materi kuliah

1. PERTEMUAN 6
SISTEM INPUT/OUTPUT
Sabtu, 23 Juli 2022 1
Unit Input - Output

2. Komponen Input/Output
• Merupakan suatu rangkaian masukan atau
keluaran dengan berbagai macam bentuk dan
karakter yang berbeda - beda serta bekerja
dengan level tegangan yang bervariasi.
• 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
Sabtu, 23 Juli 2022 2
Unit Input - Output

3. Komunikasi CPU dengan sebuah
peripheral
• Proses transfer informasi antara CPU dengan
sebuah peripheral :
Memilih I/O dan mengujinya.
Menginisialisasi transfer dan mengkoor-
dinasikan pengaturan waktu operasi I/O.
Mentransfer informasi.
Menghentikan proses transfer.
Sabtu, 23 Juli 2022 3
Unit Input - Output

4. Klasifikasi piranti I/O
• Terdiri 3 kelompok :
Kelompok yang memasukkan informasi
(input), contoh : keyboard, ADC, scanner
Kelompok yang menampilkan informasi
(output), contoh : VDU (monitor), printer
Kelompok yang melayani input dan output,
contoh : Floppy disk
Sabtu, 23 Juli 2022 4
Unit Input - Output

5. 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.
Sabtu, 23 Juli 2022 5
Unit Input - Output

6. Pengaksesan I/O
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 : I/O mapped I/O Iebih cepat dan efisien, karena lokasi I/O
terpisah dengan lokasi memori.
• Kekurangan : I/O mapped I/O mempunyai keterbatasan jumlah instruksi
yang dapat digunakan untuk operasi I/O
Sabtu, 23 Juli 2022 6
Unit Input - Output

7. 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 dari mana harus dibaca.
 Counter data, tempat penyimpanan sejumlah karakter dan akan
berkurang nilainya jika karakter ditransfer.
Membutuhan waktu proses yang lama dan tidak efesien dalarn
pemanfaatan CPU.
Sabtu, 23 Juli 2022 7
Unit Input - Output

8. Operasi I/O
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:
 lnterupsi maskable : Interupsi yang dapat didisable (dimatikan)
untuk sementara dengan sebuah instruksi disable interupsi
khusus.
 Interupsi nonmaskable : Interupsi yang tidak dapat didisable
dengan instruksi perangkat lunak.
Sabtu, 23 Juli 2022 8
Unit Input - Output

9. Operasi I/O (I/O interupsi)
• Dalam sistem komputer terdapat lebih dari satu piranti yang memerlukan
pelayanan interupsi.
• Metode untuk pelayanannya :
 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
Sabtu, 23 Juli 2022 9
Unit Input - Output

10. Operasi I/O
3. Direct Memory Access (DMA)
• Metode transfer data secara langsung antara memori dengan
piranti tanpa pengawasan dan pengendalian CPU.
• Terdiri dari dua skema :
 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.
Sabtu, 23 Juli 2022 10
Unit Input - Output

11. Interfacing
• Adalah peralatan yang digunakan untuk menghubungkan
suatu piranti dengan CPU melalui bus.
Sabtu, 23 Juli 2022 11
Unit Input - Output

12. Interfacing
• 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 :
o Unit logika handshaking memasok unit kendali dengan empat sinyal.
o 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.
o 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 IDR dan ODR.
Sabtu, 23 Juli 2022 12
Unit Input - Output

13. TRANSFER DATA
• Format transfer data :
Paralel : semua bit pada karakter (word dengan panjang
tertentu) dikirim secara bersamaan dalam batas waktu
yang diberikan.
Umumnya digunakan untuk peripheral berkecepatan
tinggi seperti pita dan disk.
Serial : Data dikirim secara berurutan dalam satu
saluran.
Serial umum digunakan untuk printer dan terminal
• Transfer data secara paralel lebih cepat daripada secara
serial karena saluran transmisinya banyak, kelemahannya
kalau terlalu panjang akan terjadi interferensi antar saluran.
Sabtu, 23 Juli 2022 13
Unit Input - Output

14. Transfer Data
• Beberapa alat memerlukan hubungan serial seperti teletip, peraga
video, hubungan data melalui telepon, pita, dan piringan. Data
dilewatkan bit per bit melalui sebuah saluran. Ada standar interface
untuk transmisi data serial.
• Sistem mikroprosesor adalah sistem paralel, maka perlu mengubah
sebuah byte data delapan bit menjadi bentuk serial sebelum
keluaran dan dari bentuk serial menjadi masukan. Ada beberapa
input/output serial yang sudah berbentuk integrated circuit (IC),
yaitu:
 Universal Synchronous Asynchrounous Reciever
Transmtter(USART) (8251),
 Asynchronous Communication Interface Adapter (ACIA) 6850,
 Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART).
Sabtu, 23 Juli 2022 14
Unit Input - Output

15. Transfer Data
• UART merupakan pengubah serial ke paralel dan
paralel ke serial. UART mempunyai dua fungsi
mengambil data paralel dan mengubahnya menjadi
suatu arus bit serial dengan star, paritas, dan karakter
penghenti dan mengambil suatu arus bit serial dan
mengubahnya menjadi data paralel.
• ACIA adalah adaptor perantara dengan hubungan tak
serempak yang dilengkapi dengan masukan keluaran
paralel dan serial serta rangkaian fungsi pengendali
standar EIA RS 232 C. Data serial yang masuk dan
keluar adalah sinyal-sinyal compatible dengan TTL dan
harus disangga untuk menggerakan alat-alat serial.
ACIA dilengkapi dengan modem.
Sabtu, 23 Juli 2022 15
Unit Input - Output

16. Alur Kerja UART
Sabtu, 23 Juli 2022 16
Unit Input - Output

17. TRANSFER DATA
• 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
Sabtu, 23 Juli 2022 17
Unit Input - Output

18. TRANSFER DATA
2. Asynchronous mode
• Menggunakan teknik jabat tangan (hand shaking) untuk menyakinkan transfer data
antara pengirim dan penerima tidak ada kesalahan (data valid).
Gambar 3. Sinyal Pengaturan waktu mode asinkron
• Kelemahan : memerlukan lebih banyak kendali dan kecepatan transfer lebih
rendah dari yang sebenarnya.
• Kelebihan : memungkinkan penggunaan piranti I/O yang memiliki berbagai varasi
kecepatan dalama system yang sama.
Sabtu, 23 Juli 2022 18
Unit Input - Output

19. 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.
Sabtu, 23 Juli 2022 19
Unit Input - Output

20. SISTEM PROSESOR I/O
• 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.
Sabtu, 23 Juli 2022 20
Unit Input - Output

21. 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 IOP yaitu :
1.Single Shared bus : setiap
IOP mengendalikan
sejumlah piranti I/O
tertentu yang tetap.
Gambar 4. Model Single Shared bus
Sabtu, 23 Juli 2022 21
Unit Input - Output

22. IOP
2. Switching matriks bus : setiap IOP
mengendalikan satu piranti I/O
Gambar 5. Model Switching matriks bus
Sabtu, 23 Juli 2022 22
Unit Input - Output

23. 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 6. Model common bus pada multiprosesor
Sabtu, 23 Juli 2022 23
Unit Input - Output

24. Konfigurasi Multiprosesor
• 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.
o Setiap komputer dihubungkan suatu pengendali sistem ke bus
umum.
o Komunikasi interkomputer ini dilakukan pada sistem bus melalui
memori umum.
Gambar 7. Model system bus pada multiprosesor
Sabtu, 23 Juli 2022 24
Unit Input - Output

25. Perangkat Eksternal Komputer
• Disebut juga peripheral.
• Ada perangkat pengendalinya (Modul I/O).
• Memiliki nilai apabila bisa berinteraksi dengan
dunia luar.
• Tidak akan berfungsi apabila tidak dapat
berinteraksi dengan dunia luar,
 Tidak ada keyboard.
 Tidak ada monitor.
 Keyboard dan monitor tergolong dalam
perangkat eksternal komputer
Sabtu, 23 Juli 2022 25
Unit Input - Output

26. Klasifikasi Perangkat Eksternal
• Human Readable, yaitu perangkat yang berhubungan
dengan manusia sebagai pengguna komputer.
Contoh: 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.
Contoh: NIC dan modem
Sabtu, 23 Juli 2022 26
Unit Input - Output

27. Klasifikasi Perangkat Eksternal
• Perangkat output
Contoh perangkat output : monitor, proyektor
dan printer.
• Perangkat input
Contoh perangkat input : keyboard, mouse,
joystick, scanner, mark reader, bar code
reader.
• Kombinasi output-input.
Sabtu, 23 Juli 2022 27
Unit Input - Output

28. Soal latihan
1. Jelaskan yang dimaksud komponen input/output?
2. Berikan contoh komponen input/output yang paling sederhana dan
jelaskan cara kerjanya ?
3. Mengapa, bila masukan akan dihubungkan dengan sistem
mikroprosesor atau computer harus ada rangkaian pengendali dan
rangkaian Interface?
4. Jelaskan perbedaan antara masukan/keluran seri dan paralel ?
5. Jelaskan fungsi komponen dari USART ?
6. Bagaimana cara membuat program inisialisasi pada PPI 8255?
7. Jelaskan keunggulan dan kelemahan masing-masing dari sistem
komponen input/output paralel dan serial ?
8. Jelaskan yanmg dimaksud ACIA ?
9. Jelaskan yang dimaksud MODEM ?
10.Jelaskan klasifikasi perangkat eksternal?
Sabtu, 23 Juli 2022 28
Unit Input - Output