Unit Masukan dan Keluaran (I/O Device)💻

A. Pengertian dan Fungsi Modul I/O

    Komponen utama sistem komputer meliputi CPU, memori (primer dan sekunder),  modul masukan/keluaran (I/O devices), serta sistem interkoneksi. Modul I/O atau modul  masukan/keluaran 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. Piranti atau perangkat eksternal tidak tidak langsung  dihubungkan dengan bus sistem komputer disebabkan karena bervariasinya metode operasi  piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila sistem komputer harus menangani berbagai  macam sisem operasi piranti peripheral tersebut. Kecepatan transfer data piranti peripheral  umumnya lebih lambat dari pada laju transfer data pada CPU maupun memori. Format data  dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan CPU, sehingga perlu modul  untuk menselaraskannya.

Model generik dari suatu modul I/O

    Fungsi modul I/O yaitu sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus  sistem. Fungsi utama lainnya dari modul ini adalah sebagai piranti antarmuka dengan peralatan  peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu. Modul I/O adalah suatu komponen  dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan perangkat luar serta  pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register–  register CPU atau disebut juga antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan  fungsi–fungsi pengontrolan. Adapun fungsi modul I/O lainnya meliputi kontrol dan  pewaktuan, komunikasi CPU, komunikasi perangkat eksternal, pem-buffer-an data serta  deteksi kesalahan

B. Struktur dan Teknik Modul I/O

    Modul I/O mengalamai berbagai macam perkembangan seiring dengan perkembangan  berbagai jenis komputer. Namnun, bagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O struktur dari  sistem ini masih terdapat kemiripan. Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem  komputer terdapat tiga saluran yaitu saluran data, saluran alamat serta saluran kontrol. Bagian  terpenting dari modul ini adalah blok logika I/O yang berhubungan dengan semua peralatan  antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok.

Blok diagram struktur modul I/O

    Metode akses perangkat eksternal terhadap modul Input Output terbagi menjadi tiga  yaitu programmed, interrupt driven serta Direct Memory Access (DMA). Pada programmed  atau I/O Terprogram data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU mengeksekusi  program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung yang melliputi  pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis dan monitoring perangkat.  Kelemahan dari programmd I/O adalah bahwa CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai  dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, CPU lebih cepat proses operasinya.  Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses –  proses yang diinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai  operasi lengkap dilaksanakan. Pada programmed I/O implementasi perintah dalam instruksi  I/O terbagi menjadi dua yaitu memory-mapped I/O dan isolated I/O.

    Memory-mapped I/O terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O.  CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori dan  menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat  I/O. Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal  untuk penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun  memakan banyak ruang memori alamat. Pada impelemtasi Isolated I/O dilakukan pemisahan  ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini  diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah  saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.

    Pada teknik Interrupt – Driven I/O proses pengaksesan dilakukan lebih optimal dengan  tidak membuang – buang waktu. Prosesnya yang terjadi yaitu CPU mengeluarkan perintah I/O  pada modul I/O, bersamaan perintah I/O dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan  eksekusi perintah – perintah lainnya. Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi  yang diberikan padanya akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.  Kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan perintah dari memori  maupun pelaksanaan isi perintah tersebut. CPU melakukan multitasking beberapa perintah  sekaligus dimana tidak ada waktu tunggu bagi CPU yang membuat proses bisa lebih cepat.  Cara kerja teknik interupsi di sisi modul I/O yaitu modul I/O menerima perintah, misal read.  Modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan meletakkan paket data ke  register data modul I/O. Modul mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU melalui saluran kontrol.  Modul menunggu datanya diminta CPU. Saat permintaan terjadi modul meletakkan data pada  bus data dan modul siap menerima perintah selanjutnya.

    Direct memory acces atau akses memori langsung mampu mengatasii kelemahan yang  terdapat pada interrupt driven dan programmed I / O, dimana kedua teknik sebelumnya  memerlukan intervensi CPU aktif dan memiliki transfer rate yang terbatas. Fungsi DMA adalah  sebagai modul tambahan (hardware) pada sistem bus dimana kontroler DMA mengambil alih  tugas dari CPU untuk penanganan I/O. Cara kerja DMA menyesuaikan instruksi dari CPU pada  saat CPU memberitahu DMA controller untuk melakukan tugas seperti membaca atau menulis  data, mengetaui alamat perangkat, memulai alamat blok memori data, serta mencari tahu  jumlah data yang akan ditransfer. Setelah CPU menginstruksikan perintah pada DMA  controller, CPU melakukan pekerjaan lain dan DMA controller menangani pkerjaan yang  berkenaan dengan instruksi yang diberikan CPU. Jika pekerjaan sudah selesai maka DMA  controller akan mengirimkan interupsi atau pesan pada CPU.

Konfigurasi Teknik Direct memory acces

    Konfigurasi DMA terbagi menjadi tiga jenis yang pertama yaitu Single Bus, Detached  DMA controller. Pada konfigurasi ini setiap transfer menggunakan bus dua kali seperti  perjalanan data dari I/O ke DMA lalu DMA ke memori sehingga pada saat sistem bus  digunakan dua kali maka kerja CPU juga ditunda dua kali. Konfigurasi kedua disebut sebagai  Single Bus, Integrated DMA controller. Pada konfigurasi ini controller dapat mendukung lebih  dar satu perangkat sehingga setiap terjadi perpindahan atau transfer data maka sistem  menggunakan bus hanya satu kali seperti perpindahan data dari DMA ke memori. Jika sistem  bus digunakan satu kali maka kinerja CPU juga ditunda satu kali sehingga bisa dikatakan  bahwa konfigurasi jenis ii lebih baik dari yang sebelumnya. Konfigurasi jenis ketiga yaitu  Separate I/O Bus (system I/O bus yang terpisah). Konfigurasi bus yang dibangun mendukung  semua perangkat DMA yang aktif. Dalam kedua kasus ini  sistem bus  digunakan secara bersama oleh modul DMA, prosesor dan memori. Namun pada praktiknya  penggunaan jalur bus ini hanyalah untuk pertukaran data antara DMA dengan memori.