TEKNIK,FUNGSI DAN STRUKTUR I/O

1. Sistem, Fungsi Dan Struktur Masukan dan Keluaran

Sistem Masukan dan Keluaran Komputer

I/O dapat menjalankan tugasnya, yaitu menjembatani CPU dan memori dengan dunia luar merupakan hal terpenting untuk kita ketahui. Inti mempelajari sistem I/O komputer adalah mengetahui fungsi dan struktur kerja modul I/O. 

Fungsi Input/Output

    I/O adalah sebuah komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab juga terhadap pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun register-register dalam CPU. Dalam mewujudkan fungsi tersebut, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi-fungsi pengontrolan.

Dua fungsi utama Modul I/O ialah :

• Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.
• Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link      data tertentu

Fungsi dalam menjalankan tugas, modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa kategori, yaitu:

• Kontrol dan pewaktuan
• Komunikasi CPU
• Komunikasi dengan perangkat eksternal
• Pem-buffer-an data
• Deteksi kesalahan

      Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timming) 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 data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti register-register, memori utama, memori sekunder, perangkat periperhal.  Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan.  Contoh kontrol pemindahan data dari periperhal ke CPU melalui sebuah modul I/O meliputi langkah-langkah sebagai berikut:

1. Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.
2. Modul I/O memberikan jawaban atas permintaan CPU tersebut.
3. Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akan mengirimkan perintah ke modul I/O
4. Modul I/O akan menenrima paket data dengan panjang tertentu dari periperhal.
5. Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan seinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket-paket data dapat diterima CPU dengan baik. 

Struktur Input/Output

      Terdapat berbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer itu sendiri, contoh yang sederhana dan fleksibel adalah intel  8255A yang sering disebut PPI (Programmable Periperhal Interface). Bagaimanapun komplesitas suatu modul I/O terdapat kemiripan struktur,.

 Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem komputer terdapat tiga saluran, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol. Bagian terpenting adalah blok logika I/O yang berhubungan dengan semua peralatan antarmuka periperhal, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.

2. Teknik Input/Output

   Terdapat dua buah teknik operasi I/O, yaitu : I/O terprogram, dan interrupt-driven I/O. Keduanya memiliki keunggulan dan kelemahan, yang penggunanya disesuaikan sesuai unjuk kerja masing - masing teknik.

• I/O Terprogram

Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung seperti pemindahan data, pengiriman perintah baca atau tulis dan monitoring perangkat. 

I/O terprogram mempunyai kelemahan sebagai berikut :

1. CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, CPU lebih cepat proses operasinya.
2. Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yang diinteruksikan padanya.
3. Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan

Untuk melaksanakan perintah-perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamat bagi modul I/O dan perangkat periperhalnya sehingga terspesifikasi secara khusus dan sebuah perintah I/O yang akan dilakukan.

Terdapat empat klasifikasi perintah input/output, yaitu:

1. Perintah Control yaitu perintah yang digunakan untuk mengaktivasi perangkat periperhal

2. Perintah Test, yaitu perintah yang digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O

3. Perintah Read, yaitu perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data

4. Perintah Write, Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data.

       Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam implementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi I/O, yaitu memory mapped I/O dan isolated I/O.

Dalam memory mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O. CPU memperlakukan register status dan register data pada modul I/O sebagai lokasi memori dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat I/O. Konsekuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal untuk penulisan. Keuntungan memory mapped ini adalah efisien dalam pemrograman namun memakan banyak ruang memory alamat.

      Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan pembacaan dan penulisan memori ditambah dengan saluran perintah output. Kesuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.

• Interrupt - Driven I/O

     Teknik interupt driven I/O memungkinkan proses memungkinkan proses tidak membuang-buang waktu.

Prosesnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan oleh modul I/O, maka CPU melakukan eksekusi perintah-perintah lainnya. Apabila modul I/O telas selesai menjalankan instruksi yang diberikan padanya, maka modul I/O tersebut kemudian akan memberikan interupsi  pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

Dalam teknik ini kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. Terdapat selangkah kemajuan dari teknik sebelumnya, yaitu  CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus sehingga tidak ada waktu tunggu bagi  CPU.

Cara kerja teknik interupsi di sisi modul I/O adalah modul I/O menerima perintah, misalnya read. Kemudian modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari periperhal dan meletakkan paket data ke register data modul I/O, selanjutnya modul mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU melalui saluran kontrol. Kemudian mosul menunggu datanya diminta CPU. Saat permintaan terjadi, modul meletakkan data pada bus data dan modul siap menerima perintah selanjutnya.Pengolahan interupsi saat perangkat I/O telah menyelesaikan sebuah operasi I/O adalah sebagai berikut:

1. Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.

2. CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankan kemudian merespon interupsi.

3. CPU mempersiapkan pengontrolan transfer routine interupsi. Hal yang dilakukan adalah  menyimpan.

5. Kemudian CPU akan menyimpan PC (Program Counter) eksekusi sebelum interupsi ke stack pengontrol perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.

6. Selanjutnya CPU memproses interupsi sampai selesai.

7. Apabila pengolahan interupsi selesai, CPU akan memanggil kembali informasi yang telah disimpan pada stack pengontrol untuk meneruskan operasi sebelum interupsi.

      Terdapat bermacam teknik yang digunakan CPU untuk menangani interupsi ini diantaranya adalah Multiple interupt lines, Software poll, Daisy Chain, Arbitrasi bus. Teknik yang paling sederhana adalah menggunakan saluran interupsi berjumlah banyak (Multiple Interupt Lines) antara CPU dengan modul-modul I/O. Namun tidak praktis untuk menggunakan sejumlah saluran interupsi modul - modul I/O. 

       Alternatif lainnya menggunakan software poll. Prosesnya apabila CPU mengetahui adanya interupsi, maka CPU akan menuju ke routine layanan interupsi yang tugasnya melakkukan poll seluruh modul I/O untuk menentukan modul yang akan melakukan interupsi. Kerugian software poll adalah memerlukan waktu yang lama karena harus mengidentifikasi seluruh modul untuk mengetahui modul i/o yang melakukan interupsi.

      Teknik yang lebih efisien adalah daisy chain,  yang menggunakan hardware poll.  Seluruh modul yang tersambung dalam saluran interupsi CPU secara melingkar (chain). Apabila ada permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal acknoledgement yang berjalan pada saluran interupsi sampai menjumpai modul I/O yang mengirimkan interupsi.

       Teknik berikutnya adalah arbitrasi bus. Dalam metode ini, pertama-tama modul I/O memperoleh kontrol bus sebelum modul sebelum modul ini menggunakan saluran permintaan interupsi. Dengan demikian hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan interupsi.

3. Perangkat Pemroses

• CPU (CENTRAL PROCESSING UNIT)

CPU merupakan tempat pemroses instruksi-instruksi program, yang pada komputer mikro disebut dengan micro-processor (pemroses mikro). Pemroses ini berupa chip yang terdiri dari ribuan hingga jutaan IC.

CPU terdiri dari dua bagian utama yaitu unit kendali (control unit) dan unit aritmatika dan logika (ALU). Disamping itu, CPU mempunyai beberapa alat penyimpan yang berukuran kecil yang disebut dengan register.

CU (Control Unit) / Unit Kendali

Unit ini bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer. Unit kendali akan mengatur kapan alat input menerima data dan kapan data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Tugas dari unit kendali ini adalah :

• Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan 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.

ALU (Arithmatic and Logic Unit)

Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) 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 (<> ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan (<= ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (>=).

Register.

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di dalam memori utama. Ada tiga macam memori yang dipergunakan di dalam sistem komputer, yaitu

1. Register, digunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang diproses.
2. Main memory, dipergunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang akan  di

   proses.
3. Secondary storage, dipergunakan untuk menyimpan program dan data secara

             permanent.

Ada banyak register yang terdapat pada CPU dan masing-masing sesuai dengan fungsinya. Di bawah ini akan diberikan penjelasan secara garis besar dari masing-masing register :

Instruction Register (IR), digunakan untuk menyimpan instruksi yang sedang diproses.

Program Counter (PC), adalah register yang digunakan untuk menyimpan alamat lokasi dari memori utama yang berisi instruksi yang sedang diproses.

General purpose register, yaitu register yang mempunyai kegunaan umum yang berhubungan dengan data yang sedang diproses.

Memory data register (MDR), digunakan untuk menampung data atau instruksi hasil pengiriman dari memori utama ke CPU atau menampung data yang akan direkam ke memori utama dari hasil pengolahan oleh CPU.

Memory address register (MAR), digunakan untuk menampung alamat data atau instruksi pada memori utama yang akan diambil atau yang akan diletakkan.

Memori

CPU hanya dapat menyimpan data dan instruksi di register yang berukuran kecil sehingga tidak dapat menyimpan semua informasi yang dibutuhkan untuk keseluruhan proses program. Untuk mengatasi hal ini, maka CPU harus dilengkapi dengan alat penyimpan yang berkapasitas lebih besar yaitu memori utama.

Random Access Memory (RAM)

Semua data dan program yang dimasukkan melalui alat input akan disimpan terlebih dahulu di memori utama, khususnya RAM, yang dapat diakses secara acak (dapat diisi/ditulis, diambil, atau dihapus isinya) oleh pemrogram. Struktur RAM terbagi menjadi empat bagian utama, yaitu :

Input storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan melaluialat input.

Program storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi-instruksi program yang akan diakses.

Working storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil pengolahan.

Output storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.

Read Only Memory (ROM)

ROM hanya dapat dibaca sehingga pemrogram tidak bisa mengisi sesuatu ke dalam ROM. ROM sudah diisi oleh pabrik pembuatnya berupa sistem operasi yang terdiri dari program-program pokok yang diperlukan oleh sistem komputer, seperti misalnya program untuk mengatur penampilan karakter di layar, pengisian tombol kunci papan ketik untuk keperluan kontrol tertentu, dan bootstrap program. Program bootstrap diperlukan pada saat pertama kali sistem computer diaktifkan. Proses mengaktifkan komputer pertama kali ini disebut dengan booting, yang dapat berupa cold booting atau warm booting.

Cold booting merupakan proses mengaktifkan sistem komputer pertama kali untuk mengambil program bootstrap dari keadaan listrik komputer mati (off) menjadi hidup (on). Sedangkan warm booting merupakan proses pengulangan pengambilan program bootstrap pada saat komputer masih hidup dengan cara menekan tiga tombol tombol pada papan ketik sekaligus, yaitu Ctrl, Alt, dan Del. Proses ini biasanya dilakukan bila sistem komputer macet, daripada harus mematikan aliran listrik komputer dan menghidupkannya kembali.

Instruksi-instruksi yang tersimpan di ROM disebut dengan microinstruction atau firmware karena hardware dan software dijadikan satu oleh pabrik pembuatnya. Isi dari ROM ini tidak boleh hilang atau rusak karena bila terjadi demikian, maka sistem komputer tidak akan bisa berfungsi. Oleh karena itu, untuk mencegahnya maka pabrik pembuatnya merancang ROM sedemikian rupa sehingga hanya bisa dibaca, tidak dapat diubah-ubah isinya oleh orang lain. Selain itu, ROM bersifat non volatile supaya isinya tidak hilang bila listrik komputer dimatikan.

ROM yang dapat diprogram kembali adalah PROM (Programmable Read Only Memory), yang hanya dapat diprogram satu kali dan selanjutnya tidak dapat diubah kembali. Jenis lain adalah EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) yang dapat dihapus dengan sinar ultraviolet serta dapat diprogram kembali berulang-ulang. Disamping itu, ada juga EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) yang dapat dihapus secara elektronik dan dapat diprogram kembali.

• PROCESS DEVICE (UNIT PEMROSES)

Unit pemprosesan yang berada dalam komputer adalah Central Processing Unit (CPU). CPU merupakan otak atau pengatur suatu sistem yang mengolah sehingga menghasilkan informasi.

Tiga unsur penting dalam CPU, yaitu primary storage, arithmatic logic uinit dan control unit.

1. Primary storage adalah ukuran besarnya processor atau biasa disebut  dengan main memory.

2. Arithmatic logic unit adalah suatu alat yang bertugas melakukan perhitungan dalam komputer

3. Control unit adalah merupakan suatu alat pengontrolan yang berada dalam komputer yang memberitahukan unit masukan mengenai jenis data, waktu pemasukan, dan tempat penyimpanan didalam primary storage. Control unit juga bertugas memberitahukan kepada arthmatic logic unit mengenai operasi yang harus dilakukan, tempat data diperoleh, dan letak hasil ditempatkan

Perangkat-perangkat alat proses berserta perlengkapan, yaitu sebagai berikut :

a. Casing

Casing adalah kotak pembungkus perangkat keras (hardware) didalam CPU agar terhindar dari kotoran dan sentuhan tangan.

b. Power supplay

Lower supplay menyediakan arus listrik untuk berbagai peralatan CPU power supplay mengkonversi listrik dan menyediakan aliran listrik tetap untuk digunakan komputer. Kualitas power supplay menentukan kwalitas kinerja komputer. Daya sebesar 300-400 wat yang disalurkan power supplay biasanya cukup bagi komputer yang digunakan untuk pengetikan ataupun grafik. Sementara, daya 400-500 watt dibutuhkan jika komputer bekerja menggunakan banyak menggunakan Periferal ( unit tambahan).

c. Motherboard

Motherboard adalah ppan rangkaian utama komputer untuk memasang processor, memory dan perangkat lainnya.

d. Processor

Processor adalah sebuah chip yang merupakan pengolah utama dan pusat pengendalian berbagai perangkat komputer.

e. Memory

Memory adalah alat yang berfungsi mengolah data dan intruksi serta menyimpan informasi. Semakin besar kapasitas memory yang digunakan, semakin banyak data maupun perintah yang dapat disimpan berikut ini beberapa tipe

memory berdasarkan urutan dari yang tercepat aksesnya hingga yang paling lambat.

1. Register

2.  Cache memory

3. Disk cache

4. Magnetic disk

5. Optikal disk

selain berdasarkan kecepatan aksesnya, urutan tipe memory tersebut disusun berdasarkan harga, kapasitas, dan frekuensi pengakseskan.

1. Tipe register harga paling mahal dan tipe optical disk harganya paling murah.

2. Tipe register kapasitasnya paling besar dan tipe optical disk kapasitasnya paling kecil.

3. Tipe register frekuensi pengaksesannya paling tinggi dan tipe optical disk frekuensi pengaksesannya paling rendah.

Kapasitas memory dinyatakan dalam satuan byte atau bit.

1 byte = 1 huruf

1 Kilo Byte (KB) = 1 x 1024 byte

1 Mega Byte = 1024 KB

Terdapat dua jenis memory, yaitu sebagai berikut.

1. Read Only Memory (ROM)

ROM adalah suatu tempat penyimpanan intruksi yang dirancang oleh pembuat komputer. Data dan intruksi dalam ROM hanyu dapat dibaca dantidak dapat diubah. Kemampuan penyimpanannya tida tergantung pada arus listrik ROM memiliki batrai sendiri.

2.Random Access Memory (RAM)

RAM adalah tempat penyimpanan data atau program untuk sementara selama dibutuhkan. Data dalam RAM akan hilang dengan sendirinya apabila arus listrik dimatikan.

Terdapat beberapa jenis RAM  yang beredar dipasaran hingga saat ini yaitu :

1. FPM DRAM (Fast Page Mode Random Access Memory), RAM  yang paling pertama kali ditancapkan pada slot memori 30 pin mainboard komputer, dimana RAM ini dapat kita temui pada komputer type 286 dan 386. Memori jenis ini sudah tidak lagi diproduksi.

2. EDO RAM ( Extended Data Out Random Access Memory), RAM jenis ini memiliki kemampuan yang lebih cepat dalam membaca dan mentransfer data dibandingkan dengan RAM biasa. Slot memori untuk EDO – RAM adalah 72 pin. Bentuk EDO-RAM lebih panjang daripada RAM yaitu bentuk Single Inline Memory Modul (SIMM). Memiliki kecepatan lebih dari 66 Mhz

3. BEDO RAM (Burst EDO RAM), RAM yang merupakan pengembangan dari EDO RAM yang memiliki kecepatan lebih dari 66 MHz.

4. SD RAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), RAM jenis ini memiliki kemampuan setingkat di atas EDO-RAM. Slot memori untuk SD RAM adalah 168 pin. Bentuk SD RAM adalah Dual Inline Memory Modul (DIMM). Memiliki kecepatan di atas 100 MHz.

5. RD RAM (Rambus Dynamic Random Access Memory). RAM jenis ini memiliki kecepatan sangat tinggi, pertama kali digunakan untuk komputer dengan prosesor Pentium 4. Slot Memori untuk RD RAM adalah 184 pin. Bentuk RD RAM adalah Rate Inline Memory Modul (RIMM). Memiliki kecepatan hingga 800 MHz.

6. DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic RAM). RAM jenis ini memiliki kecepatan sangat tinggi dengan menggandakan kecepatan SD RAM, dan merupakan RAM yang banyak beredar saat ini. RAM jenis ini mengkonsumsi sedikit power listrik. Slot Memori untuk DDR SDRAM adalah 184 pin, bentuknya adalah RIMM.

f. VGA Card

VGA Card adalah kartu elektronik yang berfungsi menghubungkan motherboard dan monitor.

g. I/O Card

Input / Output Card ( I/O Card ) adalah sebuah kartu elektronik yang berfungsi menghubungkan antara motherboard dengan unit masukan dan unit keluaran. I/O Card juga berfungsi menghubungkan motherboard dan hard disk serta floppy disk drive.

h. Sound Card

Sound card adalah perangkat multimedia yang berfungsi untuk mengolah suara  pada komputer.