I/O Pada Komputer dan secara khusus pada mikroprosessor

1. Mikroprosesso
r
I/O Mikroprosessor

2. Pendahuluan
 Unit Input Output atau yang lebih dikenal dengan I/O merupakan bagian dari
sistem mikroprosesor yang bekerja menjembatani mikroprosesor dengan
peralatan I/O seperti keyboard, printer, monitor, mouse, dan sebagainya. I/O
umumnya bersifat dapat diprogram (programmable).
 Modul I/O: merupakan interface bagi bus sistem dan mengontrol satu atau
lebih perangkat periferal.
 Alasan tidak dihubungkannya periferal langsung dengan bus sistem:
 Terdapat beberapa ragam piranti periferal yang memiliki bermacam-macam
metode operasi
 Laju transfer periferal jauh lebih lambat dibandingkan dengan laju transfer
memori atau CPU
 Periferal seringkali menggunakan format data atau panjang word yang berlainan
dibandingkan dengan komputer yang disambungkan

3. Input/Output: Gerbang Ke Dunia
Luar

4. Block diagram I/O
Mikroprosessor

5.  Fungsi modul I/0:
 Sebagai interface ke CPU melalui bus sistem
 Sebagai interface ke sebuah perangkat periferal
atau lebih dengan menggunakan link data
tertentu
 Perangkat eksternal mempunyai sifat:
 Human Readable: display dan printer
 Machine Readable: disk system, sensor, dll
 Communication: LAN card

6. Fungsi I/O Modul
 CONTROL & TIMING
 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.

7. Contoh kontrol pemindahan data dari peripheral ke CPU
melalui sebuah modul Input/Output dapat meliputi
langkah-langkah penanganan Input/Output sbb :
 Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke
modul Input/Output.
 Modul Input/Output memberi jawaban atas permintaan CPU.
 Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data,
maka CPU akan mengirimkan perintah ke modul
Input/Output.
 Modul Input/Output akan menerima paket data dengan
panjang tertentu dari peripheral.
 Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan
sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul
Input/Output sehingga paket-paket data dapat diterima CPU
dengan baik.
Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem
bus, maka interaksi CPU dan modul I/O akan melibatkan
kontrol dan pewaktuan sebuah bus atau lebih.

8.  KOMUNIKASI CPU
 Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan
modul Input/Output meliputi proses-proses
berikut :
 Command Decoding, yaitu modul Input/Output menerima
perintah-perintah dari CPU yang dikirimkan sebagai sinyal
bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul Input/Output untuk
disk dapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID,
Format disk.
 Data, pertukaran data antara CPU dan modul Input/Output
melalui bus data.
 Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul
Input/Output maupun perangkat peripheral, umumnya
berupa status kondisi Busy (sibuk) atau Ready (siap). 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 Input/Output harus
mengetahui alamat peripheral yang dikontrolnya.

9.  KOMUNIKASI PERANGKAT
 Komunikasi Perangkat (device
communication) meliputi perintah, informasi
status dan data.
 DATA BUFFERING
 Tujuan utama buffering adalah mendapatkan
penyesuaian data sehubungan perbedaan laju
transfer data dari perangkat peripheral
dengan kecepatan pengolahan pada CPU.
 Umumnya laju transfer data dari perangkat
peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU
maupun media penyimpan.

10.  DETEKSI ERROR
 Apabila pada perangkat peripheral terdapat masalah
sehingga proses tidak dapat dijalankan, maka modul
Input/Output akan melaporkan kesalahan tersebut.
 Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti:
kertas tergulung, tinta habis, kertas habis, dan lain - lain.
Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah
penggunaan bit paritas.
 Antarmuka modul Input/Output ke CPU melalui bus
sistem komputer terdapat tiga saluran, yaitu saluran
data, saluran alamat dan saluran kontrol.
 Bagian terpenting adalah blok logika Input/Output yang
berhubungan dengan semua peralatan antarmuka
peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching
pada blok ini.

11. METODE OPERASI
SISTEM INPUT/OUTPUT
 Terdapat tiga buah teknik dalam
operasi Input/Output, yaitu :
 Input/Output terprogram (Polling)
 Interrupt - driven Input/Output
(Interupsi)
 DMA (Direct Memory Access).

12. Polling
 Busy-waiting/ polling adalah
ketika host mengalami looping
yaitu membaca status register
secara terus-menerus sampai
status busy di-clear.
 Pada dasarnya polling dapat
dikatakan efisien. Akan tetapi
polling menjadi tidak efisien
ketika setelah berulang-ulang
melakukan looping, hanya
menemukan sedikit device
yang siap untuk men-service,
karena CPU processing yang
tersisa belum selesai.

13. Interupsi
Mekanisme Dasar Interupsi :
 Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah controller telah mengirimkan
sebuah sinyal ke interrupt request line (membangkitkan sebuah
interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut
menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi
mengenai state(status) terkini CPU--contohnya nilai instruksi pointer,
dan memanggil interrupt handler agar handler tersebut dapat
melayani controller atau alat yang mengirim interupsi tersebut.
Fitur Tambahan pada Komputer Modern :
 Pada arsitektur komputer modern, tiga fitur disediakan oleh CPU dan
interrupt controller (pada perangkat keras) untuk dapat menangani
interrupsi dengan lebih bagus. Fitur-fitur ini antara lain adalah
 kemampuan menghambat sebuah proses interrupt handling selama
prosesi berada dalam critical state,
 efisiensi penanganan interupsi sehingga tidak perlu dilakukan polling untuk
mencari device yang mengirimkan interupsi,
 dan fitur yang ketiga adalah adanya sebuah konsep multilevel interupsi
sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi
(diimplementasikan dengan interrupt priority level system).

14. Interrupt Request Line
 Pada peranti keras CPU terdapat kabel yang disebut interrupt
request line, kebanyakan CPU memiliki dua macam interrupt
request line, yaitu nonmaskable interrupt dan maskable interrupt.
Maskable interrupt dapat dimatikan/ dihentikan oleh CPU sebelum
pengeksekusian deretan critical instruction (critical instruction
sequence) yang tidak boleh diinterupsi. Biasanya, interrupt jenis ini
digunakan oleh device controller untuk meminta pelayanan CPU.
Interrupt Vector dan Interrupt Chaining
 Sebuah mekanisme interupsi akan menerima alamat interrupt
handling routine yang spesifik dari sebuah set, pada kebanyakan
arsitektur komputer yang ada sekarang ini, alamat ini biasanya
berupa sekumpulan bilangan yang menyatakan offset pada sebuah
tabel (biasa disebut interrupt vector). Tabel ini menyimpan alamat-
alamat interrupt handler spesifik di dalam memori. Keuntungan dari
pemakaian vektor adalah untuk mengurangi kebutuhan akan
sebuah interrupt handler yang harus mencari semua kemungkinan
sumber interupsi untuk menemukan pengirim interupsi.

15. Penyebab Interupsi
 Interupsi dapat disebabkan berbagai hal, antara lain
exception, page fault, interupsi yang dikirimkan oleh
device controllers.
 system call Exception adalah suatu kondisi dimana terjadi
sesuatu/ dari sebuah operasi didapat hasil tertentu yang
dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih,
contoh nya pembagian dengan 0 (nol), pengaksesan alamat
memori yang restricted atau bahkan tidak valid, dan lain-lain.
 System call adalah sebuah fungsi pada aplikasi
(perangkat lunak) yang dapat mengeksekusikan
instruksi khusus berupa software interrupt atau trap.

16. DMA (Direct Memory Access)
DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose processor)
yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh
program I/O (PIO).
Transfer DMA
 Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah
DMA command block yang berisi pointer(penunjuk) yang menunjuk
ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan/ destinasi
transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian
menuliskan alamat command block ini ke DMA controller, sehingga
DMA controller dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara
langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut
untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU. Tiga langkah dalam
transfer DMA:
 Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyediakan data-data dari device,
operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan
data, dan banyaknya byte yang di transfer.
 DMA controller memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis
dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.
 DMA controller meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan
tindakan berikutnya.

17. Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang
berbeda dalam mentransfer data.
 Metode yang pertama adalah metode yang sangat baku dan simple
disebut HALT (berhenti), atau Burst Mode DMA, karena DMA
controller memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua
blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer
masih dalam progres, sistem mikroprosessor di-set idle (kosong),
tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register.
Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer.
 Metode yang kedua, mengikut-sertakan DMA controller untuk
memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih
pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi
internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA
ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks
untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena DMA
controller harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada
saat sistem bus terbuka.