Perkuliahan Ke -5 Arsitekstur & Organisasi Komputer-Input/Output Komputer

🌺Pekuliahan Ke -5 

Arsitekstur & Organisasi Komputer

 Input/Output (I/O)

🌷Definisi Komputer

adalah komunikasi antara sistem pemrosesan informasi, seperti komputer, dan dunia luar, mungkin manusia atau sistem pemrosesan informasi lainnya. 

Input adalah sinyal atau data yang diterima oleh sistem dan output adalah sinyal atau data yang dikirim darinya. Istilah tersebut juga dapat digunakan sebagai bagian dari suatu tindakan; untuk "melakukan I / O" adalah melakukan operasi input dan output.

🌷Perangkat –perangkat input/output Perangkat eksternal

manusia (antarmuka manusia) contoh

• Monitor, printer, keyboard, mouse

Mesin yang dapat dibaca contoh

• Disk, tape, sensor

Komunikasi contoh

• Modem

• Network Interface Card (NIC)

🌷masalah - masalah yang sering terjadi pada komputer 

• Berbagai peripheral (Wide Variety of peripherals )
  
  1. Menyampaikan jumlah data yang berbeda (Delivery different amounts of data )
  2. Pada kecepatan yang berbeda (At different speeds )

• Dalam format yang berbeda (In different formats)

• Semua lebih lambat dari CPU dan RAM (All shower than CPU and RAM)

• Perlu I / O modul w / beberapa "kecerdasan"                                                                         

🌷Fungsi Input/Output 

• Kontrol & Waktu adalah Kontrol waktu adalah hal penting untuk mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer dengan cara mengatur waktu kerja dari masing-masing komponen tersebut.
• CPU (Processor) Komunikasi memiliki fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O yang meliputi proses – proses sebagai 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.
• Perangkat Komunikasi adalah yang berhubungan dengan proses transfer informasi antara CPU dengan sebuah peripheral. Komunikasi perangkat eksternal memiliki fungsi sebagai berikut:
  – memilih I/O dan mengujinya
  – menginisialisasi transfer dan mengkoordinasikan pengaturan waktu operasi I/O
  – mentransfer informasi
  – menghentikan proses transfer
• Data Buffering , adalah proses penyesuaian data dan perbedaan laju transfer data antara peripheral dan CPU
• Kesalahan Deteksi (misalnya, paritas sedikit tambahan)

🌷Langkah - Langkah Input/Output 

• Cek CPU (menginterogasi) I/O status perangkat modul
• I/O modul kembali status
• Jika siap, CPU meminta transfer data dengan mengirimkan perintah ke modul I/O
• I / O modul mendapat unit data (byte, word, dll) dari perangkat
• I / O transfer data modul untuk CPU
• Variasi dari langkah-langkah untuk output, DMA, dll

 🌷Teknik Penanganan Input/Output 

Teradapat 3 cara sbb :

1. Programmed I/O

2. Interrupt Driven I/O

3. DMA - I/O

1. Programmed I/O

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.

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.

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 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

Cycle Stealing

Dalam melaksanakan transfer data secara mandiri, DMA memerlukan pengambil alihan 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.

🌷Keputusan Modul Input/Output 

Berikut ini adalah dimana saat modul I/O membuat keputusan terhadap perangkat- perangkat CPU diantaranya adalah

• Menyembunyikan atau mengungkapkan sifat perangkat CPU
• Dukungan beberapa atau perangkat tunggal
• Fungsi kontrol perangkat atau meninggalkan untuk CPU
• Juga O / S keputusan
• misalnya Unix memperlakukan segala sesuatu yang bisa sebagai file

🌷Eksternal Device 

Penjelasan dan contoh dari Device eksternal

Jenis-jenis device eksternal :

• Human readabel : sarana komunikasi manusia dengan mesin(komputer) , seperti screen,printer,keyboard.
• Machine readable : sarana komunikasi antara komputer dengan device lain, seperti harddisk, sensor, aktuator
• Communication : sarana komunikasi komputer dengan komputer lain , seperti modem, network interface card(NIC)

Blok Diagram Device Eksternal

Fungsi dalam blok diagram device eksternal

• Signal kontrol : memenentukan apa yang ahrus dilakukan oleh device , misal input atau read untuk menerima/membaca data dan output atau write untuk mengirimmkan data ke device lain.
• Signal status : untuk mengirimkan status dari device (ready atau error)
• Jalur data : saluran untuk mengirimkan/menerima deretan bit bit ke/dari modul I/O
• Control logic : menentukan aktifitas dan status device eksternal
• Buffer : untuk menampung data dari/ke modul I/O sementara waktu, biasanya berukuran 8 hingga 16 bit
• Transducer : mengubah bentuk data dari signal elektrik, mekanik, temperatur, tekanan menjadi data digital dan sebaliknya

Data Rate Beberapa Device

Diagram Modul I/O

 🌷Design Issue

Adapun beberapa cara yang digunakan CPU untuk menangani  program interupsi sbb :

1. Multiple Interrupt Lines

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.

2.Software Poll 

Aernatif 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.

 

3. Daisy Chain

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.

4. Arbitrasi Bus

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.