Penjelasan Lengkap Mengenai Sistem Input Output I/O

I/O System merupakan bagian untuk menangani input-an dan output-an dari DCS. Inputan dan outputan tersebut bisa analog atau digital. Inputan/outputan digital seperti sinyal-sinyal ON/OFF atau Start/Stop. Kebanyakan dari pengukuran proses dan outputan terkontrol merupakan jenis analog.

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.

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.

TEKNIK INPUT OUTPUT

Perangkat I/O membantu kita berinteraksi dengan komputer agar dapat memberi dan menerima data, program dan hasil, ke / dari komputer. Setiap perangkat I/O memiliki I/O driver yang merupakan sekumpulan program I/O untuk berbagai operasi pada perangkat I/O yang spesifik. I/O driver dari semua perangkat I/O dikenal dengan BIOS.

METODE TRANSFER DATA PERANGKAT I/O

Metode transfer data perangkat input/output terdapat dua macam yaitu, metode software dan 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 disebut DMA Controller.

Pada gambar di atas, ditunjukkan ada 2 (dua) langkah dalam metode software : Langkah 1a : Baca byte data dari perangkat input ke CPU Langkah 1b : Pindahkan byte data dari CPU ke lokasi memori PROGRAMMED I/O MODE Adalah metode transfer data I/O yang dilakukan oleh software secara stretch (dari awal byte pertama sampai dengan akhir byte terakhir). Pada Programmed I/O Mode, program I/O melakukan 4 (empat) aktifitas untuk setiap byte data yang ditransfer, yaitu :

1. Pembacaan status perangkat periferal
2. Menganalisa apakah perangkat siap untuk transfer data atau tidak
3. Jika perangkat siap, ke langkah 4 untuk mentransfer data. Jika perangkat tidak siap, maka ke langkah 1 untuk looping (mengulangi) sampai perangkat siap untuk mentransfer data.
4. Melakukan transter data dalam 2 (dua) langkah.

 Untuk operasi INPUT, 2 (dua) langkah berikut dilakukan :

1. Pembacaan data dari perangkat input ke CPU
2. Penyimpanan data dalam suatu lokasi di memori

Untuk operasi OUTPUT, 2 (dua) langkah berikut dilakukan :

1. Pembacaan data dari memori ke CPU
2. Menyampaikan data ke perangkat Output

Kekurangan Programmed I/O Mode, yaitu pada kecepatan transfer data yang bergantung pada jumlah atau berapa kali looping dari langkah 1 ke langkah 3 diulangi, yang pada akhirnya juga tergantung pada kecepatan perangkat periferal tersebut. Jika perangkat lambat, maka program I/O akan memerlukan waktu yang lama untuk melakukan looping pada tiga langkah tersebut. Sehingga banyak waktu CPU yang terbuang untuk menunggu.

INTERRUPT MODE

Pada Programmed I/O Mode, status perangkat dipantau oleh program I/O. Namun pada Interrupt Mode, program I/O tidak menunggu sampai perangkat siap. Terdapat hardware pengontrol perangkat yang secara terus-menerus memantau status perangkat I/O. Ketika periferal I/O siap, hardware pengontrol perangkat langsung memberikan informasi ke CPU (interupsi) bahwa periferal I/O siap transfer data. Pada Interrupt Mode, CPU melakukan transfer data tapi tidak terlibat dalam pengecekan apakah perangkat siap atai tidak. Dengan kata lain, langkah 1 sampai dengan langkah 3 pada programmed I/O mode diserahkan ke hardware pengontrol perangkat. Pada metode ini diperlukan sirkuit hardware tambahan untuk hardware pengontrol perangkat.

 DMA MODE

DMA Mode memungkinkan periferal I/O melakukan transfer langsung ke/dari memori. Pada DMA Mode, operasi yang berhubungan dengan transfer byte data dilakukan oleh pengontrol DMA yang merupakan unit hardware tersendiri. Pengontrol DMA dapat mengakses memori untuk operasi pembacaan atau penulisan tanpa bantuan CPU. Pengontrol perangkat akan meminta pengontrol DMA bahwa satu byte data akan ditransfer antara memori dan pengontrol perangkat, sebagai pengganti interupsi ke CPU. Parameter-parameter DMA berikut disediakan oleh software ke pengontrol DMA:

1. Alamat awal Memori
2. Jumlah byte
3. Arah : input atau output

MODUL INPUT OUTPUT

Bagaimana modul I/O dapat menjalankan tugasnya, yaitu menjembatani CPU dan memori dengan dunia luar merupakan hal yang terpenting untuk kita ketahui. Inti mempelajari sistem I/O suatu komputer adalah mengetahui fungsi dan struktur modul I/O. Perhatikan gambar dibawah yang menyajikan model generik modul I/O.

Model generik dari suatu modul I/O

Fungsi Modul I/O

Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register-register CPU.Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi-fungsi pengontrolan. Fungsi dalam menjalankan tugas bagi modul I/O dapat dibagi menjadi beberapa katagori, yaitu:

1. Kontrol dan pewaktuan.
2. Komunikasi CPU.
3. Komunikasi perangkat eksternal.
4. Pem-buffer-an data.
5. Deteksi kesalahan.

 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 control pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah-langkah berikut ini :

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 akanmengirimkan 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 dankecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket-paket data dapat diterima CPUdengan baik.

 Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus, maka interaksi CPU danmodul I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih.Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses-proses berikut :

1. Command Decoding, yaitu modul I/O menerima perintah-perintah dari CPU yangdikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk diskdapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID, Format disk.
2. Data, pertukaran data antara CPU dan modul I/O melalui bus data.
3. Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/O maupun perangkatperipheral, umumnya berupa status kondisi Busyatau Ready. Juga status bermacam-macam kondisi kesalahan (error).
4. Address Recognition, bahwa peralatan atau komponen penyusun komputer dapatdihubungi atau dipanggil maka harus memiliki alamat yang unik, begitu pula padaperangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheralyang dikontrolnya.

Pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputikomunikasi data, kontrol maupun status.Perhatikan gambar dibawah berikut.

Skema suatu perangkat peripheral

Fungsi selanjutnya adalah buffering. Tujuan utama buffering adalah mendapatkanpenyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari perangkat peripheral dengankecepatan pengolahan pada CPU. Umumnya laju transfer data dari perangkat peripheral lebihlambat dari kecepatan CPU maupun media penyimpan. Fungsi terakhir adalah deteksi kesalahan. Apabila pada perangkat peripheral terdapatmasalah sehingga proses tidak dapat dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan kesalahantersebut. Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti: kertas tergulung, tinta habis, kertas habis, dan lain-lain. Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bitparitas.

Struktur Modul I/O

Terdapat berbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer itu sendiri,contoh yang sederhana dan fleksibel adalah Intel 8255A yang sering disebut PPI(Programmable Peripheral Interface).Bagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O,terdapat kemiripan struktur, seperti terlihat pada gambar

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.