ini tidak dikelola dengan baik, hal tersebut dapat menyebabkan penundaan dan mengurangi kinerja keseluruhan sistem.

E. Jumlah Perangkat yang Terhubung

1. Kemacetan Lalu Lintas

   Semakin banyak perangkat yang terhubung ke bus, semakin tinggi kemungkinan terjadinya kemacetan. Hal ini dapat memperpanjang waktu tunggu untuk akses bus dan menurunkan kinerja.

2. Delay Propagasi

   Banyaknya perangkat yang terhubung, delay propagasi—yaitu waktu yang diperlukan sinyal untuk bergerak dari satu perangkat ke perangkat lain—akan meningkat. Hal ini dapat memperlambat komunikasi antar modul dalam sistem

F. Teknologi Direct Memory Access (DMA)

   Teknologi Direct Memory Access (DMA) adalah metode yang memungkinkan perangkat keras tertentu, seperti hard disk, kartu suara, atau kartu jaringan, untuk mengakses memori utama secara langsung tanpa melibatkan CPU secara langsung dalam proses transfer data. Dengan DMA, perangkat-perangkat ini dapat memindahkan data antara memori dan perangkat I/O (Input/Output) tanpa intervensi CPU, yang sangat penting untuk meningkatkan kinerja bus dalam komputer Berikut adalah beberapa cara DMA berkontribusi dalam meningkatkan kinerja sistem bus :

1. Mengurangi Beban CPU

   DMA mengurangi beban kerja CPU dengan mengalihkan tugas transfer data ke pengontrol DMA. Tanpa DMA, CPU harus mengelola setiap langkah transfer data, yang dapat menghabiskan banyak waktu dan sumber daya. Dengan DMA, CPU hanya perlu memulai dan mengakhiri transfer data, membebaskan waktu untuk menjalankan instruksi lain. Hal ini meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem dan memungkinkan CPU untuk menangani lebih banyak tugas paralel.

2. Transfer Data yang Lebih Cepat

   DMA memungkinkan transfer data dilakukan dalam mode burst, di mana sejumlah besar data dipindahkan sekaligus. Metode ini lebih cepat dan lebih efisien dibandingkan dengan cara tradisional yang memerlukan CPU untuk mengelola transfer data secara bertahap. DMA dapat melakukan transfer data dengan lebih cepat, mengurangi latensi dan mempercepat komunikasi antara perangkat I/O dan memori.

3. Penggunaan Bus yang Lebih Efisien

   Salah satu keunggulan DMA adalah kemampuannya untuk mengambil alih kontrol bus ketika CPU tidak menggunakannya. Dengan cara ini, bus dapat digunakan lebih efisien, karena DMA bisa mentransfer data saat CPU sedang tidak aktif atau sedang melakukan tugas lain. Hal ini memaksimalkan penggunaan bandwidth bus dan mengurangi kemungkinan terjadinya kemacetan data di bus, meningkatkan throughput keseluruhan sistem.

4. Mengurangi Waktu Tunggu

   CPU tidak terlibat langsung dalam setiap langkah transfer data, waktu tunggu untuk operasi lain berkurang. Misalnya, saat perangkat keras membutuhkan data dari memori, DMA dapat langsung memindahkan data tersebut tanpa harus menunggu CPU menyelesaikan instruksi lainnya. Ini memungkinkan sistem untuk lebih responsif dan meningkatkan pengalaman pengguna secara keseluruhan.

5. Peningkatan Throughput Sistem

 DMA meningkatkan throughput sistem secara signifikan, terutama pada aplikasi yang memerlukan transfer data besar dan cepat, seperti pada sistem basis data atau aplikasi multimedia. Dengan memindahkan tugas transfer data dari CPU ke pengontrol DMA, sistem dapat menangani volume data yang lebih besar dalam waktu yang lebih singkat, meningkatkan performa dalam tugas-tugas berat.

Arsitektur Bus Jamak Tradisional

Dalam arsitektur ini, terdapat beberapa bus yang menghubungkan berbagai komponen satu sama lain:

1. Bus Lokal

   • Bus lokal adalah bus berkecepatan tinggi yang menghubungkan secara langsung prosesor dengan cache dan memori utama.
   • Prosesor dapat dengan cepat mengakses data dan instruksi yang disimpan di cache dan memori utama melalui bus lokal.
   • Komunikasi melalui bus lokal ini sangat penting untuk memaksimalkan kinerja prosesor.

2. Bus Sistem

   • Bus sistem adalah bus bersama yang menghubungkan memori utama, pengontrol I/O, dan perangkat periferal lainnya ke prosesor.
   • Semua komponen terhubung ke bus sistem ini, memungkinkan prosesor untuk berkomunikasi dan bertukar data dengan komponen-komponen tersebut.
   • Bus sistem beroperasi pada kecepatan yang lebih rendah dibandingkan bus lokal, namun tetap memungkinkan transfer data yang efisien.

3. Bus Ekspansi

   • Bus ekspansi memungkinkan koneksi perangkat periferal tambahan, seperti kartu jaringan atau kartu video, untuk memperluas kemampuan sistem.
   • Komponen-komponen yang terhubung ke bus ekspansi dapat berkomunikasi dengan prosesor melalui bus sistem.

4. Antarmuka Periferal

   • Perangkat periferal seperti SCSI, modem, dan antarmuka serial terhubung ke bus sistem.
   • Ini memungkinkan prosesor untuk berinteraksi dan berkomunikasi dengan perangkat-perangkat tersebut.

   Adanya berbagai bus yang menghubungkan komponen-komponen, arsitektur bus jamak tradisional ini memungkinkan aliran data dan instruksi yang terorganisir dan efisien antara prosesor, memori, dan perangkat periferal. Prosesor dapat dengan cepat mengakses data dan instruksi yang dibutuhkan melalui bus lokal, sementara komponen-komponen lain dapat terhubung dan berkomunikasi melalui bus sistem dan bus ekspansi.

Arsitektur  Bus Jamak Kinerja Tinggi

    Arsitektur bus jamak kinerja tinggi (high-performance multi-bus architecture) adalah sebuah desain arsitektur komputer yang memanfaatkan beberapa bus yang berbeda untuk menghubungkan komponen-komponen dalam sistem. Tujuannya adalah meningkatkan kinerja dan efisiensi sistem dengan memisahkan aliran data ke beberapa bus yang dapat bekerja secara paralel.

Cara kerja komponen pada arsitektur bus jamak kinerja tinggi, antara lain :

1. Processor

   • Processor bertindak sebagai otak utama yang mengeksekusi instruksi-instruksi program.
   • Processor terhubung langsung ke bus lokal, yang merupakan bus kecepatan tinggi.

2. Bus Lokal

   • Bus lokal memungkinkan prosesor untuk berkomunikasi dengan cache/bridge secara cepat.
   • Kecepatan bus lokal jauh lebih tinggi daripada bus sistem, sehingga dapat mengurangi waktu tunggu prosesor.

3. Cache/Bridge

   • Cache/bridge berfungsi sebagai penghubung antara prosesor dan memori utama.
   • Cache menyimpan salinan data yang sering diakses, sehingga prosesor dapat mengambil data dengan lebih cepat.
   • Bridge mengelola aliran data antara prosesor, cache, dan bus sistem.

4. Bus Sistem

   • Bus sistem adalah bus bersama yang menghubungkan cache/bridge dengan memori utama dan komponen-komponen sistem lainnya.
   • Komponen-komponen seperti LAN, SCSI, PCI394, VGA, dan Video terhubung ke bus sistem.
   • Bus sistem memungkinkan terjadinya transfer data paralel antara prosesor, memori, dan komponen lain.

5. Bus Ekspansi

   • Bus ekspansi adalah bus terpisah yang menghubungkan perangkat periferal seperti modem, faks, printer, dan perangkat serial.
   • Dengan menggunakan bus ekspansi yang terpisah, perangkat periferal dapat berkomunikasi tanpa mengganggu kinerja bus sistem utama.

   Arsitektur bus jamak ini memungkinkan terjadinya komunikasi paralel dan kecepatan tinggi antara berbagai komponen dalam sistem komputer. Hal ini meningkatkan performa keseluruhan sistem secara signifikan dibandingkan dengan desain bus tunggal.

Kesimpulan

   Kinerja sistem bus dalam komputer dipengaruhi oleh beberapa faktor penting. Lebar bus data dan alamat menentukan berapa banyak data yang bisa dikirimkan sekaligus dan berapa banyak memori yang bisa diakses. Kecepatan bus juga sangat berpengaruh, semakin cepat frekuensi clock, semakin cepat data bisa ditransfer. Desain bus, seperti apakah menggunakan satu bus atau lebih, juga mempengaruhi efisiensi transfer data.

   Jumlah perangkat yang terhubung ke bus juga dapat mempengaruhi kinerja, karena semakin banyak perangkat, semakin besar kemungkinan terjadinya kemacetan. Teknologi seperti Direct Memory Access (DMA) membantu dengan mengurangi beban kerja CPU dan mempercepat proses transfer data.

    Arsitektur bus juga memainkan peran penting, dengan sistem yang menggunakan beberapa bus dapat meningkatkan kinerja dengan memungkinkan komunikasi paralel antar komponen. Secara keseluruhan, desain dan pengelolaan sistem bus yang baik sangat penting untuk meningkatkan kinerja komputer secara keseluruhan.

Referensi

1. Setiawan, E. (2019, 13 Desember). Sistem Bus pada Komputer: Penjelasan Singkat. Medium. Diakses dari https://medium.com/@mr.edwinsetiawan/sistem-bus-pada-komputer-penjelasan-singkat-2069c091e637

2. Artikeloperasisistem. (2018, November). Penjelasan DMA (Direct Memory Access). Blogspot. Diakses dari https://artikeloperasisistem.blogspot.com/2018/11/penjelasan-dma-direct-memory-acces.html

3. Firman Informatika. (2014, November). DMA (Direct Memory Access) pada Komputer. Blogspot. Diakses dari https://firmaninformatika.blogspot.com/2014/11/dma-direct-memory-access-pada-komputer.html

4. PEMBAHASAN DIRECT MEMORY ACCESS. Academia.edu. Diakses dari https://www.academia.edu

5. Lautan Ilmu Mahasiswa STTPLN. (2013, November). Materi Sistem Bus. Blogspot. Diakses dari https://lautanilmumahasiswasttpln.blogspot.com/2013/11/materi-sistem-bus.html