Modul Input / Output (I/O)
Content
INPUT / OUTPUT
Fungsi : Memindahkan informasi antara CPU atau memori utama dengan dunia luar
I/O terdiri :
Piranti l/O (peripheral)
Pengendali I/O (device controller)
Perangkat lunak
Proses
-
transfer informasi antara CPU dengan sebuah peripheral :
Memilih I/O dan mengujinya.
Menginisialisasi transfer dan mengkoordinasikan pengaturan waktu operasi I/O.
Mentransfer informasi.
Menghentikan proses transfer.
Klasifikasi piranti I/O terdiri 3 kelompok:
Kelompok yang memasukkan informasi (input), contoh : keyboard, ADC, scanner
Kelompok yang menampilkan informasi (output), contoh : VDU (monitor), printer
Kelompok yang melayani input dan output, contoh : Floppy disk
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
port I/O tidak tergantung pada memori utama.
memori,
dimana
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.
Kelebihan dan kekurangan:
I/O mapped I/O Iebih cepat dan efisien, karena lokasi I/O terpisah dengan lokasi
memori.
I/O mapped I/O mempunyai keterbatasan jumlah instruksi yang dapat digunakan
untuk operasi I/O.
Operasi I/O terbagi menjadi 3 metode :
1. I/O terprogram
Metode di mana CPU mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan
menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan sebuah program.
dengan
Karakteristik:
Program tersebut digunakan untuk memulai, mengarahkan dan menghentikan operasioperasi 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 efisien 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 chain 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 (2port).
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 I/O.
Interfacing
Adalah peralatan yang digunakan untuk menghubungkan suatu piranti dengan CPU melalui bus.
Keterangan:
• Register kendali (CR) digunakan untuk mencatat berbagai perintah dan informasi
lainnya dalam peripheral.
• Register status (SR) digunakan untuk menyimpan status piranti dan memberitahukan
pesan-pesan kesalahan .
• Register data input (IDR) dan register data output (ODR) masing-masing berfungsi sebagai
bufer data untuk operasi input dan output.
• Urutan operasi interface:
Unit logika handshaking memasok unit kendali dengan empat sinyal.
Dua sinyal, register kendali penulisan (WCR atau write control register) dan register
status pembacaan (RSR atau read status register), masing-masing berhubungan
dengan CR dan SR.
-
Sedangkan dua sinyal lainnya adalah register pembacaan data input (RIDR atau
read input data register) dan register penulisan data output (WODR atau write
output data register ), masing-masing mengendalikan IDP dan ODR.
Transfer data
Format transfer
- Paralel : semua bit pada karakter (word dengan panjang tertentu) dikirim secara
bersamaan dalam batas waktu yang diberikan.
- Serial : Data dikirim secara berurutan dalam satu saluran.
Transfer data secara paralel lebih cepat daripada secara serial karena saluran transmisinya
banyak, kelemahannya kalau terlalu panjang akan terjadi interferensi antar saluran.
Mode transfer data
1. Synchronous mode
Baris kendali digunakan untuk mengsinkronkan waktu pada semua kejadian yang terjadi
selama periode waktu tertentu.
Kelemahan:
Tiap piranti I/O berbeda-beda kecepatan operasinya, sehingga harus diturunkan
pada kecepatan yang paling rendah.
Gambar 2. Sinyal Pengaturan waktu mode sinkron
2. Asynchronous mode
Menggunakan teknik jabat tangan (hand shaking) untuk menyakinkan transfer data antara
pengirim dan penerima tidak ada kesalahan (data valid)
Gambar 3. Sinyal Pengaturan waktu mode asinkron
Kelemahan :
- memerlukan lebih banyak kendali
- kecepatan transfer lebih rendah dari yang sebenarnya.
Kelebihan :
memungkinkan penggunaan piranti I/O yang memiliki berbagai varasi kecepatan dalam
system yang sama.
Sistem Prosesor I/O
Saluran I/O:
Merupakan sebuah prosesor khusus dengan kemampuan terbatas yang disusun untuk
interface beberapa piranti I/O ke memori.
- Saluran I/O dapat melakukan pendeteksian dan pembetulan kesaIahan dan beroperasi
dalam basis cycle stealing.
- Saluran I/O berkomunikasi dengan CPU sebagai suatu fasiIitas DMA dan
berkomunikasi dengan piranti I/O seolah-olah sebuah CPU.
Karena piranti I/O mempunyai kecepatan transfer yang berbeda-beda, maka saluran dibagi
menjadi 3 pelayanan, yaitu:
- Saluran Multiplexer
Digunakan untuk menghubungkan piranti yang berkecepatan rendah dan sedang
serta serta mengoperasikannya secara bersamaan dengan multiplexing.
- Saluran Selektor
Digunakan untuk menghubungkan piranti I/O yang berkecepatan tinggi tanpa
multiplexing. Contoh: pita magnetis, disk
- Saluran Multiplexer Blok Merupakan kombinasi dari dua pelayanan diatas.
Prosesor I/O (IOP)
Merupakan komputer umum yang berkomunikasi dengan memori utama melalui fasilitas
DMA
system
bus
dan dengan piranti I/O atas satu atau lebih bus I/O.
Ada 2 mode yaitu :
1. Single Shared bus
Setiap IOP mengendalikan sejumlah piranti I/O tertentu yang tetap.
Gambar 4. Model Single Shared bus
2. Switching matriks bus
Setiap IOP mengendalikan satu piranti I/O
Gambar 5. Model Switching matriks bus
Konfigurasi Multiprosesor
Di dalam satu komputer seakan-akan terdapat beberapa mikroprosesor, meskipun sebenarnya
mikroprosesor utamanya hanya satu, sedangkan yang Iainnya berupa prosesor I/O (lOP).
Hubungan yang paling sederhana menggunakan common bus.
Gambar 6. Model common bus pada multiprosesor
•
•
•
Bus umum bersifat membagi waktu (time shared) oleh semua prosesor dan hanya satu
prosesor yang dapat mengakses memori pada waktu tertentu. Tetapi dapat juga
menggunakan bus umum ke dalam organisasi multiprosesor dual bus.
Setiap komputer dihubungkan suatu pengendali sistem ke bus umum
Komunikasi interkomputer ini dilakukan pada sistem bus melalui memori umum.
Gambar 7. Model system bus pada multiprosesor
Fungsi : Memindahkan informasi antara CPU atau memori utama dengan dunia luar
I/O terdiri :
Piranti l/O (peripheral)
Pengendali I/O (device controller)
Perangkat lunak
Proses
-
transfer informasi antara CPU dengan sebuah peripheral :
Memilih I/O dan mengujinya.
Menginisialisasi transfer dan mengkoordinasikan pengaturan waktu operasi I/O.
Mentransfer informasi.
Menghentikan proses transfer.
Klasifikasi piranti I/O terdiri 3 kelompok:
Kelompok yang memasukkan informasi (input), contoh : keyboard, ADC, scanner
Kelompok yang menampilkan informasi (output), contoh : VDU (monitor), printer
Kelompok yang melayani input dan output, contoh : Floppy disk
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
port I/O tidak tergantung pada memori utama.
memori,
dimana
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.
Kelebihan dan kekurangan:
I/O mapped I/O Iebih cepat dan efisien, karena lokasi I/O terpisah dengan lokasi
memori.
I/O mapped I/O mempunyai keterbatasan jumlah instruksi yang dapat digunakan
untuk operasi I/O.
Operasi I/O terbagi menjadi 3 metode :
1. I/O terprogram
Metode di mana CPU mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan
menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan sebuah program.
dengan
Karakteristik:
Program tersebut digunakan untuk memulai, mengarahkan dan menghentikan operasioperasi 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 efisien 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 chain 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 (2port).
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 I/O.
Interfacing
Adalah peralatan yang digunakan untuk menghubungkan suatu piranti dengan CPU melalui bus.
Keterangan:
• Register kendali (CR) digunakan untuk mencatat berbagai perintah dan informasi
lainnya dalam peripheral.
• Register status (SR) digunakan untuk menyimpan status piranti dan memberitahukan
pesan-pesan kesalahan .
• Register data input (IDR) dan register data output (ODR) masing-masing berfungsi sebagai
bufer data untuk operasi input dan output.
• Urutan operasi interface:
Unit logika handshaking memasok unit kendali dengan empat sinyal.
Dua sinyal, register kendali penulisan (WCR atau write control register) dan register
status pembacaan (RSR atau read status register), masing-masing berhubungan
dengan CR dan SR.
-
Sedangkan dua sinyal lainnya adalah register pembacaan data input (RIDR atau
read input data register) dan register penulisan data output (WODR atau write
output data register ), masing-masing mengendalikan IDP dan ODR.
Transfer data
Format transfer
- Paralel : semua bit pada karakter (word dengan panjang tertentu) dikirim secara
bersamaan dalam batas waktu yang diberikan.
- Serial : Data dikirim secara berurutan dalam satu saluran.
Transfer data secara paralel lebih cepat daripada secara serial karena saluran transmisinya
banyak, kelemahannya kalau terlalu panjang akan terjadi interferensi antar saluran.
Mode transfer data
1. Synchronous mode
Baris kendali digunakan untuk mengsinkronkan waktu pada semua kejadian yang terjadi
selama periode waktu tertentu.
Kelemahan:
Tiap piranti I/O berbeda-beda kecepatan operasinya, sehingga harus diturunkan
pada kecepatan yang paling rendah.
Gambar 2. Sinyal Pengaturan waktu mode sinkron
2. Asynchronous mode
Menggunakan teknik jabat tangan (hand shaking) untuk menyakinkan transfer data antara
pengirim dan penerima tidak ada kesalahan (data valid)
Gambar 3. Sinyal Pengaturan waktu mode asinkron
Kelemahan :
- memerlukan lebih banyak kendali
- kecepatan transfer lebih rendah dari yang sebenarnya.
Kelebihan :
memungkinkan penggunaan piranti I/O yang memiliki berbagai varasi kecepatan dalam
system yang sama.
Sistem Prosesor I/O
Saluran I/O:
Merupakan sebuah prosesor khusus dengan kemampuan terbatas yang disusun untuk
interface beberapa piranti I/O ke memori.
- Saluran I/O dapat melakukan pendeteksian dan pembetulan kesaIahan dan beroperasi
dalam basis cycle stealing.
- Saluran I/O berkomunikasi dengan CPU sebagai suatu fasiIitas DMA dan
berkomunikasi dengan piranti I/O seolah-olah sebuah CPU.
Karena piranti I/O mempunyai kecepatan transfer yang berbeda-beda, maka saluran dibagi
menjadi 3 pelayanan, yaitu:
- Saluran Multiplexer
Digunakan untuk menghubungkan piranti yang berkecepatan rendah dan sedang
serta serta mengoperasikannya secara bersamaan dengan multiplexing.
- Saluran Selektor
Digunakan untuk menghubungkan piranti I/O yang berkecepatan tinggi tanpa
multiplexing. Contoh: pita magnetis, disk
- Saluran Multiplexer Blok Merupakan kombinasi dari dua pelayanan diatas.
Prosesor I/O (IOP)
Merupakan komputer umum yang berkomunikasi dengan memori utama melalui fasilitas
DMA
system
bus
dan dengan piranti I/O atas satu atau lebih bus I/O.
Ada 2 mode yaitu :
1. Single Shared bus
Setiap IOP mengendalikan sejumlah piranti I/O tertentu yang tetap.
Gambar 4. Model Single Shared bus
2. Switching matriks bus
Setiap IOP mengendalikan satu piranti I/O
Gambar 5. Model Switching matriks bus
Konfigurasi Multiprosesor
Di dalam satu komputer seakan-akan terdapat beberapa mikroprosesor, meskipun sebenarnya
mikroprosesor utamanya hanya satu, sedangkan yang Iainnya berupa prosesor I/O (lOP).
Hubungan yang paling sederhana menggunakan common bus.
Gambar 6. Model common bus pada multiprosesor
•
•
•
Bus umum bersifat membagi waktu (time shared) oleh semua prosesor dan hanya satu
prosesor yang dapat mengakses memori pada waktu tertentu. Tetapi dapat juga
menggunakan bus umum ke dalam organisasi multiprosesor dual bus.
Setiap komputer dihubungkan suatu pengendali sistem ke bus umum
Komunikasi interkomputer ini dilakukan pada sistem bus melalui memori umum.
Gambar 7. Model system bus pada multiprosesor
