Sistem Input / Output

Modul I/O dan Fungsi Modul I/O

Mengapa perlu modul Input/Output ?

1.     Karena Jenis peripheral (device) sangat bermacam-macam:

-          Ukuran data yang dapat ditransfer dalam satu saat berbeda

-          Kecepatan berbeda

-          Format data berbeda

-          Dll

2.    Kecepatan semua peripheral jauh lebih lambat dibanding CPU dan RAM

         Modul I/O Merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer

Dua fungsi utama :

·                     Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.

·                     Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu

Sistem input dan output Komputer

·         Menjembatani CPU dan memori dengan dunia luar merupakan hal yang terpenting untuk kita ketahui

·         Mengetahui fungsi dan struktur modul I/O

·         Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer

·         Bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih

·         Bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan

Fungsi Modul I/O

1.     Kontrol dan pewaktuan.

2.    Komunikasi CPU.

3.    Komunikasi perangkat eksternal.

4.    Pem-buffer-an data.

5.    Deteksi kesalahan

1.     Kontrol dan Pewaktuan

·         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

·         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

2.    Proses fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O

·         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

3.    Komunikasi perangkat eksternal.

·         Modul I/O berfungsi sebagai media komunikasi dari device eksternal menuju CPU

·         Meneruskan perintah/command dari CPU ke device

·         Meneruskan status dari device ke CPU

·         Meneruskan data dari device ke CPU

4.    Buffering

·         Tujuan utama adalah mendapatkan penyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan pada CPU.

·         Laju transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU maupun media penyimpan

·         sebagai penampung data sementara baik dari CPU/memori maupun dari peripheral

5.    Deteksi Kesalahan

·         Bila 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.

·         Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bit paritas

Teknik Penanganan Input/Output

1.                      Programmed I/O

·         I/O terjadi pada saat program yang di dalamnya terdapat perintah I/O dieksekusi

·         Eksekusi I/O terus menerus melibatkan prosesor

CPU:

·         Mengirim perintah ke I/O

·         Menunggu hingga aktifitas I/O selesai

·         CPU memeriksa bit bit  status secara periodik

Modul I/O:

·         Melaksanakan permintaan CPU

·         Men-set bit-bit status

·         Tidak berinisiatif memberi laporan status

·         Tidak meng-interrupt CPU

2.            Interrupt driven I/O

·         I/O terjadi pada saat perintah I/O dieksekusi

·         Sesudah perintah I/O dieksekusi CPU melanjutkan eksekusi perintah lainnya tidak terlibat terus menerus

·         CPU berperan lagi jika sudah ada interrupt dari device (modul I/O)

3.            Direct Memory Access (DMA)

·         Transfer data ditangani oleh sebuah prosesor I/O khusus Programmed I/O

·         CPU terlibat langsung dalam mengendalikan I/O:

§  Membaca status

§  Menerima/mengirim perintah

§  Transfer data

§  Selama menunggu operasi I/O selesai CPU tidak melakukan apa-apa , Waktu CPU terbuang percuma

§  CPU harus selalu memeriksa status modul I/O

§  Performansi system menurun

Jenis pengalamatan I/O:

(a) Memory mapped I/O

·         Ruang alamat digunakan oleh memori dan I/O bersama-sama

·         Jumlah alamat untuk memori berkurang

·         CPU memperlakukan I/O seperti memori biasa

·         Tidak ada perintah khusus bagi I/O (perintah yang digunakan mirip dengan perintah untuk memori)

(b) Isolated I/O

·         Memori dan I/O menggunakan ruang alamat yang sama secara bergantian

·         Jumlah alamat untuk I/O sama banyak dengan alamat untuk memori

·         Diperlukan select line untuk membedakan antara memori dengan I/O

·         Diperlukan perintah khusus untuk 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

1.                      Asynchronous mode

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

gambar 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 dalama system yang sama.
Sistem Prosesor I/O

Sistem Processor I/O

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 Model Single Shared bus

2.    Switching matriks bus
Setiap IOP mengendalikan satu piranti I/O

 Gambar 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 Model common bus pada multiprosesor

REFERENSI :

1.     http://www.scribd.com/doc/57594452/2/Sistem-komputer

2.    http://materiperkuliahan.com/?p=133

3.    http://agungyuliantonugroho.com/?cat=11

 

SISTEM MEMORY

Klasifikasi memory

A. MEMORY UTAMA

Memori Semi Konduktor Random Access

Tipe Memori	Kategori	Penghapu san	Mekanisme penulisan	Volatilitas
RAM	Read-write Read-only	Electrically byte level	Electrically	Volatile
ROM	Read only memory	Tidak mungkin	Mask	Non Volatile
PROM
EPROM	Read mostly memory	Sinar Ultra Violet
Flash Memory		Electrically block level
EEPROM		Electrically byte level

Menurut mekanisme yang digunakan untuk menyimpan dan memanggil data, memori utama dapat diklasifikasikan atas Random Access Memory dan Content Addressable Memory.

1. RAM (Random Access Memori)

è RAM diakses melalui alamat, semua lokasi yang dapat dialamati dapat diakses secara acak (random) dan membutuhkan waktu akses yang sama tanpa tergantung pada lokasi fisiknya didalam memori. -> Terdapat dua jenis RAM, statik dan dinamik :

*      RAM dinamik tersusun oleh sel-sel yang. menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor.

*      RAM statik menyimpan nilai-nilai biner dengan menggunakan konfigurasi gerbang logika flip-flop

2. CAM (content Address Memory)

è pada CAM, memori diakses berdasarkan isi bukan alamat. pencarian data dilakukan secara simultan dan paralel dengan basis isi memori. -> CAM disebut juga memori asosiatif.

3. Memory cache

è Latar belakang

Memori utama yang digunakan sistem komputer pada awalnya dirasakan masih lambat kerjanya dibandingkan dengan kerja CPU, sehingga perlu dibuat sebuah memori yang dapat membantu kerja memori utama tersebut. sebagai perbandingan waktu akses memori cache lebih cepat 5-10 kali dibandingkan memori utama.

-> Prinsip kerja Cache

*      Cache berisi salinan sebagian isi memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memory, maka dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah word tersebut berada di cache.

*      Jika word memori terdapat di cache, maka akan dikirimkan ke CPU yang dikenal sebagai proses HIT.

*      Sedangkan bila tidak ada, maka blok memori utarna yang terdiri dan sejumlah word tetap akan diletakkan/dikopikan di cache yang dikenal sebagai proses MISS dan selanjutnya dikirimkan ke CPU.

-> Elemen-elemen rancangan cache

·         Ukuran cache : Ukuran cache disesuaikan kebutuhannya dalam membantu kerja memori utama. Semakin besar ukuran cache, maka semakin besar jumlah gerbang (gate) yang terdapat pada pengalamatan cache, akibatnya adalah cache yang berukuran besar cenderung untuk lebih lambat dibanding dengan cache berukuran kecil. Berdasarkan penelitian ukuran cache antara 1K sampai 512K word akan lebih optimum dalam membantu kerja memori utama. •    Fungsi pemetaan (mapping) : Saluran cache lebih sedikit jumlahnya dibandingkan saluran blok memori utama sehingga perlu algoritma untuk pemetaan blok-blok memori ke dalam saluran cache dan perlu juga alat untuk menentukan blok memori utama yang sedang memakai saluran cache. Pemilihan fungsi pemetaan seperti pemetaan langsung, asosiatif dan asosiatif set akan menentukan bentuk organisasi cache.

·         Pemetaan langsung : Teknik yang paling sederhana, yaitu memetakkan masing-masing blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja. Fungsi pemetaan mudah diimplementasikan dengan menggunakan alamat. Cache diakses dengan menggunakan alamat memori utama dianggap terdiri tiga field yaitu tag, line, dan word. Kekurangannya yang utama adalah terdapat lokasi cache yang tetap bagi sembarang blok-blok yang diketahui. Dengan demikian, apabila suatu program berulang-ulang melakukan word referensi dan dua blok yang berbeda memetakan ke saluran yang sama, maka blok-blok itu secara terus menerus akan di-swap ke daam cache, akibatnya hit ratio.-nya akan rendah.

·         Pemetaan asosiatif : Mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara mengizinkan setiap blok memori utama untuk dimuatkan ke sembarang saluran cache. Dalam hal mi, cache control logic menginterpretasikan alamat memori hanya sebagai sebuah field tag dan field word. Field tag secara unik mengidentifikasi suatu blok memori utama. Untuk Menentukan apakah suatu blok berada di dalam cache, maka cache control logic harus secara simultan memeriksa setiap tag saluran yang sesuai. Dengan pemetaan asosiatif, terdapat fleksibilitas penggantian blok ketika sebuah blok di baca ke dalam cache. Kekurangan pemetaan ini adalah kompleksitas rangkaian yang diperlukan untuk menguji tag seluruh saluran cache secara paralel. Algoritma penggantian : Digunakan untuk menentukan blok mana yang harus dikeluarkan dari cache untuk menyiapkan tempat bagi blok baru. Ada 2 metode yaitu:

•        Write-through : Cache dan memori utama diupdate secara bersamaan waktunya. Keunggulannya salinan data di memori utama dan cache tetap, sedangkan kelemahannya pada proses “write” mernerlukan jumlah waktu sama dengan proses MISS.

•        Write-back : Melakukan update data di memori utama hanya pada saat word memori telah dimodifikasi dari cache. Keunggulannya proses update word cache tidak terbatas, sedangkan kelemahannya salinan data di memori utama tidak tetap /konsisten selama data termodifikasi benar-benar ada di memori utama. 

·         Ukuran blok : Blok-blok yang berukuran lebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Setiap pengambilan blok menindih isi cache yang lama, maka sejumlah kecil blok akan menyebabkan data menjadi tertindih setelah blok itu diambil. Dengan meningkatnya ukuran blok, maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta, sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya untuk diperlukan dalam waktu dekat.

Implementasi Memori Utama

1.     Memori Stack : Memori Stack merupakan struktur data tidak tetap yang kembali dan digunakan untuk menyimpan parameter yang dilalui alamat dalam subroutine call dan return, memanipulasi alamat serta operasi aritmatika.

2.  Memori Modular : Dalam sistem modular RAM dipisah menjadi modul-modul yang berbeda, yaitu MAR dan MBR. Penggunaan memori modular biasanya pada sistem dengan 

prosesor pipeline dan prosesor array.

3. Memori Virtual

prinsip dasar memori virtual adalah kemampuan untuk mengalamati ruang penyimpanan logikal yang secara fisik lebih besar daripada ruang penyimpanan riil.

B. Memori pembantu (auxiliary memory)

•              Bersifat non-volatile, yaitu jika tidak ada listrik, maka isi memori tidak hilang.

•              Tidak mempengaruhi langsung fungsi CPU.

Yang termasuk memori ini adalah:

•     Pita Magnetik :

•        Merupakan suatu lajur plastik tipis, lebar ½ inci, yang dilapisi dengan medium perekaman magnetik.

•        Biasa terbagi menjadi 7/9 track panjang pita.

•        Kerapatan rekaman (bpi) yaitu 800, 1600, dan 6250 bpi.

•        Terdapat satu bit paritas untuk pendeteksian kesalahan.

•        Merupakan sistem SAM (Sequential Access Memory) yaitu data ditulis   sesuai urutan pemunculannya.

Disk Magnetik :

•        Merupakan sebuah lembaran (platter)

•        Terdiri atas : sebuah kendali disk (interface), dan satu atau lebih disk (platter).

•        Proses penulisan ke disk yaitu disk drive akan menimbulkan kemagnetan pada titik di atas permukaan disk yang secara langsung di bawah head.

•        Proses pembacaan dan disk, head diatur agar dapat mendeteksi perubahan arah kemagnetan.

•        Terbagi secara logikal dikenal sebagai organisasi disk yaitu:

Track : Sejumlah Iingkaran yang konsentris Sektor : Pembagian perrnukaan disk secara belahan yang mempunyai ukuran yang sama. Silinder : Dibentuk oleh track-track yang berhubungan pada setiap permukaan .

Floppy disk

•          Merupakan lembaran datar yang tipis dan fleksibel.

•          Hampir sama dengan harddisk, tetapi kap~sitas penyimpanan Iebih rendah.

Referensi : 

http://www.scribd.com/doc/34681527/8-Memori

http://www.docstoc.com/docs/28877582/Perangkat-Komputer

http://ocw.gunadarma.ac.id/course/computer-science-and-information/computer-system-s1/arsitektur-komputer/sistem-input-output