Tugas Arsitektur Komputer

Sistem Input dan Output

Sistem Input Dan Output Komputer atau sering juga disingkat dengan I/O adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus melalui suatu aliran data dari proses ke peranti (begitu pula sebaliknya). Fungsi I/O pada dasarnya adalah mengimplementasikan algoritma I/O pada level aplikasi. Hal ini dikarenakan kode aplikasi sangat fleksibel, dan bugs aplikasi tidak mudah menyebabkan sebuah sistem crash.

a) Pengertian Input
Input adalah semua data dan perintah yang dimasukkan ke dalam memori komputer untuk selanjutnya diproses lebih lanjut oleh prosesor. Sebuah perangkat input adalah komponen piranti keras yang memungkinkan user atau pengguna memasukkan data ke dalam komputer, atau bisa juga disebut sebagai unit luar yang digunakan untuk memasukkan data dari luar ke dalam mikroprosesor.

b) Pengertian Output
Output adalah data yang telah diproses menjadi bentuk yang dapat digunakan. Artinya komputer memproses data-data yang diinputkan menjadi sebuah informasi. Yang disebut sebagai perangkat output adalah semua komponen piranti keras yang menyampaikan informasi kepada orang-orang yang menggunakannya.

Contoh- contoh Input Output

Input Device

1.    Keyboard : Keyboard berfungsi memasukkan data berupa huruf, angka, karakter/simbol, serta sebagai media bagi user untuk melakukan perintah-perintah lainnya yang diperlukan seperti menyimpan file. Perlu teman - teman ketahui kalau keyboard juga memiliki beberapa jenis, bisa disearch digoogle dengan kata kunci "jenis -jenis keyboard".

2.    Mouse : Fungsinya adalah untuk perpindahan pointer atau kursor secara cepat. Selain itu, dapat sebagai perintah praktis dan cepat dibanding keyboard (double click). Mouse terdiri dari tiga tombol yaitu tombol sebelah kiri (click), tombol tengah/tombol gulung (scrool), dan tombol kanan (right click).

3.     Touch pad : Unit ini digunkan sebagai pengganti mouse. Jadi fungsinya juga untuk memindahkan kursor secara cepat.

4.    Microfone : Input device ini berfungsi untuk memasukkan data berupa suara yang akan disimpan di dalam memori komputer. 

5.    Scanner : Adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mengcopy / menyalin gambar atau teks yang kemudian disimpan ke dalam memory komputer dengan bentuk gambar. 

6.    Kamera : berfungsi sebagai alat input untuk menangkap obyek yang sebenarnya kedalam bentuk gambar.

Output Device

1. Monitor : alat keluaran yang memberikan dan menampilkan informasi atau data atau instruksi yang dihasilkan atau sedang dilakukan oleh komputer.

2. Printer : alat keluaran yang dapat mencetak teks atau gambar hasil pengolahan komputer ke media kertas atau media lainnya seperti kertas transparansi.

3. Plotter : merupakan alat keluaran yang mempunyai fungsi sama dengan printer. Perbedaannya adalah plotter digunakan untuk mencetak gambar yang berukuran cukup besar, seperti gambar mesin dan konstruksi bangunan.

 4. Speaker/Headset : Speaker adalah alat keluaran yang menghasilkan output dalam bentuk   suara.

5. Proyektor : alat keluaran yang fungsinya sama seperti monitor, biasa digunakan untuk presentasi karna gambar yang dikeluarkan dipancarkan melalui cahaya yang langsung bisa dipancarkan ke dinding sehingga bisa diatur skalanya.

input device

output device

Perangkat Eksternal

Salah satu fitur dasar komputer adalah kemampuannya untuk mempertukarkan data dengan perangkat lain. Kemampuan komunikasi ini memungkinkan operator manusia, misalnya, untuk menggunakan keyboard dan layer display untuk mengolah teks dan grafik. Mesin komputer akan memiliki nilai apabila bisa berinteraksi dengan dunia luar. Lebih dari itu, komputer tidak akan berfungsi apabila tidak dapat berinteraksi dengan dunia luar. Ambil contoh saja, bagaimana kita bisa menginstruksikan CPU untuk melakukan suatu operasi apabila tidak ada keyboard. Bagaimana kita melihat hasil kerja sistem komputer bila tidak ada monitor. Keyboard dan monitor tergolong dalam perangkat eksternal komputer. Perangkat eksternal atau lebih umum disebut peripheral tersambung dalam sistem CPU melalui perangat pengendalinya, yaitu modul I/O.

Perangkat eksternal diklasifikasikan menjadi 3 kategori:

• Human Readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan manusia sebagai pengguna komputer.

Contohnya: 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. Misalnya: NIC dan modem.

MODUL I/O

Merupakan Interface bagi CPU dan Memory atau Interface untuk 1/lebih perangkat peripheral.

Modul I/O memiliki dua buah fungsi utama, yaitu :

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

2. Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link  data tertentu.

FUNGSI MODUL I/O

  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.

Contoh kontrol pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah-langkah penanganan I/O sbb :

1.      Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.

2.      Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.

3.      Apabila  perangkat  eksternal  telah  siap  untuk  transfer  data,  maka  CPU  akan mengirimkan perintah ke modul I/O.

4.      Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.

5.      Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O 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 arbitrasi bus atau lebih.

       Komunikasi CPU

Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses - proses berikut :

• 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.

Komunikasi Perangkat (device communication)

·         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.

·         Deteksi Error

Apabila pada 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, dan lain - lain. Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bit paritas.

Blok Diagram Struktur Modul I/O  

 

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 peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.

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 maupun tulis, dan monitoring perangkat. Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi 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.
Untuk melaksanakan perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamat bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus dan sebuah perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu:
1. Perintah control.
Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas yang
diperintahkan padanya.
2. Perintah test.
Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan
peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap
digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi
kesalahannya.
3. Perintah read.
Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam buffer
internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data
maupun kecepatan transfernya.
4. Perintah write.
Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data dari
bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut.
Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam inplementasi 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 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.
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 saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.

Direct Memory Access (DMA)

Teknik yang dijelaskan sebelumnya yaitu I/O terprogram dan Interrupt-Driven I/O memiliki kelemahan, yaitu proses yang terjadi pada modul I/O masih melibatkan CPU secara langsung. Hal ini berimplikasi pada :

• Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.

• Kerja CPU terganggu karena adanya interupsi secara langsung.

Bertolak dari kelemahan di atas, apalagi untuk menangani transfer data bervolume besar dikembangkan teknik yang lebih baik, dikenal dengan Direct Memory Access (DMA).Prinsip kerja DMA adalah CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA, CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan Akhir proses saja. Dengan demikian CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu dengan interupsi.

Transfer Data

1.    Format Transfer

a. Paralel : semua bit pada karakter dikirim secara  bersamaan  dalam batas waktu tranmisi tertentu

b. Serial  :  data dikirm secara berurutan dalam satu baris  komnikasi tunggal, sehingga antara pengirim dan  penerima harus membagi batas waktu pengiriman karakter menjadi beberapa sub interval pengiriman.

Transfer paralel lebih cepat karena memiliki saluran tranmisi yang banyak, tapi tidak bias diterapkan pada jarak yang terlalu panjang, karena dapat terjadi interfensi anatar saluran.

2. Mode Transfer

a. Synchronous :

Kecepatan piranti I/0 yang bervariasi sedang data yang dikirim secar serial dan bergantian dalam periode yang sudah diterapkan, maka kecepatan transfer di set pada piranti I/O dengan kecepatan rendah.

b. Asynchronous

Proses back and forth dalam meneruskan sinyal kendali dari pengirim ke penerima.

Saluran I/O

Pada kebanyakan sistem komputer, CPU tidak dibebani menangani tugas yang berhubungan dengan I/O. Tetapi tanggung jawab untuk kontrol peralatan diserahkan pada prosesor I/O, yang dikenal sebagai saluran I/O (I/O channel).
Saluran I/O itu sendiri merupakan prosesor yang sudah diprogram. Program-program yang di-execute ini disebut channel program. Channel program ini menentukan operasi, yang diperlukan untuk akses peralatan dan mengontrol jalur data (data pathway).

Macam-Macam Saluran

1.  Selector Channel;

Dapat mengatur aliran data antara memori utama dengan sebuah peralatan pada saat tersebut. Karena saluran merupakan processor-processor yang cepat maka saluran selektor biasanya hanya menggunakan peralatan I/O dengan kecepatan tinggi, seperti disk. Penggunaan peralatan dengan kecepatan rendah, misal card reader.
2.  Multiplexor Channel;
Dapat mengatur aliran data antara memori utama dengan beberapa peralatan. Saluran Multiplexor lebih efektif bila menggunakan peralatan dengan kecepatan rendah, dibandingkan dengan selector channel. Dengan saluran multiplexor, beberapa peralatan dapat diaktifkan secara serentak, tetapi saluran harus melengkapi saluran program untuk satu peralatan sebelum memulai dengan saluran program lain.
3. Block Multiplexor Channel;
Mengatur aliran data ke berbagai peralatan. Block Multiplexor Channel dapat mengeksekusi satu instruksi dari saluran program untuk satu peralatan, kemudian dapat mengalihkan instruksi-instruksi dari saluran program itu ke peralatan yang lain.
Macam-macam Device
1.  Dedicated Device;
Digunakan untuk pengaksesan oleh satu orang pada setiap saat.
Contoh : Terminal.
2.  Shared Device;
Digunakan untuk pengaksesan oleh banyak pemakai secara bersamaan.
Contoh : Disk.
Aktifitas I/O untuk shared device adalah sangat kompleks dibanding aktifitas I/O pada dedicated device. Dua fungsi yang sangat penting dari shared device adalah alokasi tempat dan pemberian akses yang tepat.

Aktifitas Saluran

Tujuan dari saluran I/O adalah sebagai perantara antara CPU-main memory dengan unit pengontrol penyimpan. CPU berkomunikasi dengan saluran melalui beberapa perintah yang sederhana.
Beberapa saluran akan memberi perintah :
-  Test I/O, untuk menentukan apakah jalur (pathway) yang menuju peralatan sedang sibuk.
-  Start I/O, pada peralatan tertentu.
- Halt I/O, pada peralatan tertentu.
Saluran biasanya berkomunikasi dengan CPU melalui cara interupsi. Interupsi akan terjadi, jika keadaan error terdeteksi, misalnya instruksi CPU yang salah atau jika aktifitas I/O telah diakhiri.
Jika interupsi terjadi, kontrol akan bercabang melalui rutin pengendali interupsi (interrupt-handler routine), dimana kontrol akan menentukan penyebab dari interupsi, melakukan kegiatan yang tepat, kemudian mengembalikan kontrol pada pemanggil (caller).

Sistem Prosessor I/O

·    General Purpose komputer yang berisi sejumlah saluran DMA, CPU tersendiri dan menjalankannya secara paralel

Fungsi : Sebagai piranti front end yang menangani setiap aspek I/O dan menyediakan pengendali I/O khusus yang disebut I/O Channel

Instruksi  IOP :

1. Instruksi Transfer Data

    Input (pembacaan), Output (penulisan) dan membaca informasi status

2. Instruksi General Purpose

    Instruksi aritmatika, logika, percabangan (konversi, prioritas operasi, evaluasi alamat, jump instruksi)

3. Instruksi Kendali

   Instruksi untuk menangani fungsi piranti I/O khusus yang tidak terlibat dalam transfer data contoh : memindahkan head R/W untuk menentukan lokasi track dan record pada disk.

Format Instruksi IOP :

1. Field Opcode : representasi jenis operasi

2. Field Alamat Memori : alamat awal blok memori yang digunakan untuk transfer

3. Field Word Count : jumlah word yang harus ditransfer

4. Field Kendali : untuk fungsi-fungsi piranti I/O khusus

5. Filed Status : untuk tujuan komunikasi dan pencatatan.

Ini adalah beberapa video yang menjelaskan tentang sistem input dan output

 

            KESIMPULAN

Sistem input dan output adalah salah satu sistem operasi pada komputer. Dimana input dan output berfungsi untuk memberikkan data dan mengeluarkan data. Tanpa adanya proses input dan output tidak adanya keluaran yang di hasilkan sehingga sistem input dan output memiliki peran yang sama pentingnya dengan sistem operasi. Keyboard, monitor, speaker, mouse adalah device input dan output. I/O memiliki device atau perangkat yang berperan. Perangkat I/O hanya menjadi perantara tetapi yang memproses input dan output adalah CPU. Tetapi, CPU tidak terlalu di bebani dalam sistem I/O karena, proses itu dilakukan oleh saluran I/O. Sistem I/O juga memiliki perintah atau instruksi untuk menjalankan program sama halnya dengan sistem operasi. Jadi yang mengatur kinerja pada sistem I/O di kerjakan pada Modul I/o. kemudian pengontrolan I/O di lakukan oleh saluran I/O.

Daftar Pustaka 

http://www.slideshare.net/krudukbisa/sistem-input-output-28636562

http://file.upi.edu/Direktori/FPTK/JUR._PEND._TEKNIK_ELEKTRO/195708051985031-YOYO_SOMANTRI/Mt_klh_Mikroprosesor/Sistem_Inputoutput.pdf

http://ubay16.wordpress.com/2013/12/27/sistem-inputoutput-io/

http://pis10-05sekilastentangkomputer.blogspot.com/p/io-device.html 

http://destathea.wordpress.com/2013/11/27/sistem-input-dan-output/

http://ashillablog.files.wordpress.com/2013/01/6.jpg

http://m.eet.com/media/1075385/0311bcfig1.gif