Unit Masukan dan Keluaran.
Transfer DMA
dilakukan oleh sirkuit kontrol yang merupakan bagian dari antar muka perangkat I/O. Istilah ini yang sering banyak kita ketahui adalah sebagai kontroler DMA. Kontroler DMA melakukan fungsi yang biasanya dilakukan oleh prosesor pada saat mengakses memori utama (yang sering disebut :RAM). Untuk setiap word yang ditransfer, kontroler ini menyediakan alamat memori dan semua sinyal bus yang mengontrol transfer data. Karena harus mentransfer sejumlah blok data, maka kontroler DMA harus menaikkan alamat memori untuk word yang berurutan dan mencatat jumlah transfer. Sekalipun kontroler DMA dapat mentransfer data tanpa intervensi dari prosesor, operasinya tetap berada dibawah kontrol program yang dieksekusi oleh prosesor. Untuk menginisiasi transfer suatu blok word, prosesor mengirim alamat awal, jumlah word dalam blok, dan arah transfer. Pada saat seluruh blok telah ditransfer, kontroler tersebut memberitahu prosesor dengan memunculkan sinyal interupt. Pada saat transfer DMA terjadi, program yang meminta transfer tersebut berhenti bekerja dan prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi program lain. Setelah transfer DMA selesai, prosesor dapat kembali ke program yang meminta transfer tersebut. Operasi I/O selalu dilakukan oleh OS sebagai respon terhadap request dari program aplikasi. OS juga bertanggung jawab untuk menunda eksekusi satu program dan memulai eksekusi program lain. Sehingga, untuk operasi I/O yang melibatkan DMA, OS menetapkan program yang meminta transfer tsb pada keadaan blocked, menginisiasi operasi DMA, dan memulai eksekusi program lain. Pada saat transfer selesai, kontroler DMA memberitahu prosesor dengan mengirim interupt request. Sebagai responnya, OS menetapkan program yang ditunda ke keadaan runnable sehingga dapat dipilih oleh scheduler untuk melanjutkan eksekusi. 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. Beberapa bab sebelumnya telah membahas CPU dan memori, sekarang akan kita jelaskan tentang peralatan atau modul I/O pada bab ini. 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 :
- Bervariasinya metode operasi piranti peripheral,
sehingga tidak praktis apabila system komputer herus menangani berbagai macam
sisem operasi piranti peripheral tersebut.
- Kecepatan transfer data piranti peripheral
umumnya lebih lambat dari pada laju transfer data pada CPU maupun memori.
- Format data dan panjang data pada piranti
peripheral seringkali berbeda dengan CPU, sehingga perlu modul untuk
menselaraskannya.
- Dari beberapa alasan diatas, modul I/O memiliki
dua buah fungsi utama, yaitu :
- Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori
melalui bus sistem.
- Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan
peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu.
Sistem Masukan & Amp; 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. Perhatikan
gambar 6.1 yang menyajikan model generik modul I/O.
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 :
• Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.
• Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.
• Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akan
mengirimkan perintah ke modul I/O.
• Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.
• 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.
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.
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.
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.
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.
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:
• Perintah control.
Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas
yang diperintahkan padanya.
• 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.
• 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.
• 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.
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,
missal 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 :
• Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.
• CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankannya kemudian merespon interupsi.
• CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan sinyal acknowledgment ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.
• 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:
prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program status word).
intruksi berikutnya yang akan dieksekusi.
Informasi tersebut kemudian disimpan dalam stack pengontrol sistem.
• Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum interupsi ke
stack pengontrol bersama informasi PSW. Selanjutnya mempersiapkan PC untuk
penanganan interupsi.
• Selanjutnya CPU memproses interupsi sempai selesai.
• 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.
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.
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.
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 deprogram 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.
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 :
|
Gambar 6.7 |
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.
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.
![[fd1.JPG]](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhYsSBjsxJAOw7Sb7aWzSppWvo81D486KWtBVko2fEg2SN7QYizLzkCTF5s5xxbXVTeOoczSrOPlRTI2t1m3XArSFicOqnG7WImq7fjWXmkCaBESepEYrjbEfKXj82ksN1Bh9T9E7EH9jk/s1600/fd1.JPG)
