PENGERTIAN BUS DAN SISTEM BUS
Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus dan suatu sinyal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat ditermia oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikain, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transimi pada suatu saat tertentu.
Umumnya sebuah bus terdiri dari sejumlah lintasan komunikasi atau saluran. Masing-masing saluran dapat mentransmisikan sinyal yang menunjukkan biner 1 dan biner 0. Serangkaian digit biner dapat ditransmisikan melalui saluran tunggal. Dengan mengumpulkan beberapa saluran dari sebuah bus, dapat digunakan mentransmisikan digit biner secra bersamaan (paralel). Misalnya sebuah satuan data 8 bit dapat ditransmisikan melalui bus delapan saluran.
Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sisterm komputer. Sebuah bus yang menghubungkan komponen-komponen utama komputer (CPU, memori, input/output) disebut bus sistem. Struktur interkoneksi komputer yang umum didasarkan pada penggunaan satu bus sistem atau lebih.
STRUKTUR BUS
Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluran ditandai dengan arti dan fungsi khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yang berlainan, fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu saluran data, saluran alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, terdapat pula saluran distribusi daya yang memberikan kebutuhan daya bagi modul yang terhubung.
A. Saluran Data
Saluran 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 diakitakan denang lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapat dipindahkan pada suatu saat. 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.
B. 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.
C. Saluran Kontrol
Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dan saluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen, maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukan transmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintah mespesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi : memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus request, bus grant, interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.
JENIS BUS
Saluran bus dapat dipisahkan menjadi dua tipe umum, yaitu dedicated dan multiplexed. Suatu saluran bus didicated secara permanen diberi sebuah fungsi atau subset fisik komponen-komponen komputer.
Sebagai contoh dedikasi fungsi adalah penggunaan alamat dedicated terpisah dan saluran data, yang merupakan suatu hal yang umum bagi bus. Namun, hal ini bukanlah hal yang penting. Misalnya, alamat dan informasi data dapat ditransmisikan melalui sejumlah salurah yang sama dengan menggunakan saluran address valid control. Pada awal pemindahan data, alamat ditempatkan pada bus dan address valid control diaktifkan. Pada saat ini, setiap modul memilki periode waktu tertentu untuk menyalin alamat dan menentukan apakah alamat tersebut merupakan modul beralamat. Kemudian alamat dihapus dari bus dan koneksi bus yang sama digunakan untuk transfer data pembacaan atau penulisan berikutnya. Metode penggunaan saluran yang sama untuk berbagai keperluan ini dikenal sebagai time multiplexing.
Keuntungan time multiplexing adalah memerlukan saluran yang lebih sedikit, yang menghemat ruang dan biaya. Kerugiannya adalah diperlukannya rangkaian yang lebih kompleks di dalam setiap modul. Terdapat juga penurunan kinerja yang cukup besar karena event-event tertentu yang menggunakan saluran secara bersama-sama tidak dapat berfungsi secara paralel.
Dedikasi fisik berkaitan dengan penggunaan multiple bus, yang masing-masing bus itu terhubung dengan hanya sebuah subset modul. Contoh yang umum adalah penggunaan bus I/O untuk menginterkoneksi seluruh modul I/O, kemudian bus ini dihubungkan dengan bus utama melalui sejenis modul adapter I/O. keuntungan yang utama dari dedikasi fisik adalah throughput yang tinggi, harena hanya terjadi kemacetan lalu lintas data yang kecil. Kerugiannya adalah meningkatnya ukuran dan biaya sistem.
METODE ARBITRASI
Di dalam semua sistem keculai sistem yang paling sederhana, lebih dari satu modul diperlukan untuk mengontrol bus. Misalnya, sebuah modul I/O mungkin diperlukan untuk membaca atau menulis secara langsung ke memori, dengan tanpa mengirimkan data ke CPU. Karena pada satu saat hanya sebuah unit yang akan berhasil mentransmisikan data melalui bus, maka diperlukan beberapa metodi arbitrasi. Bermacam-macam metode secara garis besarnya dapat digolongkan sebagi metode tersentraslisasi dan metode terdistribusi. Pada metode tersentralisasi, sebuah perangkat hardware, yang dikenal sebagai pengontrol bus atau arbitrer, bertanggung jawab atas alokasi waktu pada bus. Mungkin perangkat berbentuk modul atau bagian CPU yang terpisah. Pada metode terdistribusi, tidak terdapat pengontrol sentral. Melainkan, setiap modul terdiri dari access control logic dan modul-modul bekerja sama untuk memakai bus bersama-sama. Pada kedua metode arbitrasi, tujuannya adalah untuk menugaskan sebuah perangkat, baik CPU atau modul I/O, bertindak sebagai master. Kemudian master dapat memulai transfer data (misalnya, membaca atau menulis) dengan menggunakan perangkat-perangkat lainnya, yang bekerja sebagai slave bagi pertukaran data yang khusus ini
Setiap hal yang dikerjakan CPU dibagi-bagi menjadi beberapa langkah yang sederhana dan berurutan. Osilator clock membangkitkan clock CPU yang digunakan dalam langkah (step) kerja CPU dalam urutan perkerjaannya. Karena clock CPU ini sangat cepat untuk ukuran manusia, sehingga yang terlihat bahwa CPU bekerja secara langsung dan cepat.
Mikrokontroler 8-bit dari Motorola M68HC05 dan M68HC11 memiliki organisasi khusus yan disebut dengan arsitektur Von Neumann. Dalam arsitektur ini, CPU dan rangkaian memori di-interkoneksi-kan dengan bus alamat dan bus data. Bus alamat digunakan untuk menentukan lokasi memori yang mana yang akan diakses, dan bus data digunakan untuk mengirim informasi baik dari CPU ke lokasi memori dan sebaliknya.
Dalam arsitektur implementasi Motorola ini terdapat beberapa memori spesial yang disebut dengan register CPU yang terletak di dalam CPU itu sendiri. Register ini mirip dengan memori yang dapat menyimpan informasi. Tetapi register ini terjalur langsung di dalam CPU dan bukan bagian dari memori konvensional mikrokontroler.
CPU menganggap semua lokasi memori sebagai satu kesatuan walaupun di dalamnya terdapat instruksi program, data variabel, maupun kontrol input-output (I/O). Teknik semacam ini yang disebut dengan memory-mapped I/O. Artinya, semua piranti input-output dari sistem mikrokontroler memiliki alamat tersendiri yang ikut dipetakan dalam peta memori, sehingga dianggap sebagai bagian dari memori itu sendiri.
Di dalam CPU juga terdapat komponen ALU atau Arithmatic Logic Unit yang digunakan untuk melakukan kalkulasi aritmatika dan logika yang didefinisikan oleh instruksi. Berbagai macam variasi operasi aritmatika biner dikerjakan dalam ALU ini. Hampir semua operasi aritmatika biner didasarkan pada operasi tambah. Pengurangan dikerjakan sebagai proses tambah dengan salah satu data dikomplemenkan. Perkalian dikerjakan sebagai urutan beberapa proses tambah dan operasi shift dalam ALU.
Register A berukuran 8 bit, juga dikenal sebagai akumulator karena register ini digunakan untuk menyimpan hasil dari operasi aritmatika dan manipulasi data. Register ini juga dapat langsung diakses untuk operasi non-aritmatika. Akumulator digunakan dalam proses eksekusi dari program saat isi dari beberapa lokasi memori yang digunakan di-load ke akumulator. Demikian juga instruksi penyimpanan akan menyebabkan isi dari akumulator disimpan dalam memori yang telah ditentukan.
Register X adalah index register yang berukuran 8 bit. Kegunaan utama dari index register ini adalah untuk menunjukkan suatu area memori di mana CPU akan mengambil atau menuliskan suatu informasi. Kadang-kadang index register juga disebut dengan pointer register.
PC atau program counter digunakan CPU untuk menata urutan alamat instruksi yang akan dikerjakan. Saat CPU reset atau baru dihidupkan, PC ini dimuati dengan alamat yang telah ditentukan dalam reset vector. Lokasi reset vector ini berisi alamat dari instruksi pertama yang akan dikerjakan oleh CPU. Saat suatu instruksi dikerjakan, CPU akan menambah isi PC sehingga akan menunjuk ke alamat informasi berikutnya yang akan dibutuhkan CPU. Jumlah bit dari PC sama persis dengan jumlah jalur bus alamat. Isi dari register ini dinyatakan dalam empat digit heksadesimal di mana enam bit teratas selalu nol karena hanya 10 bit jalur bus alamat.
CCR atau condition code register adalah register dengan ukuran 8 bit, yang menyimpan indikator status dari hasil operasi CPU sebelumnya. Terdapat tiga bit teratas tidak digunakan dan selalu sama dengan logika satu. Instruksi percabangan menggunakan bit-bit status dalam register ini untuk mengerjakan suatu keputusan percabangan.
Isi dari CCR ini adalah sebuah interrupt mask dan empat indikator status seperti pada gambar 4.1. Kelima flag tersebut adalah H atau halfcary
Flag H (half carry) digunakan untuk operasi aritmatika BCD (Binary Coded Decimal) dan dipengaruhi oleh kerja instruksi ADD dan ADC. Bit H ini akan set jika ada carry yang timbul dari digit heksadesimal 0-3 (low order) dan digit desimal 4-7 (high order).
Bit I (interrupt mask) bukanlah status flag tetapi merupakan bit yang akan men-nonaktif-kan semua sumber interrupt yang maskable saat bit ini diset. Interrupt baru akan aktif jika bit ini nol. Jika ada interrupt eksternal yang terjadi saat bit I diset, maka interrupt tersebut akan di-latch dan akan diproses saat bit I dinolkan. Karena itu, interrupt yang terjadi tidak akan hilang. Setelah interrupt ditangani, instruksi RTI (return from interrupt) akan menyebabkan register ini dikembalikan ke nilai semula. Umumnya, bit I ini akan menjadi nol setelah instruksi RTI dilaksanakan.
Flag N (negative) akan diset jika hasil dari operasi aritmatika, logika, maupun manipulasi data yang terakhir adalah negatif. Nilai negatif dalam two's complement ditandai jika bit MSB adalah satu.
Flag Z (zero) diset jika hasil dari operasi aritmatika, logika, maupun manipulasi data terakhir adalah nol. Instruksi perbandingan (compare) akan mengurangi suatu harga dari suatu lokasi memori yang akan dites. Jika nilainya sama, maka bit Z ini akan diset.
Flag C (carry/borrow) digunakan untuk menandai apakah ada carry dari hasil operasi tambah atau ada borrow darioperasi pengurangan. Instruksi shift dan rotate juga dapat memakai bit C ini.
SP atau stack pointer digunakan sebagai pointer ke lokasi yang tersedia berikutnya dalam tumpukan stack dalam uruatn LIFO (last-in first-out). Stack ini dapat dianalogikan sebagai tumpukan kartu. Setiap kartu menyimpan satu byte (8 bit) informasi. Dalam suatu saat, CPU dapat menaruh satu kartu di atas tumpukan kartu tersebut maupun mengambil satu kartu dari tumpukan. Kartu di dalam tumpukan tidak dapat diambil kecuali jika kartu di atasnya sudah diambil sebelumnya. Stack mirip dengan tumpukan kartu ini hanya saja dalam fisiknya, stack mempunyai arah tumpukan ke bawah bukan ke atas seperti pada tumpukan kartu.
SP akan menunjuk pada alamat stack yang akan tersedia berikutnya. Jika CPU menaruh informasi dalam stack, maka data tersebut akan dituliskan dalam memori yang ditunjukkan oleh nilai SP saat itu, dan kemudian nilai SP akan dikurangi satu sehingga SP akan menunjukkan ke lokasi memori berikutnya yang kosong untuk digunakan sebagai penyimpan berikutnya. Jika CPU mengambil data dari stack, SP akan ditambah satu sehingga menunjukkan ke lokasi stack yang terakhir, dan kemudian data diambil dan dibaca oleh CPU. Saat CPU pertama kali dihidupkan atau setelah instruksi Reset Stack Pointer (RSP), maka SP akan menunjukkan memori tertentu dalam RAM.
Reset
Reset digunakan untuk memaksa sistem mikrokontroler untuk menuju alamat tertentu. Sistem periperal dan sejumlah bit kontrol dan status juga dipaksa untuk menuju ke state awal sebagai hasil dari proses reset. Aksi-aksi berikut ini yang terjadi akibat proses reset dari mikrokontroler:
1. Semua register data direction (DDR) diset nol (input)
2. Nilai SP dipaksa menjadi $00FF
3. Bit I dalam CCR diset
4. Latch interrupt eksternal dinolkan
5. Latch STOP dinolkan
6. Latch WAIT dinolkan
Kondisi-kondisi berikut ini yang akan menyebabkan mikrokontroler M68HC05 menjadi reset:
1. Sinyal input low pada kaki RESET
2. Reset karena pertama kali dihidupkan
3. Timer watchdog COP (computer operating properly) sudah habis
4. Usaha untuk menjalankan perintah dari suatu alamat yang tidak diperbolehkan
Register X adalah index register yang berukuran 8 bit. Kegunaan utama dari index register ini adalah untuk menunjukkan suatu area memori di mana CPU akan mengambil atau menuliskan suatu informasi. Kadang-kadang index register juga disebut dengan pointer register.
PC atau program counter digunakan CPU untuk menata urutan alamat instruksi yang akan dikerjakan. Saat CPU reset atau baru dihidupkan, PC ini dimuati dengan alamat yang telah ditentukan dalam reset vector. Lokasi reset vector ini berisi alamat dari instruksi pertama yang akan dikerjakan oleh CPU. Saat suatu instruksi dikerjakan, CPU akan menambah isi PC sehingga akan menunjuk ke alamat informasi berikutnya yang akan dibutuhkan CPU. Jumlah bit dari PC sama persis dengan jumlah jalur bus alamat. Isi dari register ini dinyatakan dalam empat digit heksadesimal di mana enam bit teratas selalu nol karena hanya 10 bit jalur bus alamat.
CCR atau condition code register adalah register dengan ukuran 8 bit, yang menyimpan indikator status dari hasil operasi CPU sebelumnya. Terdapat tiga bit teratas tidak digunakan dan selalu sama dengan logika satu. Instruksi percabangan menggunakan bit-bit status dalam register ini untuk mengerjakan suatu keputusan percabangan.
Isi dari CCR ini adalah sebuah interrupt mask dan empat indikator status seperti pada gambar 4.1. Kelima flag tersebut adalah H atau half
Flag H (half carry) digunakan untuk operasi aritmatika BCD (Binary Coded Decimal) dan dipengaruhi oleh kerja instruksi ADD dan ADC. Bit H ini akan set jika ada carry yang timbul dari digit heksadesimal 0-3 (low order) dan digit desimal 4-7 (high order).
Bit I (interrupt mask) bukanlah status flag tetapi merupakan bit yang akan men-nonaktif-kan semua sumber interrupt yang maskable saat bit ini diset. Interrupt baru akan aktif jika bit ini nol. Jika ada interrupt eksternal yang terjadi saat bit I diset, maka interrupt tersebut akan di-latch dan akan diproses saat bit I dinolkan. Karena itu, interrupt yang terjadi tidak akan hilang. Setelah interrupt ditangani, instruksi RTI (return from interrupt) akan menyebabkan register ini dikembalikan ke nilai semula. Umumnya, bit I ini akan menjadi nol setelah instruksi RTI dilaksanakan.
Flag N (negative) akan diset jika hasil dari operasi aritmatika, logika, maupun manipulasi data yang terakhir adalah negatif. Nilai negatif dalam two's complement ditandai jika bit MSB adalah satu.
Flag Z (zero) diset jika hasil dari operasi aritmatika, logika, maupun manipulasi data terakhir adalah nol. Instruksi perbandingan (compare) akan mengurangi suatu harga dari suatu lokasi memori yang akan dites. Jika nilainya sama, maka bit Z ini akan diset.
Flag C (carry/borrow) digunakan untuk menandai apakah ada carry dari hasil operasi tambah atau ada borrow darioperasi pengurangan. Instruksi shift dan rotate juga dapat memakai bit C ini.
SP atau stack pointer digunakan sebagai pointer ke lokasi yang tersedia berikutnya dalam tumpukan stack dalam uruatn LIFO (last-in first-out). Stack ini dapat dianalogikan sebagai tumpukan kartu. Setiap kartu menyimpan satu byte (8 bit) informasi. Dalam suatu saat, CPU dapat menaruh satu kartu di atas tumpukan kartu tersebut maupun mengambil satu kartu dari tumpukan. Kartu di dalam tumpukan tidak dapat diambil kecuali jika kartu di atasnya sudah diambil sebelumnya. Stack mirip dengan tumpukan kartu ini hanya saja dalam fisiknya, stack mempunyai arah tumpukan ke bawah bukan ke atas seperti pada tumpukan kartu.
SP akan menunjuk pada alamat stack yang akan tersedia berikutnya. Jika CPU menaruh informasi dalam stack, maka data tersebut akan dituliskan dalam memori yang ditunjukkan oleh nilai SP saat itu, dan kemudian nilai SP akan dikurangi satu sehingga SP akan menunjukkan ke lokasi memori berikutnya yang kosong untuk digunakan sebagai penyimpan berikutnya. Jika CPU mengambil data dari stack, SP akan ditambah satu sehingga menunjukkan ke lokasi stack yang terakhir, dan kemudian data diambil dan dibaca oleh CPU. Saat CPU pertama kali dihidupkan atau setelah instruksi Reset Stack Pointer (RSP), maka SP akan menunjukkan memori tertentu dalam RAM.
Reset
Reset digunakan untuk memaksa sistem mikrokontroler untuk menuju alamat tertentu. Sistem periperal dan sejumlah bit kontrol dan status juga dipaksa untuk menuju ke state awal sebagai hasil dari proses reset. Aksi-aksi berikut ini yang terjadi akibat proses reset dari mikrokontroler:
1. Semua register data direction (DDR) diset nol (input)
2. Nilai SP dipaksa menjadi $00FF
3. Bit I dalam CCR diset
4. Latch interrupt eksternal dinolkan
5. Latch STOP dinolkan
6. Latch WAIT dinolkan
Kondisi-kondisi berikut ini yang akan menyebabkan mikrokontroler M68HC05 menjadi reset:
1. Sinyal input low pada kaki RESET
2. Reset karena pertama kali dihidupkan
3. Timer watchdog COP (computer operating properly) sudah habis
4. Usaha untuk menjalankan perintah dari suatu alamat yang tidak diperbolehkan
PENGERTIAN BUS DAN SISTEM BUS
Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih perangkat komputer. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sejumlah perangkat yang terhubung ke bus dan suatu sinyal yang ditransmisikan oleh salah satu perangkat ini dapat ditermia oleh salah satu perangkat yang terhubung ke bus. Bila dua buah perangkat melakukan transmisi dalam waktu yang bersamaan, maka sinyal-sinyalnya akan bertumpang tindih dan menjadi rusak. Dengan demikain, hanya sebuah perangkat saja yang akan berhasil melakukan transimi pada suatu saat tertentu.
