SISTEM INPUT OUTPUT

FUNGSI MODUL I/O

Merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral danmengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logikadalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus computer.

Modul I / O merupakan suatu entiti di dalam komputer yang bertanggung jawab atas pengontrol sebuah perangkat eksternal atau lebih dan untuk pertukarandata antara perangkat-perangkat tersebut dengan memori utama dan atau register-register CPU. Jadi, modul I / O harus memiliki interface internal dengan komputer (CPU dan main memori ) dan interface eksternal dengan komputer ( perangkateksternal ).

Fungsi atau persyaratan utama bagi modul I / O dapat dibagi menjadi beberapa kategori seperti di bawah ini :

· Kontrol dan timing

· Komunikasi CPU

· Komunikasi perangkat

· Data buffering

· Deteksi Error

LANGKAH-LANGKAH PENANGANAN I/O

1. CPU meminta modul I / O untuk memeriksa status perangkat yang terhubung.

2. Modul I / O memberikan jawabannya tentang status perangkat.

3. Bila perangkat sedang beroperasi dan berada dalam keadaan siap untuk mengirimkan, maka CPU meminta pemindahan data, dengan menggunakan perintah tertentu ke modul I / O.

4. Modul I / O akan memperoleh unit data ( misalnya, 8 atau 16 bit ) dari perangkateksternal.

5. Data akan dipindahkan dari modul I / O ke CPU.

METODE PENGAKSESAN I/O

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.

METODE OPERASI I/O

I. 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.

II. 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.
Metode Interupsi:
- 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.

III. 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 dimana CPU dan piranti I/O beradu cepat pada basis asinkron, prioritas utama akan diberikan pada piranti I/O.

TRANSFER DATA

1. 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.

2. 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.

INTERFACING PIRANTI I/O

Defenisi :

Suatu alat yang digunakan untukmenghubungkan suatu piranti dengan CPU melalui BUS.

Fungsi Umum :

Mensinkronkan data transfer antara CPUdan piranti I/O

Fungsi Detail :

· Penyedia status piranti I/O bagi CPU

· Memiliki kemampuan interupsi / DMA

· Mampu me-transfer instruksi CPU ke piranti

· Mampu berfungsi sebagai buufer storage data transfer.

· Mampu melakukan pengujian kesamaan data.

· Mampu men-decode dan mgng-encode data

· Memiliki fasilitas khusus :

· Konversi data paralel-ke-serial dan sebaliknya.

· Encoding karakter ketik ke VDU.

· Encoding karakter ketik tertentu : F1, F2,BACKSPC, DELETE dan sebagainya.

· Menyediakan sinyal status operasi.

Komponen Utama Interface Piranti I/O :

1. Device dependent

bagian yang melayani piranti

2. Device independent

bagian yang menghubungkan unit interface ke bus sistem.

· Struktur Interface Piranti I/O :

1. Register

Ø kendali (CR) mencatat instruksi dan informasi dalam piranti.

Ø Status (SR)mencatat status piranti dan mengeluarkan pesan kesalahan

Ø Data input (IDR) dan data output (ODR) sebagai buffer data untuk operasi input dan output.

2. Bus

Ø Receiver : menangani data input

Ø Transciever : sirkuit bi-directional data menangani input maupun output

Ø driver/buffer bus : sirkuit tri-state yang menyimpan informasi bus.

Sistem Prosesor I/O

General Purpose komputer yang berisi sejumlahsaluran DMA, CPU tersendiri, kumpulan intruksi danmenjalankannya secara paralel pada CPU utama.

Fungsi :

sebagai piranti front end yang menangani setiapaspek I/O, dan menyediakan pengendali I/O khusus yangdisebut I/O Channel.

Instruksi IOP :

1. Instruksi transfer data : untuk Input (pembacaan),output (penulisan) dan untuk membaca informasi status.

2. Instruksi general purpose : instruksi aritmatika, logika,percabangan (konversi, prioritas operasi, evaluasialamat, jump instruksi)

3. Instrusksi kendali : instruksi untuk menangani fungsipiranti I/O khusus yang tidak terlibat dalam transferdata. Contoh : pmemindahkan head R/W untukmenentukan lokasi track dan record pada disk,mencetak pindah baris pada printer, dan-lain-lain.

Format Instruksi IOP :

1. Field opcode : representasi jenis operasi

2. field alamat memori : alamat awal blok memori yangdigunakan untuk transfer.

3. field word count : jumlah word yang harus ditransfer(panjang blok memori).

4. field kendali: untuk fungsi-fungsi piranti I/O khusus.

5. Field status : untuk tujuan komunikasi dan pencatatan.

sumber :

http://gamapermana80.blogspot.com/2012/01/sistem-input-output.html

Unit Pemroses Sentral / CPU

            Unit Pemroses Sentral (UPS) (bahasa Inggris: Central Processing Unit; CPU), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, pemroses/prosesor (processor), sering digunakan untuk menyebut CPU. Adapun mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan CPU.

Pin mikroprosesor Intel 80486DX2.

Komponen CPU

Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut.

Unit kontrol yang mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali ini adalah:

Mengatur dan mengendalikan alat-alat masukan (input) dan keluaran (output).

Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.

Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.

Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Secara analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.

ALU unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (³ ).

CPU Interconnections adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register-register dan juga dengan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan /keluaran.

Cara Kerja CPU

Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di MAA (melalui Input-storage); apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit di Program-storage, namun apabila berbentuk data ditampung di Working-storage). Jika register siap untuk menerima pengerjaan eksekusi, maka Control Unit akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat memori yang berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter. Sedangkan data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung di General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register). Jika berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah arithmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Akumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan ke output-devices.

Fungsi CPU

CPU berfungsi seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil darimemori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras, seperti papan tombol, pemindai, tuas kontrol, maupun tetikus. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksiperangkat lunak komputer. Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan membacanya dari media penyimpan, seperti cakram keras, disket, cakram padat, maupun pita perekam. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu pada memori fisik (MAA), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada MAA dengan menentukan alamat data yang dikehendaki.

Saat sebuah program dieksekusi, data mengalir dari RAM ke sebuah unit yang disebut dengan bus, yang menghubungkan antara CPU dengan MAA. Data kemudian didekode dengan menggunakan unit proses yang disebut sebagai pendekoder instruksi yang sanggup menerjemahkan instruksi. Data kemudian berjalan ke unit aritmatika dan logika (ALU) yang melakukan kalkulasi dan perbandingan. Data bisa jadi disimpan sementara oleh ALU dalam sebuah lokasi memori yang disebut dengan register supaya dapat diambil kembali dengan cepat untuk diolah.ALU dapat melakukan operasi-operasi tertentu, meliputi penjumlahan, perkalian, pengurangan, pengujian kondisi terhadap data dalam register, hingga mengirimkan hasil pemrosesannya kembali ke memori fisik, media penyimpan, atau register apabila akan mengolah hasil pemrosesan lagi. Selama proses ini terjadi, sebuah unit dalam CPU yang disebut dengan penghitung program akan memantau instruksi yang sukses dijalankan supaya instruksi tersebut dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan sesuai.

Percabangan instruksi

Pemrosesan instruksi dalam CPU dibagi atas dua tahap, Tahap-I disebut Instruction Fetch, sedangkan Tahap-II disebut Instruction Execute. Tahap-I berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit mengambil data dan/atau instruksi dari main-memory ke register, sedangkan Tahap-II berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit menghantarkan data dan/atau instruksi dari register ke main-memory untuk ditampung di MAA, setelah Instruction Fetch dilakukan. Waktu pada tahap-I ditambah dengan waktu pada tahap-II disebut waktu siklus mesin (machine cycles time).

Penghitung program dalam CPU umumnya bergerak secara berurutan. Walaupun demikian, beberapa instruksi dalam CPU, yang disebut dengan instruksi lompatan, mengizinkan CPU mengakses instruksi yang terletak bukan pada urutannya. Hal ini disebut juga percabangan instruksi (branching instruction). Cabang-cabang instruksi tersebut dapat berupa cabang yang bersifat kondisional (memiliki syarat tertentu) atau non-kondisional. Sebuah cabang yang bersifat non-kondisional selalu berpindah ke sebuah instruksi baru yang berada di luar aliran instruksi, sementara sebuah cabang yang bersifat kondisional akan menguji terlebih dahulu hasil dari operasi sebelumnya untuk melihat apakah cabang instruksi tersebut akan dieksekusi atau tidak. Data yang diuji untuk percabangan instruksi disimpan pada lokasi yang disebut dengan flag.

Bilangan yang dapat ditangani

Kebanyakan CPU dapat menangani dua jenis bilangan, yaitu fixed-point dan floating-point. Bilangan fixed-point memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik desimalnya. Hal ini memang membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka tersebut, tetapi hal ini justru dapat dihitung oleh CPU secara lebih cepat. Sementara itu, bilangan floating-point merupakan bilangan yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, di mana sebuah angka direpresentasikan sebagai angka desimal yang dikalikan dengan pangkat 10 (seperti 3,14 x 1057). Notasi ilmiah seperti ini merupakan cara yang singkat untuk mengekspresikan bilangan yang sangat besar atau bilangan yang sangat kecil, dan juga mengizinkan jangkauan nilai yang sangat jauh sebelum dan sesudah titik desimalnya. Bilangan ini umumnya digunakan dalam merepresentasikan grafik dan kerja ilmiah, tetapi proses aritmatika terhadap bilangan floating-point jauh lebih rumit dan dapat diselesaikan dalam waktu yang lebih lama oleh CPU karena mungkin dapat menggunakan beberapa siklus detak CPU. Beberapa komputer menggunakan sebuah prosesor sendiri untuk menghitung bilangan floating-point yang disebut dengan FPU (disebut juga math co-processor) yang dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat penghitungan bilangan floating-point. FPU saat ini menjadi standar dalam banyak komputer karena kebanyakan aplikasi saat ini banyak beroperasi menggunakan bilangan floating-point.

sumber :

http://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Pemroses_Sentral