Arsitektur dan Organisasi Komputer (Modul I/O)

Modul I/O

Modul I/O Adalah interface atau central switch untuk mengendalikan satu atau lebih peripheral atau perangkat input output. Konektor mekanis berisi fungsi logik untuk komunikasi antara bus dan peripheral. Tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus computer.

    

Modul I/O adalah komponen dalam system computer:

1)    Bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar

2)   Bertanggung jawab atas pertukaran data antar perangkat luar tersebut dengaan memori utama ataupun dengan register-register CPU

3)    Antarmuka internal dengan computer (CPU dengab memori utama)

4)    Antarmuka internal dengan perangkat external untuk menjalankan fungsi-fungsi pengontrolan

Fungsi utama modul I/O:

 

1)    Sebagaai piranti antarmuka ke CPU dan memori ke bus system

2)   Sebagaai piranti antarmuka dengan peraalatan periperaal lainnyaa dengaan menggunakan link data tertentu

Fungsi modul I/O:

o    Control dan timing

     - mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer.

     - mengatur sistem secara keseluruhan.

o    Komunikasi CPU

     - sebagai media komunikasi dari CPU menuju device eksternal

o    Komunikasi perangkat

     -sebagai media komunikasi dari device eksternal menuju CPU

o    Data Buffering

     -berfungsi sebagai penampung data sementara baik dari CPU/memori maupun dari peripheral

o    Deteksi error

     -berfungsi sebagai pendeteksi kesalahan yang ditimbulkan oleh device

Struktur modul I/O:

 

o   Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem komputer terdapat tiga saluran  

-Saluran data :

Saluran yang memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul system.

-Saluran alamat :

Bus control digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat, penggunaan data dan saluran alamat.

-Saluran kontrol :

Digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data, misalnya CPU akan membaca sebuah word (8,16,32 bit ) data memori, maka CPU akan menaruh alamat word yang dimaksud pada saluran alamat.

o   Bagian terpenting adalah blok logika I/O yang berhubungan dengan semua peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.

Teknik Input Output :

Pada dasarnya, tugas utama komputer adalah processing dan I/O (Input dan Output). Bahkan, sebagian besar waktunya digunakan untuk mengolah I/O sedangkan processing hanya bersifat insidental .
Oleh karena itu, bagaimana cara mengontrol perangkat-perangkat tersebut mendapat perhatian besar dalam organisasi komputer. Bayangkan, perangkat I/O yang sangat banyak jumlahnya dan setiap perangkat memiliki fungsi dan kecepatan sendiri-sendiri, tentunya memerlukan metode yang berbeda pula.  

Metode transfer data perangkat input/output terdapat dua macam yaitu, metode software dan disebut DMA Controller
metode hardware.
Pada metode software, tugas-tugas mengenai operasi input/output dibuat ke dalam suatu program yang dijalankan oleh CPU. Sehingga CPU tidak terbebani secara total dalam operasi I/O.
Pada metode hardware, program memberikan tanggungjawab pelaksanaan operasi I/O ke unit hardware lain yang

1) 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 I/O terprogram, terdapat dua macam implementasi perintah I/O yang terdapat dalam instruksi I/O, yaitu , Memory-mapped I/O, Isolated I/O.

2) I/O Interupsi

 

Masalah yang dijumpai pada I/O terprogram adalah bahwa CPU harus menunggu modul I/O yang diinginkan agar siap baik untuk menerima maupun mengirim data dalam waktu yang relatif lama. Pada saat menunggu, CPU harus berulang-ulang menanyakan status modul I/O. Akibatnya tingkat kerja keseluruhan sistem mengalami penurunan sistem. Alternatifnya adalah CPU mengeluarkan perintah I/O ke modul dan kemudian mengerjakan pekerjaan yang lain. Kemudian modul I/O akan menginterupsi CPU untuk meminta layanan ketika modul telah siap untuk saling bertukar data dengan CPU.

3) DMA (Direct Memory Access) 

Direct memory access (DMA) merupakan suatu alat pengendali khusus disediakan untuk memungkinkan transfes blok data langsung antar perangkat eksternal dan memori utama, tanpa intervensi terus menerus dari prosesor. Transfer DMA dilakukan oleh sirkuit kontrol yang merupakan bagian dari antar muka perangkat I/O. Istilah ini yang sering banyak kita ketahui adalah sebagai kontroler DMA. Kontroler DMA melakukan fungsi yang biasanya dilakukan oleh prosesor pada saat mengakses memori utama.

Sekalipun kontroler DMA dapat mentransfer data tanpa intervensi dari prosesor, operasinya tetap berada dibawah kontrol program yang dieksekusi oleh prosesor. Pada saat transfer DMA terjadi, program yang meminta transfer tersebut berhenti bekerja dan prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi program lain. Setelah transfer DMA selesai, prosesor dapat kembali ke program yang meminta transfer tersebut. Sebagai responnya, OS menetapkan program yang ditunda ke keadaan runnable sehingga dapat dipilih oleh scheduler untuk melanjutkan eksekusi.

Cara Kerja DMA :

1.      I/O Device terhubung dengan DMA controller memberikan instruksi yang harus di proses

2.      DMA controller mengirimkan pemberitahuan ke processor akan ada proses yang dihandle oleh DMA controller

3.      Processor menginformasikan ke memory bahwa DMA akan mengakses memory untuk pemrosesan suatu instruksi

4.      DMA Controller terhubung dengan memory dan akses alamat, data yang diperlukan

5.      DMA controller mengirimkan hasil proses kembali ke I/O device

6.      Jika proses selesai, DMA controller kembali melaporkan ke processor bahwa proses telah beres dilakukan.

Fungsi DMA :

            Fungsi dari DMA itu sendiri adalah agar CPU dapat melakukan pekerjaan atau instruksi yang berbeda ketika melakukan operasi baca tulis dari perangkat peripheral. Tanpa adanya DMA, CPU akan terus sibuk melakukan operasi baca tulis (transfer data) dan tidak dapat melakukan atau menyelesaikan instruksi yang lain. 

         Dengan adanya DMA, CPU cukup mempersiapkan DMA chip dengan cara memberikan beberapa informasi seperti jumlah data bit yang ditransfer, alamat dari device dan memory yang diperlukan dan arah dari aliran data tersebut, setelah itu DMA chip sendiri yang akan menyelesaikannya. DMA chip akan melakukan interupt, ketika pekerjaannya sudah selesai. Selama DMA chip melakukan tugasnya hingga munculnya interupt, CPU dapat menyelesaikan instruksi yang lainnya.

Kesimpulan :

Komputer tersusun atas beberapa komponen penting, seperti CPU, memory, perangkat I/O. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen dalam menjalankan tugasnya. Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut interkoneksi. Direct memory access (DMA) adalah suatu alat pengendali khusus disediakan untuk memungkinkan transfes blok data langsung antar perangkat eksternal dan memori utama, tanpa intervensi terus menerus dari prosesor.

Tanpa adanya DMA, maka proses input/output akan selalu membuat CPU fokus penuh untuk mengerjakan proses transfer data dan menyebabkan proses menjadi lambat. Dengan adanya DMA, CPU cukup memulai prosesnya dan bisa melakukan kerja lain selama proses transfer itu berlangsung dan tinggal menunggu informasi dari DMA controller jika proses transfer sudah selesai sehingga alur pemrosesan menjadi jauh lebih efisien.