Piranti I/O [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 rnenampilkan 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 memori, dimana port I/O tidak tergantung pada
memori utama.
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 dengan menjalankan serangkaian instruksi
I/O dengan sebuah program.
Karakteristik:
- Program tersebut digunakan untuk memulai,
mengarahkan dan menghentikan operasi-operasi 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
efesien 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 interupt
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 (2 port).
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 ), masingmasing
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.

2. Asynchronous mode
Menggunakan teknik jabat tangan (hand shaking) untuk
menyakinkan transfer data antara pengirim dan
penerima tidak ada kesalahan (data valid)

 





Kelemahan :
- memerlukan lebih banyak kendali
- kecepatan transfer lebih rendah dari yang sebenarnya.
Kelebihan :
- memungkinkan penggunaan piranti I/O yang memiliki
berbagai varasi kecepatan dalama 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.

 

2. Switching matriks bus

Setiap IOP mengendalikan satu piranti I/O

 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.

• 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.