Kompleksnya Peranan Bus Sebagai Jalur Aliran Data Dalam Sebuah Komputer

Motherboard komputer terdiri dari beberapa bus yang menghantarkan sinyal antara masing-masing komponen. Bus sering disebut sebagai lintasan umum yang digunakan untuk transfer data. Jalur ini juga sering digunakan untuk komunikasi antara dua komputer atau lebih. Dalam motherboard terdapat 2 tipe bus, yaitu bus internal yang biasanya disebut sistem bus dan bus eksternal yang berfungsi menghubungkan periferal atau device eksternal. Biasanya, bus yang lambat dihubungkan di bawah bus yang cepat. Setiap periferal terhubung pada salah satu bus ini, dan chipset berfungsi sebagai jembatan antar-bus yang berbeda. Berikut ini adalah beberapa bus utama dalam sistem komputer :

Sistem BUS

• Bus Processor atau lebih dikenal dengan front side bus (FSB), merupakan bus tercepat pada komputer, dan merupakan inti dari microprocessor dalam melewatkan suatu data atau informasi dari/ ke cache atau memory utama, dan juga ke chipset northbridge. Bus processor saat ini berjalan pada kecepatan 66 MHz, 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz atau 400 MHz, dan menggunakan lebar jalur data 64-bit (8 byte). Sebagai contoh, jika sebuah processor berjalan pada kecepatan 3200 MHz, bisa saja menggunakan kecepatan FSB 400 MHz. Ini artinya, terdapat setting clock multiplier internal (bus/core ratio) sebesar 8. Dengan kata lain, processor diset berjalan pada kecepatan 8 kali FSB : 400 MHz x 8 = 3200 MHz. Dengan memvariasikan kecepatan FSB maupun jumlah multiplier, dapat diperoleh berbagai kecepatan processor.

BUS Eksternal

• ISA (Industrial Standard Architecture). Bus ISA dikembangkan IBM di Boca Raton, Florida. Pada awalnya, bus ini merupakan BUS 8-bit. Akan tetapi pada bulan Agustus 1984, IBM memperkenalkan IBM PC-AT (Advanced Technology) yang menggunakan bus ISA 16-bit dengan kecepatan 8 MHz. Kecepatan ini sangat rendah, namun cukup ideal untuk periferal yang memang berkecepatan rendah, termasuk perangkat-perangkat lama. Untuk keperluan modem, sound card dan perangkat berkecepatan rendah lainnya, bus ini masih mencukupi. Mulai dari Pentium 4, umumnya sudah tidak menyertakan lagi bus ini di dalamnya. Pada chipset southbridge terdapat controller yang bekerja sebagai bus ISA, sekaligus sebagai antarmuka dengan bus PCI di atasnya. Chip super I/O biasanya terhubung kepadanya, terutama pada sistem lama yang masih memiliki slot ISA. Bus lain bernama EISA merupakan arsitektur Micro Channel IBM agar kompatibel dengan PC. IBM Micro Channel Architecture (MCA) selesai dibuat pada tahun 1987, ketika microprocessor 80386 diluncurkan pada tahun 1985.

• VESA(Video Electronics Standards Association). Lebih dikenal sebagai VESA local bus atau VL bus. VL Bus versi 1.0 ialah bus 32-bit yang dapat bekerja hingga 33 MHz.

• PCI (Peripheral Component Interconnect). Bus ini muncul untuk mengatasi masalah dari bus ISA yang memiliki keterbatasan kecepatan dan jumlah bit, karena pada saat itu sudah muncul microprocessor yang membutuhkan kecepatan tinggi seperti 486 dan Pentium. Bus ini merupakan bus 32-bit, yang normalnya berjalan pada kecepatan 33 MHz. Komputer modern mendukung PCI 64-bit 66MHz. Bus ini terdapat pada chipset northbridge atau I/O controller Hub. BUS ini disajikan dalam motherboard sebagai slot 32-bit, yang umumnya berwarna putih sebanyak tiga hingga enam slot, dan banyak digunakan untuk periferal berkecepatan tinggi, misalnya kartu SCSI, kartu jaringan (Network Interface Card), dan lainlain.

• AGP (Accelerated Graphic Port). Bus ini adalah bus 32-bit yang khusus digunakan untuk video card/video. AGP berjalan pada kecepatan 66 MHz (AGP 1x), 133 MHz (AGP 2x), 266 MHz (AGP 4x), atau 533 MHz (AGP 8x) yang akan menghasilkan bandwidth hingga 2,133 MB/s. AGP mulai ketika era Pentium II ke atas, pada saat itu AGP dianggap mampu bekerja empat kali lebih cepat dari bus PCI. Bus ini dibuat oleh Intel sebagai bus yang didesain khusus untuk aplikasi video dan grafi s. AGP dihubungkan ke northbridge atau memory controller Hub pada chipset, dan konektornya diwujudkan dalam bentuk slot AGP motherboard pada sistem yang mendukungnya.

Oleh karena kelebihan inilah AGP mampu membuat frame rate lebih tinggi, dan menampilkan grafi k 3D lebih realistis. AGP 1.0 dirilis Juli 1996 dengan ketentuan clock rate 66 MHz dengan sinyal 1x atau 2x, dan menggunakan tegangan kerja sebesar 3,3 volt. AGP 2.0 dirilis Mei 1998 dengan tambahan kemampuan sinyal 4x dan tegangan kerja 1,5 volt. Slot AGP 1x/2x berbeda dengan slot AGP 4x karena tidak terdapat pembagi di tengah slot (notch). Sedangkan pada AGP 3.0 memungkinkan AGP 8x memiliki bandwidth ganda AGP 4x sehingga meningkatkan kinerja dan performa dari segi grafis.

Bus PCI Express

PCI Express atau biasa disebut PCIe merupakan slot untuk kartu ekspansi standar untuk meningkatkan kemampuan PC. Alasan PCIe ini dibuat untuk menggantikan slot ekspansi lama, seperti PCI, PCI-X dan AGP. Sebenarnya kecepatan bandwidth dari AGP lebih tinggi dari PCI, namun dari segi efektivitas AGP hanya bisa digunakan untuk keperluan grafi s saja sehingga ditetapkanlah PCI sebagai standar bus eksternal, yang pada akhirnya berkembang menjadi PCI express. PCI express banyak digunakan untuk konsumen PC kelas mainstream, server, dan bahkan industri. Keuntungan dari PCIe ini adalah kemampuan interkoneksi dengan kecepatan lebih tinggi yang didasarkan pada point-to-point serial link, bukan shared parallel bus yang biasa digunakan pada eksternal bus sebelumnya. Banyak motherboard mengadopsi PCI express, dikarenakan PCI express memiliki transfer data yang lebih cepat, terutama untuk keperluan grafi s 3D. Slot ini memiliki kecepatan 1x, 2x, 4x, 8x, 16x, dan 32x, tidak seperti PCI biasa dengan sistem komunikasi paralel. PCI Express menggunakan sistem serial dan mampu berkomunikasi 2 kali (tulis/ baca) dalam satu rute clock.

Sejarah

Pada perkembangannya, PCIe disebut sebagai HSI (High Speed Interconnect), dan mengalami perubahan nama menjadi 3GIO yang merupakan kependekan dari (3rd Generation Input Output), sebelum akhirnya PCI SIG (PCI Special Interest Group) menamainya menjadi PCI express. PCIe kali pertama dibuat oleh suatu kelompok kerja yang diberi nama Arapaho Working Group (AWG) yang terdiri dari tim arsitek Intel. Selanjutnya, AWG diperluas untuk mencakup mitra industri.

PCI Express memiliki beberapa keunggulan, tidak hanya untuk pengguna, tetapi untuk produsen. Hal ini dapat diimplementasikan sebagai pemersatu I/ O struktur untuk desktop, ponsel, server dan workstation, dan PCI lebih murah daripada AGP untuk diterapkan di level board. Hal ini membuat biaya rendah untuk konsumen. Hal ini juga dirancang agar kompatibel dengan sistem operasi yang ada dan driver perangkat PCI, lain halnya dengan AGP yang hanya dikhususkan untuk keperluan grafi k saja. PCI Express adalah sebuah koneksi point-topoint sebagaimana telah dijelaskan di atas, yang berarti tidak berbagi bandwidth, tapi berkomunikasi langsung dengan perangkat melalui sebuah saklar yang mengarahkan aliran data. Namun fi tur yang paling menjanjikan adalah bahwa bandwidth yang lebih besar, dan scalable yang dapat dicapai dengan menambahkan lajur atau “lanes”.

Peluncuran awal PCI-Express tersedia dalam 3 pilihan lanes yang berbeda: x1, x2, dan x16. Jumlah tersebut merupakan jumlah lajur: x1 memiliki 1 lajur, x2 memiliki 2 jalur, dan seterusnya. Setiap jalur bi-directional, dan terdiri dari 4 pin. Jalur memiliki tingkat pengiriman transfer 250 MB/s di setiap arah dengan kecepatan maksimum 500 MB/s, per lajur.

Jika dilihat pada Tabel 1.3, PCie (x16) slot menggantikan AGP untuk video card PCIe, sedangkan slot x1 dan x2 akan digunakan untuk perangkat atau device lain, seperti sound card, sensor card, LAN card, TV tuner, dan lain-lain. Sebagaimana peningkatkan kebutuhan grafis, x32 dan x64 slot ini akan direalisasikan. Versi masa depan PCIe diharapkan dapat meningkatkan tingkat jalur data.

PCI Express 1.0a

Pada tahun 2003, PCI-SIG memperkenalkan PCIe 1.0a, dengan data rate sebesar 250 MB/s dan transfer rate dari 2,5 GT/ s.

PCI Express 2.0

PCI-SIG mengumumkan ketersediaan spesifi kasi PCI Express Base 2.0 pada tanggal 15 Januari 2007 lalu. PCIe 2.0 menggandakan standar per-lane throughput dari standar PCIe 1.0 250 MB/s hingga 500 MB/s. Ini berarti jalur konektor PCI-32 (x32) dapat mendukung throughput hingga 16 GB/s. PCIe 2.0 standar menggunakan clock speed dasar 5,0 GHz, sedangkan versi pertama beroperasi pada 2,5 GHz. Slot PCIe 2.0 memiliki kompatibilitas dengan seri PCIe sebelumnya. Secara keseluruhan, video card atau motherboard yang dirancang untuk v 2.0 akan dapat bekerja dengan PCIe versi 1.1 maupun versi 1.0.

Pada bulan Juni 2007, Intel merilis spesifi kasi chipset Intel P35 yang hanya mendukung PCIe 1.1. Hal tersebut sangat disayangkan, walaupun begitu untuk seri berikutnya, Intel mulai menge luarkan chipset terbaru X38 yang mendukung PCIe 2.0. Begitu juga dengan AMD dengan seri chipset AMD 700, dan NVIDIA dengan seri MCP72-nya.

PCI Express 2.1

Tidak ada perbedaan yang signifi kan antara PCIe 2.1 ini. Perbedaannya terletak pada manajemen sistem, troubleshooting, dan support yang sepenuhnya dilaksanakan untuk diterapkan pada PCI express 3.0 nantinya. Namun, secara keseluruhan memiliki kecepatan yang sama dengan PCI Express 2.0. Kebanyakan motherboard yang dijual saat ini menggunakan konektor PCI Express 2.0.

PCI Express 3.0

PCI Express 3.0 akan memiliki kecepatan transfer 8 GT/s (gigatransfer per-second), dan itu akan memiliki kompatibilitas dengan implementasi PCIe saat ini. PCI SIG mengumumkan bahwa spesifi kasi fi nal untuk PCI Express 3.0 akan ditunda hingga 2011, meskipun beberapa sumber menyatakan bahwa hal tersebut akan tersedia menjelang akhir 2010. Fitur baru spesifi kasi PCIe 3.0 termasuk sejumlah optimasi untuk meningkatkan pensinyalan dan integritas data, termasuk transmitter dan receiver equalization, PPL improvements, clock data recovery, dan perangkat tambahan lainnya. PCI SIG mengharapkan spesifi - kasi PCIe 3.0 untuk menjalani pemeriksaan teknis yang ketat, dan validasi sebelum diluncurkan.

Setelah analisis teknis enam bulan kelayakan skala PCIe interkoneksi bandwidth, analisis PCI-SIG menemukan bahwa 8 gigatransfers per detik dapat dibuat dalam mainstream silicon process technology, dan dapat digunakan dengan bahan murah dan infrastruktur yang ada, namun tetap menjaga kompatibilitas secara penuh tanpa mengabaikan PCIe protocol stack.

PCIe 2.0 memberikan 5 GT/s, tetapi menggunakan sebuah 8b/10b skema pengodean dimana hal tersebut menghasilkan overhead 20% pada bit rate dasar. PCIe 3.0 menghilangkan kebutuhan untuk encoding 8b/10b, dan sebagai gantinya menggunakan teknik yang disebut “scrambling” dimana dikenal sebagai polinomial biner diterapkan pada suatu aliran data dalam topologi umpan balik. Karena polinomial scrambling diketahui, data dapat dipulihkan melalui sebuah topologi umpan balik dengan menggunakan polinomial invers, tapi masih menggunakan skema pengodean 128b/130b. PCIe 3.0 ‘s 8 GT / s bit rate secara efektif memberikan dua kali lipat bandwidth PCIe 2.0. Sesuai dengan pers rilis resmi oleh PCI-SIG, pada tanggal 8 Agustus 2007.

Selain bus untuk PC desktop, terdapat juga mini PCI Express mini card yang lebih dikenal dengan nama mini PCIe yang dibuat untuk menggantikan mini PCI. Mobile PC atau notebook yang dibuat setelah tahun 2005, biasanya memiliki slot mini PCIe untuk mini card.

Protokol Hardware

Link PCIe dibangun menggunakan sistem searah atau unidirectional (1-bit), point-to-point koneksi yang dikenal sebagai “lanes”. Hal ini kontras dengan koneksi PCI konvensional, yang berbasis sistem bus dimana semua perangkat menggunakan sistem bidirectional atau dua arah, 32-bit (atau 64-bit), bus paralel.

PCI Express adalah sebuah protokol berlapis, terdiri dari transaction layer, data link layer, dan physical layer.

Physical Layer

Spesifi kasi PCIe Physical Layer (PHY, PCIEPHY, PCI Express PHY, atau PCIe PHY) dibagi menjadi dua sublayer, yaitu corresponding to electrical dan logical specifications. Logical sublayer kadang dibagi lagi menjadi sublayer MAC dan PCS, walaupun pembagian ini tidak resmi bagian dari spesifi kasi PCIe. Pada electrical level, masing-masing lane terdiri dari dua unidirectional, yaitu pasangan LVDS atau PCML pada 2,525 Gbit/ s. Pengiriman dan penerimaan merupakan pasangan diferensial terpisah, dengan total 4 kabel data per lane.

Koneksi antara dua perangkat PCIe dikenal sebagai link, dan dibangun dari kumpulan 1 atau lebih lane. Semua perangkat harus mendukung minimal single-lane (x1) link. Perangkat tersebut dapat mendukung link yang lebih luas lagi terdiri dari pilihan lane 2, 4, 8, 12, 16, atau 32. Hal ini memungkinkan untuk kompatibilitas yang sangat baik dalam dua cara:

• PCIe card secara fi sik akan cocok dan bekerja dengan benar pada slot yang setidaknya sama besar (sebagai contoh, PCIe yang berukuran × 1 akan bekerja dalam slot ukuran x1 atau semua ukuran slot)
• Untuk ukuran slot fi sik yang besar (misalnya, × 16) dapat ditransfer secara elektrik dengan lane yang lebih sedikit (misalnya, × 1, × 4, × 8, atau × 12), selama ia menyediakan koneksi ground yang diperlukan oleh slot fi sik yang lebih besar tersebut.

Data Link Layer

Data link layer mengimplementasikan sekuen Transaction Layer Packets (TLP) yang dihasilkan oleh transaction layer, perlindungan data melalui 32-bit cyclic redundancy check code (CRC), yang dikenal dalam konteks ini sebagai (LCRC), dan protokol acknowledgement (ACK dan NAK signaling).

TLP yang lulus pemeriksaan LCRC dan jumlah sekuen memeriksakan hasilnya di acknowledgement (ACK), sementara yang gagal akan memeriksakan hasilnya di negative acknowledgement (NAK).

Sinyal ACK dan NAK dikomunikasikan melalui low-level packet yang dikenal sebagai data link layer packet (DLLP). DLLP juga digunakan untuk mengomunikasikan aliran informasi kontrol antara transaction layer dari dua perangkat yang terhubung, serta beberapa fungsi pengaturan daya.

Transaction Layer

PCI Express mengimplementasikan split transactions (transaksi dengan permintaan dan respons yang dipisahkan oleh waktu), memungkinkan link untuk membawa aliran lainnya sementara perangkat target mengumpulkan data untuk respons.

PXI

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) merupakan platform yang digunakan saat ini untuk kebutuhan instrumentasi elektronik. PXI memiliki kemiripan dengan spesifi kasi PCI, kecuali dari segi tujuan penggunaanya dan bentuk konektornya 3U/6U. Platform ini digunakan sebagai bus untuk koneksi berbagai device elektronik dan sistem otomasi untuk keperluan akuisisi data. Biasanya penggunaan PXI lebih dikhususkan pada dunia industri yang membutuhkan performa yang tinggi, dan desain faktor yang sesuai dengan ruang lingkup industri.

PXI sendiri mulai diperkenalkan oleh National Instrument pada tahun 1997, yang merupakan salah satu perusahaan manufaktur di bidang instrumentasi. Selain NI, masih banyak lagi produsen lain, seperti ADLINKtech, Aerofl ex, Agilent Technologies, Geotest, Gigatronics, Pickering Interfaces, BAE Systems, GOEPEL electronic, ZTEC Instruments dan Teradyne yang menerapkan implementasi berbasis PCI dan PXI.

Demikian pembahasan singkat tentang Kompleksnya Peranan Bus Sebagai Jalur Aliran Data Dalam Sebuah Komputer. Mudah-mudahan akan memberikan manfaat bagi kita, jangan lupa masukan berupa saran, kritik atau sekedar komen selalu saya tunggu.