4/29/2014

1

Input/Output

Arsitektur KomputerDisusun Oleh : Rini Agustina, S.Kom, M.Pd

Dari berbagai sumber

Pertemuan 7

Input - Output

2

Konsep I/ODefinisi: I/O adalah bagian dari struktur sebuah komputer yang berfungsisebagai pintu gerbang bagi CPU untuk dapat berinteraksi denganlingkungannya atau “environment”-nya

-Environment CPU dapat berupa peralatan2 lain diluar CPU seperti:peripheral (harddisk, CD-ROM drive, sensor, mouse dsb. ) , user (manusia) .

-Tanpa I/O maka sebuah komputer tidak dapat berinteraksi denganlingkungannya, seperti halnya sebuah rumah yang tidak memiliki pintu , ataujendela.

Modul I/OModul I/O adalah peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switchsentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidakhanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logikadalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer.

4/29/2014

2

3

Input - Output

PeripheralDefinisi: Peripheral adalah semua jenis “device” (=peralatan) yang

berinteraksi dengan CPU melalui Modul I/O.

Ada 3 jenis Peripheral

1. Human Readable PeripheralSifat2: - Berinteraksi dengan User (manusia) : monitor, keyboard ,mouse, microphone , loudspeaker (beeper), touchscreen

2. Machine Readable PeripheralSifat2: - Interaksi antar mesin berlangsung tanpa campur tanganuser , contoh: harddisk, sensor, actuator, CD-ROM drive

3. Communication PeripheralSifat2: - koneksi dengan device lain melalui jaringan atau salurankomunikasi lain, seperi: infra red, bluetooth, modem dsb.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 4

Input - Output

Interface (= Antarmuka)Definisi: Interface adalah “device” atau peralatan yang berfungsimenjembatani “perbedaan” antara dua buah sistem yang akan salingberinterkoneksi dan melakukan “data exchange”

Jenis perbedaan :

1. Perbedaan Level Tegangan (Voltage)- Level TTL = + 5 Volt dan 0 Vol- Level RS-232C = +25 Volt dan -25 Volt (max.)

2. Perbedaan Kecepatan Transfer Data (bps)- Modem 56 kbps- Modem 1 Mbps

3. Perbedaan Protokol- TCP/IP- SNA

4/29/2014

3

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 5

Input - Output

Jadi , dengan menggunakan interface yang sesuai maka proses interkoneksiatau pertukaran data antar dua atau lebih device akan dapat berlangsungdengan aman dan sempurna

Catatan:Selain Hardware interface, maka ada pula software interface, yaitujenis program atau driver yang digunakan sebagai saranapenghubung antara

a. Software dengan Softwareb. Hardware dengan Softwarec. Hardware dengan Hardware

Contoh: Untuk memasang sebuah peralatan baru, misalkan Webcam ,Laser Printer , Plotter dsb. Ke komputer dibutuhkan software“driver” , agar peralatan tsb.dapat dikenali dan dapatberfungsi secara optimal.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 6

Input - Output

Fungsi Modul I/O1. Control & Timing2. CPU Communication3. Device Communication4. Data Buffering5. Error Detection

Cara Kerja Modul I/O1. CPU memeriksa status periferal2. I/O module laporkan status3. Jika siap, CPU request data

transfer4. I/O module ambil data dari device5. I/O module transfers data ke CPU

4/29/2014

4

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 7

Input - Output

Diagram Dasar sebuah Modul I/O

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 8

Input - OutputDiagram Dasar sebuah Peripheral

4/29/2014

5

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 9

Input - Output

Diagram Dasar Sebuah Peripheral1. Block Kontrol Logika

Terdiri dari 2 jenis signal, yaitua. Control Signal , adalah sinyal yang berasal dari CPU ,berfungsi untuk mengendalikan perangkat perifeContoh : Signal Read , Writeb. Status Signal , adalah signal yang berasal dari periferaluntuk melaporkan kondisi periferal kepada CPUcontoh: Pada printer Kertas Habis, Tinta Habis , Paper Jam

2. Block BufferBuffer adalah memori berukuran kecil berfungsi sebagai tempatsinggah sementara untuk data yang keluar-masuk Modul I/O

Fungsi Buffer adalah sebagai sarana untuk “sinkronisasi” terhadap sistembus, tujuanya adalah agar data dapat keluar-masuk ke sistembus sesuai dengan instruksi yang diberikan CPU.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 10

Input - Output3. Block Transducer

Transducer adalah alat yang berfungsi untuk merubah ataumengkonversikan suatu bentuk energi tertentu menjadienergi listrik.

Contoh Transducer:1. Solar Cell , merubah energi cahaya menjadi listrik2. Load Cell , merubah tekanan menjadi listrik3. Tachometer , merubah gaya akibat putaran menjadi listrik4. Potentiometer , merubah posisi menjadi listrik

Sensor , adalah alat yang berfungsi untuk mendeteksi keberadaan suatubentuk energi atau obyek tertentu.

Contoh Sensor :1. Fototransistor: sensor cahaya yg mengaktifkan electronic switch2. Thermostat: sensor panas yang mengaktifkan switch

4/29/2014

6

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 11

Input - OutputTeknik Penanganan I/O , ada 3 cara

1. Programmed I/O2. Interrupt Driven I/O3. DMA - I/O

1. Programmed I/OPada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modulI/O. CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepadaCPU secara langsung, seperti pemindahan data, pengiriman perintahbaca maupun tulis, dan monitoring perangkat.

Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/Oselesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagiCPU lebih cepat proses operasinya. Dalam teknik ini, modul I/O tidakdapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yangdiinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan tanggung jawabCPU sampai operasi lengkap dilaksanakan.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 12

Input - Output

2. Interrupt Driven I/O

Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang –buang waktu. Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O padamodul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan modul I/O maka CPU akanmelakukan eksekusi perintah – perintah lainnya. Apabila modul I/O telahselesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya akan melakukaninterupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU,baik pengambilan perintah dari memori maupun pelaksanaan isiperintah tersebut. Terdapat selangkah kemajuan dari tekniksebelumnya, yaitu CPU melakukan multitasking beberapa perintahsekaligus sehingga tidak ada waktu tunggu bagi CPU.

4/29/2014

7

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 13

Input - Output

Langkah-Langkah Penanganan Interrupt1. Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.

CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankannyakemudian merespon interupsi.

2. CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akanmengirimkan sinyal acknowledgment ke perangkat I/O untukmenghentikan interupsinya.

3. CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Halyang dilakukan adalah menyimpan informasi yang diperlukanuntuk melanjutkan operasi yang tadi dijalankan sebelum adanyainterupsi. Informasi yang diperlukan berupa:

Status prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program statusword).Lokasi intruksi berikutnya yang akan dieksekusi.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 14

Input - Output

4. Informasi tersebut kemudian disimpan dalam stack pengontrol sistem.Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusisebelum interupsi ke stack pengontrol bersama informasi PSW.

5. Selanjutnya mempersiapkan PC untuk penanganan interupsi.Selanjutnya CPU memproses interupsi sempai selesai.Apabila pengolahan interupsi selasai, CPU akan memanggilkembali informasi yang telah disimpan pada stack pengontroluntuk meneruskan operasi sebelum interupsi.

Metode Penanganan Interrupt1. Multiple Interrupt Lines.2. Software poll.3. Daisy Chain.4. Arbitrasi bus.

4/29/2014

8

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 15

Input - Output

1. Multiple Interrupt LinesTeknik yang paling sederhana adalah menggunakan saluran interupsi berjumlahbanyak (Multiple Interrupt Lines) antara CPU dan modul – modul I/O. Namuntidak praktis untuk menggunakan sejumlah saluran bus atau pin CPU keseluruh saluran interupsi modul – modul I/O.

2. Software PollAlternatif lainnya adalah menggunakan software poll. Prosesnya, apabila CPUmengetahui adanya sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routinelayanan interupsi yang tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O untukmenentukan modul yang melakukan interupsi. Kerugian software poll adalahmemerlukan waktu yang lama karena harus mengidentifikasi seluruh moduluntuk mengetahui modul I/O yang melakukan interupsi.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 16

Input - Output

3.Daisy ChainTeknik yang lebih efisien adalah daisy chain, yang menggunakanhardware poll. Seluruh modul I/O tersambung dalam saluran interupsiCPU secara melingkar (chain). Apabila ada permintaan interupsi, makaCPU akan menjalankan sinyal acknowledge yang berjalan pada saluraninterupsi sampai menjumpai modul I/O yang mengirimkan interupsi.

4. Arbitrasi BusTeknik berikutnya adalah arbitrasi bus. Dalam metode ini, pertama – tamamodul I/O memperoleh kontrol bus sebelum modul ini menggunakansaluran permintaan interupsi. Dengan demikian hanya akan terdapatsebuah modul I/O yang dapat melakukan interupsi.

4/29/2014

9

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 17

Input - Output

3. Teknik Direct Memory Access (DMA)Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modulI/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 databervolume besar dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal denganDirect Memory Access (DMA).

Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepadaDMA, CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikaninstruksi lengkap pada DMA dan akhir proses saja. Dengan demikianCPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggudengan interupsi

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 18

Input - Output

Diagram Blok DMA

4/29/2014

10

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 19

Input - Output

Cycle StealingDalam melaksanakan transfer data secara mandiri, DMA memerlukanpengambil alihan kontrol bus dari CPU. Untuk itu DMA akanmenggunakan bus bila CPU tidak menggunakannya atau DMAmemaksa CPU untuk menghentikan sementara penggunaan bus.Teknik terakhir lebih umum digunakan, sering disebut cycle-stealing,karena modul DMA mengambil alih siklus bus. Penghentiansementara penggunaan bus bukanlah bentuk interupsi, melainkanhanyalah penghentian proses sesaat yang berimplikasi hanya padakelambatan eksekusi CPU saja.

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 20

Input - Output

Ada 3 konfigurasi DMA1. Single Bus atau Detached DMA

Karakteristik

1. Sederhana, murah

2. Kelemahanya adalah Jumlah siklus Bus Terlalu tinggi sehinggakinerja sistem bus kurang optimal

4/29/2014

11

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 21

Input - Output2.Integrated DMA –I/O

Karakteristik:- Modul I/O dan DMA di-integrasikan dalam satu blok- Siklus Bus berkurang- Perancangan DMA lebih rumit

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 22

Input - Output

3. I/O Bus – DMA

Karakteristik:Menggunakan Bus Khusus yaitu I/O Bus untuk menangani koneksi denganI/O , Siklus Bus sangat berkurang, Kinerja DMA lebih efisien

4/29/2014

12

FAKULTAS TEKNOLOGI INFORMASI 23

Input - Output

Terima Kasih