Unit Keluaran dan Masukan

UNIT KELUARAN DAN MASUKAN

6.1.1 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 kontrol
pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah –
langkah berikut ini :
68
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. Perhatikan gambar 6.2 berikut.
Gambar 6.2 Skema suatu perangkat peripheral
69
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.

6.1.2 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, seperti terlihat pada gambar 6.3.
Gambar 6.3 Blok diagram struktur modul I/O
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.

6.2 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.

6.2.1 I/O Terprogram
Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU
mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung, seperti
pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat.
Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan
modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses operasinya. Dalam
teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yang
diinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap
dilaksanakan.
Untuk melaksanakan perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamat
bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus dan sebuah
perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu:
1. Perintah control.
Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas yang
diperintahkan padanya.
2. Perintah test.
Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan
peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap
digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi
kesalahannya.
3. Perintah read.
Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam buffer
internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data
maupun kecepatan transfernya.
4. Perintah write.
Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data dari
bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut.
Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam inplementasi perintah I/O yang
tertuang dalam instruksi I/O, yaitu: memory-mapped I/O dan isolated I/O.
Dalam memory-mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat
I/O. CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori dan
menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat I/O.
Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal untuk
penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun
memakan banyak ruang memori alamat.
Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan
ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran
pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O
adalah sedikitnya instruksi I/O.

6.2.2 Interrupt – Driven I/O
Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu.
Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O
dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi perintah – perintah lainnya. Apabila
modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukan interupsi
pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.
Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan
perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat selangkah kemajuan
dari teknik sebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus sehingga
tidak ada waktu tunggu bagi CPU.
Cara kerja teknik interupsi di sisi modul I/O adalah modul I/O menerima perintah, misal
read. Kemudian modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan meletakkan
paket data ke register data modul I/O, selanjutnya modul mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU
melalui saluran kontrol. Kemudian modul menunggu datanya diminta CPU. Saat permintaan
terjadi, modul meletakkan data pada bus data dan modul siap menerima perintah selanjutnya.
Pengolahan interupsi saat perangkat I/O telah menyelesaikan sebuah operasi I/O adalah sebagai
berikut :
1. Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.
2. CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankannya kemudian merespon interupsi.
3. CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan sinyal
acknowledgment ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.
4. CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Hal yang dilakukan adalah
menyimpan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan operasi yang tadi dijalankan sebelum
adanya interupsi. Informasi yang diperlukan berupa:
a. Status prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program status word).
b. Lokasi intruksi berikutnya yang akan dieksekusi.
Informasi tersebut kemudian disimpan dalam stack pengontrol sistem.
5. Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum interupsi ke stack
pengontrol bersama informasi PSW. Selanjutnya mempersiapkan PC untuk penanganan
interupsi.
6. Selanjutnya CPU memproses interupsi sempai selesai.
7. Apabila pengolahan interupsi selasai, CPU akan memanggil kembali informasi yang telah
disimpan pada stack pengontrol untuk meneruskan operasi sebelum interupsi.
Terdapat bermacam teknik yang digunakan CPU dalam menangani program interupsi ini,
diantaranya :
• Multiple Interrupt Lines.
• Software poll.
• Daisy Chain.
• Arbitrasi bus.
Teknik yang paling sederhana adalah menggunakan saluran interupsi berjumlah banyak
(Multiple Interrupt Lines) antara CPU dan modul – modul I/O. Namun tidak praktis untuk
menggunakan sejumlah saluran bus atau pin CPU ke seluruh saluran interupsi modul – modul
I/O.
Alternatif lainnya adalah menggunakan software poll. Prosesnya, apabila CPU
mengetahui adanya sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routine layanan interupsi yang
tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O untuk menentukan modul yang melakukan interupsi.
Kerugian software poll adalah memerlukan waktu yang lama karena harus mengidentifikasi
seluruh modul untuk mengetahui modul I/O yang melakukan interupsi.
Teknik yang lebih efisien adalah daisy chain, yang menggunakan hardware poll. Seluruh
modul I/O tersambung dalam saluran interupsi CPU secara melingkar (chain). Apabila ada
permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal acknowledge yang berjalan pada
saluran interupsi sampai menjumpai modul I/O yang mengirimkan interupsi.
Teknik berikutnya adalah arbitrasi bus. Dalam metode ini, pertama – tama modul I/O
memperoleh kontrol bus sebelum modul ini menggunakan saluran permintaan interupsi. Dengan
demikian hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan interupsi.
73
Pengontrol Interrupt Intel 8259A
Intel mengeluarkan chips 8259A yang dikonfigurasikan sebagai interrupt arbiter pada mikroprosesor Intel 8086. Intel 8259A melakukan manajemen interupsi modul – modul I/O yang
tersambung padanya. Chips ini dapat diprogram untuk menentukan prioritas modul I/O yang
lebih dulu ditangani CPU apabila ada permintaan interupsi yang bersamaan. Gambar 6.4
menggambarkan pemakaian pengontrol interupsi 8259A. Berikut mode – mode interupsi yang
mungkin terjadi :
• Fully Nested: permintaan interupsi dengan prioritas mulai 0 (IR0) hingga 7(IR7).
• Rotating: bila sebuah modul telah dilayani interupsinya akan menempati prioritas
terendah.
• Special Mask: prioritas diprogram untuk modul I/O tertentu secara spesial.
Gambar 6.4 Pemakaian pengontrol interupsi 8559A pada 8086

Programmable Peripheral Interface Intel 8255A
Contoh modul I/O yang menggunakan I/O terprogram dan interrupt driven I/O adalah
Intel 8255A Programmable Peripheral Interface (PPI). Intel 8255A dirancang untuk keperluan
mikroprosesor 8086. Gambar 6.5 menunjukkan blok diagram Intel 8255A dan pin layout-nya.
Gambar 6.5 Modul I/O 8255A
Bagian kanan dari blok diagram Intel 8255A adalah 24 saluran antarmuka luar, terdiri
atas 8 bit port A, 8 bit port B, 4 bit port CA dan 4 bit port CB. Saluran tersebut dapat diprogram
dari mikroprosesor 8086 dengan menggunakan register kontrol untuk menentukan bermacam –
macam mode operasi dan konfigurasinya. Bagian kiri blok diagram merupakan interface internal
dengan mikroprosesor 8086. Saluran ini terdiri atas 8 bus data dua arah (D0 – D7), bus alamat,
dan bus kontrol yang terdiri atas saluran CHIP SELECT, READ, WRITE, dan RESET.
Pengaturan mode operasi pada register kontrol dilakukan oleh mikroprosesor., Pada
Mode 0, ketiga port berfungsi sebagai tiga port I/O 8 bit. Pada mode lain dapat port A dan port B
sebagai port I/O 8 bit, sedangkan port C sebagai pengontrol saluran port A dan B.
PPI Intel 8255A dapat diprogram untuk mengontrol berbagai peripheral sederhana.
Gambar 6.6 memperlihatkan contoh penggunaan 8255A untuk modul I/O Keyboard dan display.
75
Gambar 6.6 Interface kayboard dan display dengan Intel 8255A

6.2.3 Direct Memory Access (DMA)
Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O
memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara
langsung. Hal ini berimplikasi pada :
• Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.
• Kerja CPU terganggu karena adanya interupsi secara langsung.
Bertolak dari kelemahan di atas, apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar
dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access (DMA).
Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPU
hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan akhir
proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu
dengan interupsi. Blok diagram modul DMA terlihat pada gambar 6.7 berikut :
76
Gambar 6.7 Blok diagram DMA
Gambar 6.8 Konfigurasi modul DMA
77
Dalam melaksanakan transfer data secara mandiri, DMA memerlukan pengambilalihan
kontrol bus dari CPU. Untuk itu DMA akan menggunakan bus bila CPU tidak menggunakannya
atau DMA memaksa CPU untuk menghentikan sementara penggunaan bus. Teknik terakhir lebih
umum digunakan, sering disebut cycle-stealing, karena modul DMA mengambil alih siklus bus.
Penghentian sementara penggunaan bus bukanlah bentuk interupsi, melainkan hanyalah
penghentian proses sesaat yang berimplikasi hanya pada kelambatan eksekusi CPU saja. Terdapat
tiga buah konfigurasi modul DMA seperti yang terlihat pada gambar 6.8.

6.3 Perangkat Eksternal
Mesin komputer akan memiliki nilai apabila bisa berinteraksi dengan dunia luar. Lebih
dari itu, komputer tidak akan berfungsi apabila tidak dapat berinteraksi dengan dunia luar. Ambil
contoh saja, bagaimana kita bisa menginstruksikan CPU untuk melakukan suatu operasi apabila
tidak ada keyboard. Bagaimana kita melihat hasil kerja sistem komputer bila tidak ada monitor.
Keyboard dan monitor tergolang dalam perangkat eksternal komputer.
Perangkat eksternal atau lebih umum disebut peripheral tersambung dalam sistem CPU melalui perangat pengendalinya, yaitu modul I/O seperti telah dijelaskan sebelumnya. Lihat
kembali gambar 6.2. Secara umum perangkat eksternal diklasifikasikan menjadi 3 katagori:
• Human Readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan manusia sebagai
pengguna komputer. Contohnya: monitor, keyboard, mouse, printer, joystick, disk
drive.
• Machine readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan peralatan. Biasanya
berupa modul sensor dan tranduser untuk monitoring dan kontrol suatu peralatan atau
sistem.
• Communication, yatu perangkat yang berhubungan dengan komunikasi jarak jauh.
Misalnya: NIC dan modem.
Pengklasifikasian juga bisa berdasarkan arah datanya, yaitu perangkat output, perangkat
input dan kombinasi output-input. Contoh perangkat output: monitor, proyektor dan printer.
Perangkat input misalnya: keyboard, mouse, joystick, scanner, mark reader, bar code reader.
78
Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat
I/O. Setiap komponen saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah
penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data
antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu komputer. Data atau program yang
tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga
kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.
Era saat ini memerlukan saluran data atau bus yang handal. Kecepatan komponen
penyusun komputer tidak akan berarti kalau tidak diimbangi kecepatan dan manajemen bus yang
baik. Trend mikroprosesor saat ini adalah melakukan pekerjaan secara paralel dan program
dijalankan secara multitasking menuntut sistem bus tidak hanya lebar tapi juga cepat.
Dalam bab ini akan kita pelajari bagaimana interkoneksi komponen sistem komputer
dalam menjalankan fungsinya, interkoneksi bus dan juga pertimbangan – pertimbangan
perancangan bus. Bagian akhir akan disajikan contuh – contoh bus yang berkembang saat ini.

7.1 Struktur Interkoneksi
Komputer tersusun atas komponen – komponen atau modul – modul (CPU, memori dan
I/O) yang saling berkomunikasi. Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur
interkoneksi. Rancanagan struktur interkoneksi sangat bergantung pada jenis dan karakteristik
pertukaran datanya.
Gambar 7.1 menyajikan jenis pertukaran data yang diperlukan oleh modul – modul
penyusun komputer :
• Memori :
Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing – masing
word diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat dibaca maupun ditulis pada
memori dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s