I/O Device

1. Latar Belakang

• Pengertian i/o

(I/O) adalah bagian dari sistem mikroprosesor yang digunakan oleh mikroprosesor itu untuk berhubungan dengan dunia luar.Komputer merupakan rangkaian dari berbagai komponen dan perferal. Periferal adalah perangkat input/output yang merupakan bagian dari pendukung sistem. Komputer terdiri dari 4 komponen penunjang utama, yaitu perangkat masukan (input devices), perangkat pemrosesan (CPU), perangkat penyimpanan (storage devices), dan perangkat keluaran (output devices).

Namun dalam makalah ini kami hanya akan membahas tentang unit masukan dan keluaran khususnya tentang jenis-jenis, prinsip dan teknik I/O device.

i/o merupakan salah satu komponen computer yang penting, I/O devices menjadikan komputer berguna bagi manusia, Unit input adalah unit luar yang digunakan untuk memasukkan data dari luar ke dalam mikroprosesor , contohnya data yang berasal dari keyboard atau mouse. Sementara unit output biasanya digunakan untuk menampilkan data, atau dengan kata lain untuk menangkap data yang dikirimkan oleh mikroprosesor, contohnya data yang akan ditampilkan pada layar monitor atau printer.

Bagian input (masukan) dan juga keluaran (output) ini juga memerlukan sinyal kontrol, antara lain untuk baca I/O (Input/Ouput Read [IOR]) dan untuk tulis I/O (Input/Output Write [IOW]).

I/O adalah :

Suatu perangkat yg berhubungan dengan sistem komputer dengan cara mengirim sinyal melalui suatu kabel atau bahkan melaluiudara

• jenis jenis i/o

I/O terdiri :

- Piranti l/O (peripheral)

- Pengendali I/O (device controller)

- Perangkat lunak

Klasifikasi piranti I/O terdiri 3 kelompok:

- Kelompok yang memasukkan informasi (input), contoh :

keyboard, ADC, scanner

- Kelompok yang rnenampilkan informasi (output),

contoh : VDU (monitor), printer

- Kelompok yang melayani input dan output, contoh :

Floppy disk

Sistem komputer memiliki tiga komponen utama, yaitu : CPU, memori (primer dan sekunder), dan peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer, monitor, keyboard, mouse, dan modem.

Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer.

Ada beberapa alasan kenapa piranti – piranti tidak langsung dihubungkan dengan bus sistem komputer, yaitu :

1. Bervariasinya metode operasi piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila system komputer harus menangani berbagai macam sisem operasi piranti peripheral tersebut.

2. Kecepatan transfer data piranti peripheral umumnya lebih lambat dari pada laju transfer data pada CPU maupun memori.

3. Format data dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan CPU, sehingga perlu modul untuk menselaraskannya

Interfacing

Adalah peralatan yang digunakan untuk menghubungkan suatu piranti dengan CPU melalui bus.

Pengaksesan I/O terdiri dari 2 cara :

1. Memory mapped I/O

Piranti I/O dihubungkan sebagai lokasi memori virtual dimana port I/O tergantung memori utama.

Karakteristik:

- Port I/O dihubungkan ke bus alamat.

- Piranti input sebagai bagian memori yang memberikan data ke bus data. Piranti output sebagai bagian memori yang memiliki data yang tersimpan di dalamnya.

- Port I/O menempati lokasi tertentu pada ruang alamat dan diakses seolah-olah adalah lokasi memori

.

2. I/O mapped I/O (I/O isolated)

Piranti I/O dihubungkan sebagai lokasi terpisah dengan lokasi memori, dimana port I/O tidak tergantung pada memori utama.

Karakteristik:

- Port I/O tidak tergantung memori utama.

- Transfer informasi dilakukan di bawah kendali sinyal kontrol yang menggunakan instruksi INPUT dan OUTPUT.

- Operasi I/O tergantung sinyal kendali dari CPU.

- lnstruksi I/O mengaktifkan baris kendali read/write pada port I/O, sedangkan instruksi memori akan mengaktifkan baris kendali read/write pada memori.

- Ruang memori dan ruang alamat I/O menyatu, sehingga dapat memiliki alamat yang sama.

Operasi I/O terbagi menjadi 3 metode :

1. I/O terprogram

Metode di mana CPU mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan dengan menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan sebuah program.

Karakteristik:

- Program tersebut digunakan untuk memulai, mengarahkan dan menghentikan operasi-operasi I/O.

- Membutuhkan sejumlah perangkat keras (register) yaitu:

• Register status, berisi status piranti I/O dan data yang akan dikirimkan.

• Register buffer, menyimpan data sementara sampai CPU siap menerimanya

• Pointer buffer, menunjuk ke lokasi memori di mana sebuah karakter harus ditulis atau dan mana karakter tersebut harus dibaca.

• Counter data, tempat penyimpanan jumlah karakter dan akan berkurang nilainya jika karakter ditransfer.

- Membutuhan waktu proses yang lama dan tidak efesien dalarn pemanfaatan CPU.

2. I/O interupsi

Metode di mana CPU akan bereaksi ketika suatu piranti mengeluarkan permintaan untuk pelayanan.

Karakteristik:

- Lebih efisien dalam pemanfaatan CPU, karena tidak harus menguji status dari piranti.

- Interupsi dapat berasal dari piranti I/O, interupsi perangkat keras misalnya : timer, memori, power supply, dan Interupsi perangkat lunak misalnya :

overflow, opcode/data yang ilegal, pembagian dengan nol.

Ada 2 jenis interupsi:

1. lnterupsi maskable

Interupsi yang dapat didisable (dimatikan) untuk sementara dengan sebuah instruksi disable interupsi khusus.

2. Interupsi nonmaskable

Interupsi yang tidak dapat didisable dengan instruksi perangkat lunak.

Dalam sistem komputer terdapat lebih dari satu piranti yang memerlukan pelayanan interupsi, dapat digunakan metode:

- Polling/polled interupt

Berdasarkan urutan prioritas yang telah ditentukan sebelum piranti memerlukan interupsi.

Misal: piranti A dan B mempunyai urutan prioritas A lebih Iebih dulu dari B, maka jika A dan B secara bersamaan memerlukan pelayanan interupsi, maka

piranti A akan didahulukan.

- Vector Interupt

Peralatan yang berinterupsi diidentifikasikan secara Iangsung dan dihubungkan routine pelayanan vector interupt.

INTR = Sinyal yang dikeluarkan oleh peralatan.

INTA = Sinyal kendali yang digunakan CPU untuk menyiapkan pelayanan interrupt Cara yang biasa digunakan dengan metode daisy chair dan encoder prioritas

3. Direct Memory Access (DMA)

Metode transfer data secara langsung antara memori dengan piranti tanpa pengawasan dan pengendalian CPU.

• Skema transfer blok DMA dual port

CPU dan DMA controller mengakses memori utama melalui MAR dan MBR dengan menggunakan sebuah memori utama dual port (2 port).

Port I ----> melayani CPU

Port II ----> melayani DMA controller

• Skema transfer blok DMA cycle stealing (pencurian siklus)

Hanya memerlukan sebuah memori port tunggal di mana CPU dan piranti I/O beradu cepat pada basis asinkron, prioritas utama akan diberikan pada piranti

MODUL I/O

Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer.

A. Sistem Masukan & Keluaran Komputer

Bagaimana modul I/O dapat menjalankan tugasnya, yaitu menjembatani CPU dan memori dengan dunia luar merupakan hal yang terpenting untuk kita ketahui. Inti mempelajari sistem I/O suatu komputer adalah mengetahui fungsi dan struktur modul I/O.

1. Fungsi Modul I/O

Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register – register CPU.

Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontrolan.

Fungsi dalam menjalankan tugas bagi modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa katagori, yaitu:

• Kontrol dan pewaktuan.

• Komunikasi CPU.

• Komunikasi perangkat eksternal.

• Pem-buffer-an data.

• Deteksi kesalahan.

Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timing) merupakan hal yang penting untuk mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer. Dalam sekali waktu CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti register – register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan. Contoh control pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah-langkah berikut ini :

1. Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.

2. Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.

3. Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akan mengirimkan perintah ke modul I/O.

4. Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.

5. Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket – paket data dapat diterima CPU dengan baik.

Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus, maka interaksi CPU dan modul I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih.

Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses – proses berikut :

• Command Decoding, yaitu modul I/O menerima perintah – perintah dari CPU yang dikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk dapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID, Format disk. Data, pertukaran data antara CPU dan modul I/O melalui bus data.

• Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/O maupun perangkat peripheral, umumnya berupa status kondisi Busy atau Ready. Juga status bermacam-macam kondisi kesalahan (error).

• Address Recognition, bahwa peralatan atau komponen penyusun komputer dapat dihubungi atau dipanggil maka harus memiliki alamat yang unik, begitu pula pada perangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheral yang dikontrolnya.

Pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputi komunikasi data, kontrol maupun status.

Fungsi selanjutnya adalah buffering. Tujuan utama buffering adalah mendapatkan penyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan pada CPU. Umumnya laju transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU maupun media penyimpan.

Fungsi terakhir adalah deteksi kesalahan. Apabila pada perangkat peripheral terdapat masalah sehingga proses tidak dapat dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan kesalahan tersebut. Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti: kertas tergulung, pinta habis, kertas habis, dan lain – lain. Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bit paritas.

2. Struktur Modul I/O

Terdapat berbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer itu sendiri, contoh yang sederhana dan fleksibel adalah Intel 8255A yang sering disebut PPI (Programmable Peripheral Interface). Bagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O, terdapat kemiripan struktur.

Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem komputer terdapat tiga saluran, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol. Bagian terpenting adalah blok logika I/O yang berhubungan dengan semua peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.

B. Teknik Masukan/Keluaran

Terdapat tiga buah teknik dalam operasi I/O, yaitu: I/O terprogram, interrupt – driven I/O, dan DMA (Direct Memory Access). Ketiganya memiliki keunggulan maupun kelemahan, yang penggunaannya disesuaikan sesuai unjuk kerja masing-masing teknik.

FUNGSI I/O

• Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.

• Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu

• Pengendali & pengaturan waktu (control & timing).

• Komunikasi dengan CPU.

• Komunikasi dengan perangkat.

• Penyimpanan data sementara (data buffering).

• Pendeteksi kesalahan.