Pendidikan Teknik Informatika dan Komputer (PTIK)
UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR
REVISI 2. MODUL ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER
Oleh :
Ninik Rahayu Ashadi S.Pd., M.Pd NIDN (0928079102)
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmatNya penulisan modul Mata Kuliah ORGANISASI ARSITEKTUR DAN KOMPUTER REVISI ke 2 (PTIK) dapat terselesaikan dengan baik. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan mahasiswa dalam mata kuliah PTIK yang disajikan dalam bentuk teori dan diharapkan dapat membekali mahasiswa dalam memahami Komputer secara garis besar.Penulis berharap Modul PTIK dapat menjadi acuan dan referensi dalam pembelajaran. Dimana pada penyusunan materi PTIK mahasiswa mendapatkan materi dari pertemuan. Penilaian hasil dari presensi dan nilai tugas dan nilai uts dan uas. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa modul ini tentu memiliki banyak kekurangan. Untuk itu penulis dengan lapang dada menerima masukan dan kritik yang konstruktif dari berbagai pihak demi kesempurnaannya di masa yang akan datang. Semoga modul ini dapat bermanfaat bagi para pembaca
.
Makassar , September 2022 Penulis,
1
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...2 KEGIATAN 1.
Sistem Komputer ...3 Soal Latihan ...8 KEGIATAN 2
Evolusi Komputer ...9 Soal Latihan ....13 KEGIATAN 3
BUS sistem ...14 Soal
Latihan....20 KEGIATAN 4
Internal
Memory...21 Soal Latihan ....28 KEGIATAN 4
External memory ....29 Soal Latihan ...37 KEGIATAN 5
Unit modul I /O...38 Soal latihan ...45 KEGIATAN 6
Chache
Memory...46 Soal Latihan ...54 KEGIATAN 7
Sistem Operasi ...55 Soal Latihan ...72
KEGIATAN 1
SISTEM KOMPUTER
Komputer adalah suatu peralatan pemrosesan data yang cukup kompleks, tidak hanya peralatan yang terdiri dari hardware dan software, juga suatu bagian yang terintegrasi yang melibatkan segi arsitektural maupun organisasinya.
Didalam memandang suatu sistem komputer maka ada 2 hal yang harus diperhatikan:
1. Arsitektural
Berkaitan dengan sebuah sistem yang tampak bagi seorang user atau pemrogram
Contoh sebuah sistem arsitektur:
a. Jumlah bit b. Mekanisme I/O
c. Teknik teknik addressing dari memory 2. Organisasi
Berkaitan dengan unit unit operasional dan interkoneksi (hubungan) yang merealisasikan spesifikasi arsitekturalnya.
Contoh dari organisasi:
a. Hardware pendukung
b. Signal signal kontrol dari I/O atau peralatan pendukung lainnya c. Interfacing.
Sifat dan hierarkhi dari sebuah sistem dapat dilihat dengan jelas berdasarkan tingkat tingkat yang ada didalam sistem dimana pada setiap tingkatannya yang harus dimengerti dengan benar adalah struktur dan fungsi dari tingkatan tersebut merupakan operasi dari masing masing komponen sebagai bagian dari sistem keseluruhan.
1. FUNGSI UTAMA KOMPUTER
3
INPUT PEMPROSESAN OUTPUT
STROGE
Gambar 1.1. Fungsi Utama secara umum sebuah Komputer Fungsi dasar yang dapat dilihat pada sebuah sistem komputer adalah 1. Data Processing
a) Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan pemrosesan data menjadi informasi sesuai dengan program yang ada.
b) Bentuk data disini adalah data digital.
2. Data Storage
a) Berkaitan dengan hal hal yang berhungan dengan penyimpanan data / informasi yang ada.
b) Bentuk data disini adalah dapat berupa data digital atau data analog dengan fornat digital.
3. Data Transfer
a) Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan perpindahan data dari dalam sistem komputer keluar atau sebaliknya.
b) Bentuk data disini adalah data analog yang sesuai dengan medianya dan harus terdapat suatu mekanisme perubah dari data analog ke digital atau sebaliknya.
4. Control
a) Berkaitan dengan hal hal yang berhubungan dengan sinkronisasi kerja dari ketiga hal tersebut diatas, baik sinkronisasi secara hardware maupun software.
Gambar 1.2. Fungsi dasar sebuah sistem Komputer
Control
Data Transffer
Data
Storage
Processing Dataa. Perpindahan antara komputer dengan dunia luar yang bersifat sementara.
b. Sistem Komputer hanya bersifat sebagai pelalu data c. Melibatkan peripheral transfer data
Gambar 1.4. Proses Input-Output
1. Pemasukan data dari dunia luar ke sistem komputer atau sebaliknya 2. Proses I/O
3. Terjadi perubahan bentuk data 4. Terjadi buffering
5 . Proses Data Transfer
1
Gambar 1.3. Proses Data Transfer Data
Storag Data
Proces Contro
l
Data Transfe
. Proses Input - Output 2
Data Storage
Control
Data Transfer
Data Process
Pada proses pengolahan data mempunyai urutan kerja sebagai berikut:
1. Proses pengolahan data menjadi informasi sesuai dengan program yang ada.
2. Control akan mengatur sinkronisasi kerja peralatan pengolah data 3. Program akan mengatur urutan kerja dari data menjadi informasi.
Proses penyaluran informasi
Gambar 1.6 Proses Pengolahan Data
1. Merupakan penggabungan dari ketiga bentuk proses diatas.
2. Melibatkan peralatan komunikasi jika informasi hasil proses akan dikirimkan pada jarak yang jauh.
3. Proses interfacing
Proses pengolahan data
Gambar 1.5. Proses Pengolahan data Data
Storag
Contro l
Data Transfe
Data Proces
Data Storage
Control
Data Transfer
Data Process
Terjadi perubahan bentuk data dari digital menjadi analog dan sebaliknya pada saat STRUKTUR adalah merupakan cara dari komponen komponen tersebut dapat saling terkait satu dengan yang lainnya sehingga membentuk suatu fungsi tertentu. Suatu sistem kompoter secara struktur terdiri dari 4 komponen utama :
1. Central Processing Unit 2. Memori utama
3. Input – Output
4. System Interconnrction Komponen utama dari CPU terdiri dari :
1. Control Unit
2. Arithmetic and Logic Unit 3. Register
4. CPU Interconnection
Control Unit sistem komputer yang berfungsi sebagai pengatur kerja utama didalam sistem CPU terdiri dari :
1. Seguencing Logic
2. Control Unit Register dan Decoder 3. Control Memoy
7
Gambar 1.7. Struktruktur Sebuah Komputer secara sederhana
COMPUT ER
1 2 4 3
COMPUT ER
Bagian pada komputer menurut gambar 1.7 adalah sebagai berikut:
1.: CPU
2.: Main Memory
3.: System Interconnection 4.: Input Output
Gambar 1. 8. Struktur Komponen Utama CPU
Gambar 1.9. Struktur Komponen Pada Control Unit
Pada pertemuan selanjutnya akan dibahasa mengenai bagian struktur dari sebuah komputer mulai dari CPU, memori Internal dan eksternal, Bus dan cara
3
COMPUTER
5 6
8 7 C P U
Dimana:
1: Memory 2 : Input Output 3 : System Bus 4 : CPU
5 : Control Unit 6 : ALU
7 : Internal CPU Interconnect 8 : Register
1
: Internal CPU Bus 3
: Control Unit 4
: Sequencing Logic 5
: Control Unit 6
Register - Decoder : Control
Memory 7
3
CPU
5
7
6
Control
Unit
pengorganisasian masing-masing kompunen struktur dari komputer yang sudah ada.
Evaluasi
a) sebutkan dan jelaskan fungsi dasar dari sebuah komputer?
b) Menurut Jhon Von Newman terdapat 3 komponen terpenting dalam sebuah komputer, sebutkan bagian masing-masing dan jelaskan?
9
Kegiatan 2.
Evolusi komputer
A. Generasi Pertama
Komponen utama : Vacum Tube
1) ENIAC
1. Electronic Numerical Integrator And Computer 2. Berat 30 ton dan Volume 15 000 ft2
3. Berisi lebih dari 18.000 tabung vakum 4. Membutuhkan daya listrik 140 kilo watt
5. Mampu melakukan 5000 operasi penambahan perdetik 2) Mesin von Neuman
Menggunakan prinsip Stored Program Concept, Mengacu pada IAS (Institute Advanced Studies)Stuktur IAS terdiri dari:
a) Main Memory
b) Arithmetic and Logic Unit c) Control Unit
d) I/O Peripheral
Mesin von Neuman inilah yang akhirnya menjadi dasar dari komputer saat ini. Pada mesin ini sudah diperkenalkan konsep pemrograman bagi pengaturan keseluruhan sistem. Bahasa yang digunakan adalah bahasa mesin.
Struktur mesin IAS
Gambar 2.1 Diagram Blok Mesin IAS
Main Memor y
Arithmetic And Logic
Program Control
Peripheral
I / O
Gambar 2.2 struktur Mesin IAS
Pada gambar 2.2 tersebut diatas menjelaskan bahwa baik Control Unit maupun ALU berisi register yang didefinikan sebagai berikut :
1. Memory Buffer Register ( MBR ) 2. Memory Adress Register ( MAR ) 3. Instruction Register ( IR )
4. Instruction Buffer Register ( IBR ) 5. Program Counter ( PC )
6. Akumulator dan Temporary Register.
Mesin IAS telah membentuk format dasar dari suatu pelaksanaan instruksi yaitu : a) Fetch
b) Decode
c) Execute ( Operand Fetch dan Execute )
IAS mempunyai 21 instruksi yang dapat dikelompokkan menjadi : a) Data Transfer
b) Unconditional Branch c) Conditional Branch
d) Erithmetic B. Generasi Ke Dua
1) Komponen utama : Transistor 2) Kecepatan proses lebih tinggi
3) Kapasitas penyimpanan data / instruksi yang lebih besar 4) Ukuran lebih kecil
5) Daya operasional dan dimensi fisik yang makin kecil.
6) Menggunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi.
7) Diperkenalkannya Multiplexor yang berfungsi sebagai I/O Processor.
8) Terjadinya pemisahan antara internal instruction dan external instruction.
9) Komunikasi antara CPU dan I/O Controller menggunakan teknik interupsi.
10)Contoh : IBM seri 7000 (seperti IBM 7090, IBM 7094 I, IBM 7094 II )
S
S
Gambar 2.3 Struktur Komputer Generasi Ke-2
1) Memory yang digunakan : semikonduktor
ACC Temp.
A L U DR
IBR
PC
IR AR
Control Circuit
CPU
Control Signal Index Adders Index Register Operator
Console
Main Memory M u l t i p l e x e r
ProcessorI/O I / O
Processor
Magnetic Tape ReaderCard Printer Drum / Disc
Contrl
DRUM Dics
Fixed Point
Exponent Mantissa
Op Code Address
C. Generasi Ke Tiga
Komponen utama : Integrated Circuit dari kelas SSIC dan MSIC
Integrated Circuit yang digunakan adalah :
Small Scale Integrated Circuit ( SSIC )
Medium Scale Integrated Circuit ( MSIC )
2) Teknology mikroelektronika sudah mulai dibentuk gate dan memory Cell (flip flop).
3) Dari gate dan memory Cell maka terbentuklah 4 fungsi dasar dari sistem komputer :
Data Storage memory cell.
Data Processing gate.
Data Transfer memory cell dan gate.
Control gate.
4) I/O Processor menalami perubahan :
Selector Channel untuk I/O yang mempunyai kecepatan tinggi.
Multiplexer Channel untuk I/O yang mempunyai kecepatan sedang (lambat)
5) Diperkenalkannya sistem akses langsung ke memory yaitu DMA ( Direct Memory Access )
6) Contoh : IBM System 360, DEC PDP - 8
D. Generasi Ke Empat
a) Komponen utama : Integrated Circuit
b) Integrated Circuit yang digunakan adalah LSIC ( Large Scale Integrated Circuit )
c) Mulai diperkenalkan teknologi mikroprosesor d) Dikenalnya Operating System
e) Memory semikonduktor telah mencapai kerapatan yang tinggi RAM dan ROM Diperkenalkannya konsep jaringan.
Gambar 2.3 Struktur Komputer Generasi Ke-3
Tape Storage Disk Storage Disk Storage Control UnitTape Disk Control Unit
Console Card Reader Line Printer Control Unit Control Unit Control Unit
IOP )
Selector Channel (
IOP )
(Multiplexer Channel MEMORY
Control Unit MEMORYMain
C P U
E. Generasi Ke Lima
1. Komponen utama : Integrated Circuit
2. Integrated Circuit yang digunakan adalah VLSIC (Very Large Scale Integrated
3. Circuit)
4. Perkembangan perangkat lunak kearah grafis dan animasi.
5. Mulai diperkenalkannya aplikasi desktop
Adanya perkembangan dari teknologi microprocessor, contoh INTEL : a) 8008
b) 8080 / 8086 c) 80286 d) 80386 e) 80486
f) Pentium (80586)
Generasi Tahun Prakiraan Teknologi Operasi per detik
I 1946 - 1957 Vacum Tube 40.000
II 1958 - 1964 Transistor 200.000
III 1965 - 1971 SSIC dan MSIC 1.000.000
IV 1972 - 1977 LSIC 10.000.000
Tabel 2.1 Evolusi Komputer
V 1978 - … VLSIC 100.000
Dari tabel 2.1 tersebut terlihat peningkatan kerapatan komponen pada sistem processor akan meningkatkan besarnya operasi yang dapat dilakukan
persatuan waktu. Hal ini dapat terjadi karena adanya penambahan fungsi fungsi pendukung kerja pada sistem processor tersebut.
F. Perancangan kinerja 1. Aplikasi Desktop:
Aplikasi desktop yang memerlukan daya yang besar pada sistem yang berbasis miocroprocessor saat ini meliputi:
1. Pengolahan Citra 2. Voice Recognition 3. Video Konference 4. Multimedia
2. Teknik Perancangan microprocessor kontemporer diantaranya : a) Branch prediction
b) Dataflow Analysis c) Speculative Executive
Untuk peningkatan kecepatan processor maka beberapa tahapan telah dibuat 3. Keseimbangan Kinerja
Pengaturan organisasi dan arsitektur untuk mengkompensasi perbedaan kemampuan yang terdapat diantara bermacam macam komponen.
Beberapa cara ditempuh untuk mencapai keseimbangan kerja :
1. Melebarkan DRAM dan menggunakan lintasan data bus yang lebih besar 2. Mengubah interface DRAM dengan melibatkan cache atau teknik pem –
buffer – an.
3. Mengurangi frekwensi akses memori dengan menggunakan struktur cache yang lebih kompleks dan effisien antara processor dan memory utama.
4. Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memori dengan menggunakan hierarkhi bus untuk mem – buffer – kan data.
5. Meningkatkan bandwidth interkoneksi antara processor dengan memory utama dengan menggunakan bus – bus berkecepatan tinggi.
B. Komponen komponen sistem komputer
1. Rancangan arsitektural von Neuman didasarkan pada tiga konsep utama :
a) Data dan instruksi disimpan di memori utama
b) Memori ini dapat dialamati dengan lokasi Eksekusi terjadi dengan cara sequential.
2. Komponen komponen pada level atas terdiri dari : a) CPU
b) Memory c) Input / Output
d) Interkoneksi antara komponen CPU, Memori dan Input / Output.
3) Pendekatan Hardware
1) Peralatan untuk tujuan khusus 2) Kecepatan Operasi yang tinggi
3) Pemanfaatan untuk pengembangan dibutuhkan tambahan perlabaru 4) Harga relatif mahal
a) Pendekatan Software
1. Peralatan yang multiguna (General Purpose) 2. Kecepatan proses yang relatif tidak terlalu tinggi
3. Fungsi dari keseluruhan sistem tergantung dari instruksi atau program yang ada.
4. Untuk pengembangan, difokuskan pada penambahan perangkat lunak.
5. Harga relatif lebih murah.
Komponen komponen yang berhubungan dengan aliran data dari sebuah sistem komputer, secara global adalah :
1. CPU (Central Processing Unit ) 2. MAR ( Memory Addres Register ) 3. MBR ( Memory Buffer Register ) \ 4. IOAR ( Input Output Address Register ) 5. IOBR ( Input Output Buffer Register
6. Memory lokasi dari memory yang bersangkutan dan teknik addressing – nya.
7. Input Output
8. Buffer.
Pengolahan instruksi terbagi menjadi 3 fase utama, yaitu : 1. Fetch instruksi
2. Decode instruksi 3. Execute instruksi
Gambar 2.4 Siklus sebuah Instruksi Adapun singkatan dari gambar tersebut diatas :
IAC : Instruction Address Calculation IF : Instruction Fetch
IOD : Instruction Operation Decoding OAC : Operand Address Calculation OF : Operang Fetch
DO : Data Operation
IAC IOD OAC DO
IF OF OS
OAC Multip
le
Next String/Vect
or
Multip CPU
Intern al
SOAL LATIHAN
1. Komputer pertama kali didunia ini adalah...
a) Mesin I b) ENIAC c) Abacus
d) Mikroprocessor
2. Karena perkembangan komputer sangat cepat dan banyak memberikan mamfaat terhadap kehidupan manusia maka pada saat ini termasuk generasi ke berapa?
a) Generasi ke 0 b) Generasi ke 5 c) Generasi ke 2 d) Generasi ke 3
3. Pada tahun berapa pada saat itu komputer menggunakan teknologi transistor?
a) 1945-1958 b) 1964-1971 c) 1959-1965 d) 1978-1999
4. Abacus merupkan alat bantu pertama kali yang digunakan untuk perhitungan, apa fungsi dari alat tersebut ?
a) Membantu daya ingat manusia dalam melakukan perhitungan b) Membantu menghitung
c) Membantu mendata
d) Membantu manusia dalam melakukan perhitungan
5. Siapakah grace hopper ? mana pernyataan dibawah ini yang salah ..
a) Yang menemukan bug pada komputer b) Progremmer utama mark I
c) Komputer digital terprogram pertama d) Seorang wanita
6. Komputer pada generasi Mark I mempunyai berat ? a) 5 ton
b) 10 ton c) 12 ton d) 6 ton
7. Komputer mark I ini dijalankan terus tanpa dimatikan selama berapa tahun ? a) 10 tahun
b) 13 tahun c) 16 tahun d) 14 tahun
8. Pada tahun 1970 mulai bermunculan era atau generasi komputer mainframe seperti pada contoh dibawah ini kecuali
a) IBM 7090 b) IBM 360 c) IBM 370 d) IBM 380
9. Pada tahun berapa personal komputer ( PC ) muncul ?
a) 1976 b) 1974 c) 1977 1975
10. Pada tahun berapakah generasi komputer yang ke tiga dimulai..?
a) 1940 b) 1950 c) 1955 d) 1964
Kegiatan 3.
Bus System
Sebuah komputer terdiri dari sekumpulan komponen komponen dasar seperti : CPU, memori dan I/O, yang saling berinteraksi satu dengan yang lainnya. Kumpulan lintasan lintasan yang saling menghubungkan berbagai modul modul tersebut dikenal dengan nama struktur interkoneksi.
Struktur interkoneksi harus mendukung jenis transfer perpindahan berikut ini : 1. CPU Memori
2. CPU I/O
3. I/O Memori ( DMA Prses )
Gambar 3.1. Proses Input dan Ouput pada CPU
Gambar 3.2 Proses Input dan Output pada Memori
Instruksi
CPU
Data
Signal Interupsi
Data
Control Signal
Memor y
Data Alama t Read Write
Data
Gambar 3.3. Proses Input dan Ouput pada I/O
BUS adalah sarana pengangkut / saluran yang terdapat didalam suatu microprocessor (CPU) yang menghubungkan antara Microprocessor tersebut dengan dunia luar. Melalui sarana BUS inilah microprocessor tersebut mampu menerima data atau mengirimkan data hasil pengolahannya keluar sistem microprocessor dan mampu untuk menghubungi peralatan peralatan pendukungnya.Pada setiap microprocessor ( CPU ) selalu terdapat 3 sistem BUS dasar yaitu :
1. Data BUS
2. Address BUS Control BUS Data BUS :
1. Sebagai sarana pengangkut data antara CPU dan komponen pendukungnya.
2. Jumlah Data Bus menyatakan lebar jejak data pada CPU atau jumlah data bit instruksi yang mampu diambil persatuan waktu.
3. Data Bus biasanya digunakan sebagai taksonomi dari microprocessor yang bersangkutan.
Address BUS :
1. Sebagai sarana pembawa alamat dari microprocessor ke komponen pendukungnya.
I / O
Internal Data Alamat Read Write
Internal Data
Eksternal Data
Eksternal Data
Interrupt Signal Buffer
Data
2. Setiap komponen pendukung didalam sistem komputer harus mempunyai alamat yang UNIQUE.
3. Jumlah dari Address Bus menyatakan jumlah komponen pendukung yang mampu dialamati oleh microprocessor yang bersangkutan.
4. Sebagai sarana pembawa signal kontrol antara microprocessor dan peralatan pendukung didalam kesinambungan komunikasi antara bagian pada sistem komputer tersebut.
Control BUS biasanya meliputi : 1. Signal Control
2. Signal pewaktuan
Control yang umum digunakan pada sistem komputer : 1. Memory Write
2. Memory Read 3. I/O Write 4. I/O Read 5. Transfer ACK 6. Bus Request 7. Bus Grant
8. Interrupt Request 9. Interrupt ACK 10. Reset 11. Clock
Pada sistem komunikasi antara processor dengan peralatan I/O terjadi perkuran sinyal sebelum transfer data dilakukan, fenomena ini disebut sebagai teknik Handshaking. Contoh proses Handshaking adalah antara sinyal Interrupt Request dan Interrupt ACK.
ARSITEKTUR BUS
Arsitektur pada sistem BUS adalah untuk mengatur bagaimana konektivitas data antara peralatan I/O dengan sistem processor dan memori agar didapat koordinasi kerja dan kecepatan kerja yang lebih baik yang pada akhirnya akan dapat meningkatkan effisiensi sistem. Gambar 3.4 Memperlihatkan Arsitektur dasar dari sebuah sistem Bus
Gambar 3.4. Arsitektur Dasar dari sebuah Sistem Bus Apabila banyak terdapat perangkat I /O atau sistem memory yang dihubungkan ke BUS Data maka akan dapat menurunkan kinerja dari sistem keseluruhan, hal ini dikarenakan :
1. Timbulnya propogasi delay
2. Timbulnya permasalahan Bottleneck
Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dibuatlah beberapa arsitektur Bus dasar dengan tujuan untuk meningkatkan effisiensi sistem.
Pada arsitektur Bus Traditional, Bus dibedakan :
1. System Bus untuk data data yang berhubungan sistem memory
2. Expansion Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O 3. System Local Bus untuk data yang berhubungan dengan sistem
pemrosesan data.
Gambar 3.5. Arsitektur Bus Tradisional
CPU MEMORY MEMORY I / O I / O
DATA BUS
ADDRESS BUS CONTROL BUS
SCSI Modem Serial
Network Expansion BUS
Interface MemoryMain
Processor
Local I/O Controller
Cache Local BUS
System BUS
Expansion BUS
Pada arsitektur High Speed Bus, Bus dibedakan:
1. Expansion Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O yang lambat.
2. High Speed Bus untuk data data yang berhubungan dengan peralatan I/O yang cepat.
3. System Bus untuk data data yang berhubungan dengan sistem memory.
4. System Local Bus untuk data data yang berhubungan dengan pemrosesan data.
Elemen – elemen pada sistem perancangan Bus : 1. Jenis Bus
a) Decicated b) Multiplexed 2. Metoda arbitrasi a)Tersentralisasi b)Terdistribusi 3. Timing
Gambar 3.6. Arsitektur High Speed Bus
Serial Modem
FAX Expansion BUS
Interface
Main Memory
Processor Cache /
Bridge
High Speed BUS
Expansion BUS
SCSI Graphics Video LAN
Local BUS System BUS
1. Synchronous 2. Asynchronous 4. Lebar Bus
a) Address b) Data
5. Type data transfer a) Write
b) Read
c) Read modify write d) Read after write e) Block
Jalur Bus PCI (Optional) 1. Interrupt lines 2. Cache support 3. 64-bit Bus Extension
a) Additional 32 lines b) Time multiplexed
c) 2 lines to enable devices to agree to use 64-bit transfer 4. JTAG/Boundary Scan
For testing procedures
Gambar 3.7 Sinkronisasi pada Bus PCI
SOAL LATIHAN PILIHAN GANDA
1. lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer merupakan pengertian dari…
a. Bus
b. Saluran data c. Saluran alamat d. Saluran kontrol
2. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan menjadi tiga bagian, Kecuali…
a. Saluran data b. Saluran alamat c. Saluran control d. Saluran struktur e. data bus
3. Struktur Interkoneksi adalah…
a.lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer.
b. Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU,Memori,I/O).
c. Pertukaran data dari dan ke dalam komputer.
d. sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine–routine program yang diberikan padanya.
e. Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
4. Saluran data adalah….
a.lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer.
b. Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU, Memori, I/O).
c. Pertukaran data dari dan ke dalam komputer.
d. sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine–routine program yang diberikan padanya.
e. Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
5. Elemen-elemen rancangan bus,yaitu…Kecuali…
a. Jenis Bus b. Mode Arbitrasi c. Timing
d. Bus sistem e. Lebar bus
6. Bus ISA, Bus PCI, Bus Seri termasuk…
a. Elemen rancangan bus b. Struktur bus
c. tipe bus d. sistem bus e. organisasi bus
7. Jalur kontrol dan Jalur data termasuk…
a. Elemen rancangan bus b. Struktur bus
c. tipe bus d. sistem bus e. organisasi bus
8. berikut merupakan gambar..
a. Struktur bus b. Struktur I/O bus
c. Struktur interkoneksi bus d. Saluran bus
e. Sistem bus
9. Gambar di atas merupakan…
a. Struktur bus b. Struktur I/O bus
c. Struktur interkoneksi bus d. Saluran bus
e. Sistem bus
10. Secara umum saluran kontrol meliputi…kecuali!
a. Memory Write b. Memory Read c. I/O Write d. bus data
kegiatan 4.
Internal Memory
Memory pada sistem komputer dapat dibedakan menjadi : 1. Internal memory
2. Eksternal memory
Memory digunakan untuk menyimpan data atau program yang akan diproses oleh processor. Berdasarkan sifat dari data tersebut yang berhubungan dengan pemrosesan maka dapat di katagorikan :
1. Data yang sedang diproses 2. Data yang akan diproses 3. Data yang belum diproses
Karakteristik penting dari sistem memory yang digunakan pada sistem komputer adalah :
1. Lokasi
Processor
Internal (Main)
External (Secondary) 2. Kapasitas
Ukuran Word ( Word size )
Jumlah Word 3. Satuan Transfer
Word
Block 4. Metode akses
sequental
direct
random
assosiative 5. Kinerja
access time
circle time
transfer time 6. Type fisik
Semikonduktor
Magnetic
Optical 7. Karakteristik fisik
Volatile / Non Volatile
Erasable / Non Erasable
Tiga konsep Unit of Transfer yang saling berhubungan bagi internal memori : 1. Word
Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan bilangan dan panjang instruksi.
2. Addressable Units
Pada sejumlah sistem, addressable unit adalah word. Namum terdapat system yang mengijinkan pengalamatan pada tingkat byte.
3. Unit Of Transfer
Satuan ini merupakan jumlah bit yang dibaca atau yang dituliskan kedalam memory pada suatu saat. Satuan transfer tidak perlu sama dengan word atau addressable unit. Bagi external memory seringkali data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih besar dari word dan hal ini Peningkatan kapasitas
Gambar 4.1 Tradisional hirarki memori
Register Main Memory
Magnetic Disc Magnetic Tape
1. Tipe tipe memory Semikonduktor : A. Random Access Memory
Merupakan memory Baca Tulis dimana isi dari RAM dapat diupdate setiap saat dan bersifat volatile serta digunakan data / instruksi selama pemrosesan berlangsung.
1) Dinamic RAM :
a) Terbuat dari bahan kapasitif
b) Memerlukan daya operasional yang relatif kecil c) Kerapatan perkeping IC yang besar
d) Memerlukan rangkaian Refresh e) Harga lebih murah
f) Effisien untuk sistem sistem besar
g) Kecepatan proses yang relatif lambat dibanding RAM Statis
Static RAM :
a) Terbuat dari sistem transistor bipolar
b) Memerlukan daya operasional yang relatif besar Gambar 4.2 kontenporer hirarki memori
Register
Main Memory
Magnetic Disc Magnetic Tape
Cache
Disc Cache
Optical Disc
Gambar 4.3 Struktru Elektronika Ram Dinamis
c) Tidak memerlukan rangkaian Refresh, karena sifat dari transistor.
d) Kerapatan perkeping IC yang sedikit ( kecil ) e) Harga lebih mahal
f) Kecepatan proses yang tinggi
g) Effisien untuk sistem sistem kecil dan sistem yang memerlukan kecepatan pemrosesan yang tinggi.
Gambar 4.3 Struktur Elektronika Ram Statis Organisasi sebuah Memori DDRAM
1) 16Mbit chip dapat disusun dari 1M x 16 bit word
2) 1 bit/chip memiliki 16 lots dengan bit ke 1 dari setiap word berada pada chip 1
3) 16Mbit chip dapat disusun dari array: 2048 x 2048 x 4bit a) Mengurangi jumlah addres pins
b) Multiplex row address dg column address c) 11 pins untuk address (211=2048)
d) Menambah 1 pin kapasitas menjadi 4x
Gambar 4.4. Organisasi Modul sebuah memori berkapasitas 16 Mbit
B. Read Only Memory :
ROM adalah memory yang berisi program yang bersifat tetap / tidak berubah sepanjang sistem yang digunakan memungkinkan.
Aplikasi penting dari ROM meliputi :
1. Library subroutin bagi fungsi yang sering di gunakan 2. Program aplikasi sistem
3. Tabel-tabel fungsi MICROPROGRAMMING
Sebelum operasi dari sistem komputer diaktifkan maka isi dari ROM akan di-load terlebih dahulu ke dalam RAM POST ( Power On Self Test )
Permasalahan yang ada pada sistem ROM :
1. Langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi
2. Tidak boleh terjadi kesalahan sekecil apapun. Apabila ternyata dijumpai kesalahan pada satu bitnya maka ROM tersebut tidak dapat digunakan.
Untuk mengatasi hal tersebut diatas maka dibuatlah ROM yang dapat diprogram dan dihapus seperti halnya RAM.
Tiga macam Read mostly memory :
a) EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory )
b) EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory )
c) Flash ROM / Flash Memory Organisasi Memory : Elemen dasar dari sebuah memory semikonduktor adalah sel memory.
a) Seluruh sel memory memiliki sifat sifat tertentu :
b) Sel memory memiliki dua keadaan stabil atau tidak stabil yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 0 dan 1.
c) Sel memory mempunyai kemampuan untuk ditulisi untuk menyetel keadaan
EROR CORRECTION PADA RAM
Sel memory mempunyai kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan. Error pada memory semikonduktor dapat dikategorikan sebagai kegagalan yang berat dan kegagalan yang ringan. Kegagalan yang berat merupakan kerusakan fisik permanen sehingga sel memory yang mengalaminya tidak dapat lagi digunakan untuk menampung data.
Kegagalan yang ringan adalah kejadian yang random dan tidak merusak yang mengubah iisi sebuah sel memory atau lebih, tanpa merusak memory.
Kegagalan ringan ini salah satunya dapat disebabkan oleh masalah catu daya yang tidak stabil.
Suatu error correction dapat dibuat untuk menjaga agar validasi dari data yang dibaca maupun ditulis adalah absah.
Sistem error correction pada RAM biasanya menggunakan Hamming Code dengan tujuan jika terjadi kesalahan data pada satu bitnya maka dapat dikoreksi oleh sistem.
Jika M bit disimpan pada RAM maka untu koreksi dengan Hamming Code diperlukan K bit tambahan, sehingga ukuran aktual dari word memori yang disimpan adalah M+K bit.
Dengan sistem tersebut diatas maka akan didapatkan kondisi :
1. Jika tidak ada kesalahan maka data bit yang diminta akan dikirimkan.
2. Jika ada kesalahan dan dimungkinkan untuk dikoreksidilakukan perbaikan.
3. Jika ada kesalahan dan tidak dimungkinkan untuk diperbaiki error signal
Untuk sistem proteksi memory saat ini digunakan gabungan Parity dan Hamming Code.
Gambar 4.5. Struktur Error correction pada RAM
SOAL LATIHAN
1. Cache memory merupakan memori yang menjembatani kecepatan akses antar CPU dengan…
a. Harddisk b. I/O c. VGA
d. Main Memory e. Register
2. Cache memory yang memiliki kapasias paling besar apabila sebuah prosesor memiliki semua level cache memory adalah…
a. Cache Memory L1 b. Cache Memory L2 c. Cache Memory L3 d. Cache Memory L4 e. Cache Memory L5
3. Dalam hirarki memory, cache berada di antara register dan…
a. Disk b. Tape
c. Main Memory d. Optical
e. Disk Cache
4. Algoritma dimana blok data yang terlama berada dalam cache memory dan tidak memiliki referensi (jarang terpakai) adalah…
a. Least Recently Used (LRU)
b. Last In Last Out (LILO)c. First In First Out (FIFO) c. Least Frequently Used (LFU)
d. Random
5. Yang bukan merupakan algoritma penggantian pada cache memory adalah…
a. Least Recently Used (LRU) b. Last In Last Out (LILO) c. First In First Out (FIFO)
Memory f
f
Compare Corrector
Data M K
M K Data Out M
Error Signal
d. Least Frequently Used (LFU) e. Random
6. Berikut merupakan karakteristik sistem memori berdasarkan metode aksesnya, kecuali…
a. Sequential b. Direct c. Random d. Associative e. Through
7. Jenis pemetaan cache memory yang mengijinkan block memori utama untuk masuk ke sembarang saluran cache
a. Direct Mapping b. Associative Mapping c. Set Associative Mapping d. Memory Mapping e. Random Mapping
8. Sementara itu, teknik mapping yang paling sedrhana pada cache memory adalah…
a. Direct Mapping b. Associative Mapping c. Set Associative Mapping d. Memory Mapping e. Random Mapping
9. Cache memory L2 biasanya disebut…
a. Internal Cache b. External Cache c. Processing Cache d. Built-in Cache e. Output Cache
10.Dengan menggunakan cache memory, sejumlah data dapat dipindahkan ke memori dalam sekali waktu, yang kemudian data diambil oleh…
a. Arithmetich Logic Unit b. Central Unit
c. Random Acces Memory d. Read Only Memory e. Central Allocate Transfer
Kegiatan 5.
External Memory
Jenis Memori External 1. Magnetic Disk
a) RAID b) Removable 2. Optical
a) CD-ROM
b) CD-Writable (WORM) c) CD-R/W
d) DVD • Magnetic Tape Magnetic Disc :
Disc merupakan piringan bundar yang terbuat dari logam atau sejenisnya yang dilipisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi seperti magnetis oxsite. Data direkam diatasnya dan kemudian dapat dibaca dari disc dengan menggunakan conducting coil yang dinamakan head.
Selama operasi pembacaan dan penulisan, head bersifat stationer sedangkan piringan bergerak gerak dibawahnya.
Mekanisme pembacaan didasarkan adanya arus listrik yang terdapat didalam conducting coil akibat dari medan listrik yang dihasilkan oleh permukaan magnetic disc. Mekanisme penulisan didasarkan pada arus listrik yang mengalir pada conducting coil yang kemudian dikirimkan ke permukaan magnetis dengan pola pola tertentu.
Jenis Kemasan yang digunakan:
1. Floppy
a) 8”, 5.25”, 3.5”
b) Kapasitas kecil sampai 1.44Mbyte (ada yg 2.88M) c) Lambat
d) Umum dipakai
•
5.2 5
& 3.5
inch
floppy
diskettes
Gambar 5.1 Floppy disk dan disk drive
2. Winchester Disc, sifat disknya tidak dapat dipindahkan (tetap), magnestic disc model seperti ini yang masih dipertahankan sampai sekarang untuk teknologi Harddisk.
a) Handal
b) Umum digunakan
c) Murah
d) Sbg eksternal storage yang sangat cepat e) Kapasitas semakin besar (dalam orde GB)
Dikemas dalam satu unit Berisi satu cakram atau lebih Head sangat kecil 3. Removeble Disc, sifat disknya dapat digantikan dalam chasing
cangkangnya, sekarang ini teknologi remevoble disk hanya dipergunakan pada teknologi Compact disc saja.
Pencarian Sector
a) Harus dapat mengenali awal suatu track dan sector b) Format disk
c) Menambahkan informasi tambahan d) Memberi tanda awal track dan sector ST506 format (old!)
Organisasi Data dan Pemformatan :
Organisasi data pada piringan berbentuk sejumlah cincin cincin yang konsentris, yang disebut track. Track yang berdekatan dipisahkan oleh Inter Track Gap.
Track track tersebut dibagi menjadi unit unit tertentu yang disebut Sector.
Antara sector satu dengan sector yang lainnya dipisahkan ole Inter Record Gap.
Gambar 5.1. Struktur Format disk Gap1
Id Gap2 Data Gap3
Gap1Id
Gap2Data Gap3 Track
Sync Byte
Head Sector CRC
SyncDat a CRC
Byte
Gambar 5.2 Data Disc Layout Karakteristik Sistem Disc
Pada sistem sistem disc masing dapat dibedakan berdasarkan beberapa karakteristik.
Karakteristik penting dari sebuah sistem disc adalah:
1. Gerakan Head a) Fixed head
Ada satu head (r/w) per track
Head diletakkan pada tangkai yg tetap b) Movable head
Hanya ada satu head per side
Diletakkan pada tangkai yg dpt bergerak 2. Portabilitas dari sebuah Disc (Removable disk)
a) Dapat dilepas dari drive dan diganti dg disk lain b) Memberikan kapasitas simpanan yg tak terbatas c) Mudah melakukan transfer data antar sistem Nonremovable disk
a) Terpasang permanen dalam drive
b) Kapasitas penyimpanan terbatas berdasarkan yang ada pada packet Sides
1. Single Sides, mempunyai satu sisi piringan saja yang dapat di isi
2. Double Sides, mempunyai dua sis piringan saja yang dapat di isi.
Platters
Single Platter,
Hanya memiliki satu buah piringan saja untuk tempat penyimpan yang tersedia Multiple Platter
Gambar. 5.3 Multiple Platter
3. Mekanisme Head
Fixed Gap
Contact
Aerodynamic Gap (Winchester) 4. Access Time
a) Seek time (gerakan head ke track yg dituju)
•
R A I D
1. RAI : Redudancy Array of Independent Disc.
2. Pola yang telah distandarisasi bagi rancangan data base dengan disc berjumlah banyak.
3. Merupakan penyempurnaan dari kecepatan penyimpanan pada disc.
4. Tiga karakteristik umum pada tingkatan RAID yaitu:
(Rotational) latency
- Putar platter sampai posisi data dibawah head
• Access time = Seek + Latency
• Transfer rate
1. RAID adalah merupakan sekumpulan disc drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logic tunggal.
2.Data didistribusikan ke drive fisik array.
3. Kapasitas redudant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas yang menjamin recoverability data terjadi kegagalan disc.
4. RAID menjembatani antara kecepatan disc yang lambat dengan kecepatan sistem komputer yang cepat
a) Data stored as pits b) Read by reflecting laser c) Constant packing density d) Constant linear velocity Cara kerja CD
Gambar 5.4 Data Mapping For RAID 0 Optical Storage CD-ROM
• Originally for audio
• 650Mbytes giving over 70 minutes audio
• Polycarbonate coated with highly reflective coat, usually aluminium
Gambar. 5.5. Cara Kerja CD SOAL LATIHAN
1. Berikut merupakan beberapa tipe dari external memory, kecuali ….
a. Magnetic Disc b. Optical Disc c. Magnetic Tape d. Electric Disc
2. Terdapat beberapa jenis media penyimpanan berbasis optical disc, kecuali ….
a. CD b. DVD c. Floppy disk d. Blu-Ray
3. Jenis storage berikut yang memiliki kecepatan transfer data paling cepat adalah.
a. SSD b. Hard disk c. DVD d. Flash disk
4. Jenis storage berikut yang memiliki kecepatan transfer data paling lambat adalah ….
a. SSD b. DVD c. Floppy disk d. Flash disk
5. Jenis storage berikut yang memiliki access time paling cepat adalah a. Hard disk
b. Flash disk c. CD
d. Floppy disk
6. Pada hard disk terdapat bagian dari disk yang membentuk lingkaran konsentris, yang disebut sebagai ….
a. Track b. Sector c. Cluster d. Gap
7. Unit dasar dari hard disk yang merupakan sebuah bagian atau sub-divisi dari sebuah track adalah ….
a. Gap b. Header c. Sector d. Cylinder
8. Pada umumnya format ukuran yang digunakan untuk sector pada sebuah hard disk sebesar ….
a. 2048 bytes b. 1024 bytes c. 768 bytes d. 512 bytes
9. Pada umumnya format ukuran yang digunakan untuk sector pada sebuah optical disc sebesar ….
a. 8192 bytes b. 4096 bytes c. 2048 bytes d. 1024 bytes
10. Celah antar sector dan track pada sebuah media penyimpanan disebut ….
a. Inter-sector gap dan inter-track gap b. Inter-angular gap dan inter-recording gap c. Inter-cluster gap dan inter-track gap d. Inter-cylinder gap dan inter-recording gap
Kegiatan 5 Unit modul I/O
Sistem komputer memiliki tiga komponen utama, yaitu : CPU, memori (primer dan sekunder), dan peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer, monitor, keyboard, mouse, dan modem. Beberapa bab sebelumnya telah membahas CPU dan memori, sekarang akan kita jelaskan tentang peralatan atau modul I/O pada bab ini.
Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus komputer.
Ada beberapa alasan kenapa piranti – piranti tidak langsung dihubungkan dengan bus sistem komputer, yaitu :
1. Bervariasinya metode operasi piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila sistem komputer herus menangani berbagai macam sisem operasi piranti peripheral tersebut.
2. Kecepatan transfer data piranti peripheral umumnya lebih lambat dari pada laju transfer data pada CPU maupun memori.
3. Format data dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan CPU, sehingga perlu modul untuk menselaraskannya.
Dari beberapa alasan diatas, 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.
8.1 Sistem Masukan & Keluaran Komputer
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 8.1 yang menyajikan model generik modul I/O.
Gambar 8.1 Model generik dari suatu modul I/O
8.1.1. 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 kontrol 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 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. 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 yang dikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk disk dapat 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 perangkat peripheral, umumnya berupa status kondisi Busy atau Ready.
Juga status bermacam – macam kondisi kesalahan (error).
4. 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.
Pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputi komunikasi data, kontrol maupun status. Ini terlihat pada Gambar 8.2
Gambar 8.2. Skema suatu perangkat peripheral
Fungsi selanjutnya adalah 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.
Fungsi terakhir adalah deteksi kesalahan. 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.
6.1.2. 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 8.3
Gambar 8.3. 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 yangberhubungan dengan semua peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.
8.2. Teknik Masukan/Keluaran
Terdapat tiga buah teknik dalam operasi I/O, yaitu: I/O terprogram, interrupt – driven I/O, dan DMA (Direct Memory Access). Ketiganya memiliki keunggulan maupun kelemahan, yang penggunaannya disesuaikan sesuai unjuk kerja masing – masing teknik.
8.2.1. 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 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.
8. 2.2 Interrupt – Driven I/O
Teknik interrupt – driven I/O memungkinkan proses tidak membuang – buang waktu. Prosesnya adalah 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.
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, misal read. Kemudian modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan meletakkan paket data ke register data modul I/O, selanjutnya modul mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU melalui saluran kontrol. Kemudian modul 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 dijalankannya kemudian merespon interupsi.
3. CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan sinyal acknowledgment ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.
4. CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Hal yang dilakukan adalah menyimpan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan operasi yang tadi dijalankan sebelum adanya interupsi.
Informasi yang diperlukan berupa:
a) Status prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program status word).
b) Lokasi intruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Informasi tersebut kemudian disimpan dalam stack pengontrol sistem.
5. Kemudian CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum interupsi ke stack pengontrol bersama informasi PSW. Selanjutnya mempersiapkan PC untuk penanganan interupsi.
6. Selanjutnya CPU memproses interupsi sempai selesai.
7. Apabila pengolahan interupsi selasai, CPU akan memanggil kembali informasi yang telah disimpan pada stack pengontrol untuk meneruskan operasi sebelum interupsi.
Terdapat bermacam teknik yang digunakan CPU dalam menangani program interupsi ini, diantaranya :
1. Multiple Interrupt Lines.
2. Software poll.
3. Daisy Chain.
4. Arbitrasi bus.
Teknik yang paling sederhana adalah menggunakan saluran interupsi berjumlah banyak (Multiple Interrupt Lines) antara CPU dan modul – modul I/O.
Namun tidak praktis untuk menggunakan sejumlah saluran bus atau pin CPU ke seluruh saluran interupsi modul – modul I/O.
Alternatif lainnya adalah menggunakan software poll. Prosesnya, apabila CPU mengetahui adanya sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routine layanan interupsi yang tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O untuk
menentukan modul yang 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 I/O tersambung dalam saluran interupsi CPU secara melingkar (chain). Apabila ada permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal acknowledge 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 ini menggunakan saluran permintaan interupsi.
Dengan demikian hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan interupsi.
8.3. Pengontrol Interrupt Intel 8259A
Intel mengeluarkan chips 8259A yang dikonfigurasikan sebagai interrupt arbiter pada mikroprosesor Intel 8086. Intel 8259A melakukan manajemen interupsi modul - modul I/O yang tersambung padanya. Chips ini dapat diprogram untuk menentukan prioritas modul I/O yang lebih dulu ditangani CPU apabila ada permintaan interupsi yang bersamaan.
menggambarkan pemakaian pengontrol interupsi 8259A. Berikut mode – mode interupsi yang mungkin terjadi :
1. Fully Nested: permintaan interupsi dengan prioritas mulai 0 (IR0) hingga 7(IR7).
2. Rotating: bila sebuah modul telah dilayani interupsinya akan menempati prioritas terendah.
3. Special Mask: prioritas diprogram untuk modul I/O tertentu secara spesial.
8.3 Programmable Peripheral Interface Intel
Contoh modul I/O yang menggunakan I/O terprogram dan interrupt driven I/O adalah Intel 8255A Programmable Peripheral Interface (PPI). Intel 8255A dirancang untuk keperluan mikroprosesor 8086. Gambar 8.5 menunjukkan blok diagram Intel 8255A dan pin layout-nya.
Gambar 8.5. Modul I/O 8255A
Bagian kanan dari blok diagram Intel 8255A adalah 24 saluran antarmuka luar, terdiri atas 8 bit port A, 8 bit port B, 4 bit port CA dan 4 bit port CB. Saluran tersebut dapat diprogram dari mikroprosesor 8086 dengan menggunakan register kontrol untuk menentukan bermacam – macam mode operasi dan konfigurasinya.
Bagian kiri blok diagram merupakan interface internal dengan mikroprosesor 8086. Saluran ini terdiri atas 8 bus data dua arah (D0 – D7), bus alamat, dan bus kontrol yang terdiri atas saluran CHIP SELECT, READ, WRITE, dan RESET.
Gambar 8.4. Pemakaian pengontrol interupsi 8559A pada 8086
Pengaturan mode operasi pada register kontrol dilakukan oleh mikroprosesor. Pada Mode 0, ketiga port berfungsi sebagai tiga port I/O 8 bit.
Pada mode lain dapat port A dan port B sebagai port I/O 8 bit, sedangkan port C sebagai pengontrol saluran port A dan B. PPI Intel 8255A dapat diprogram untuk mengontrol berbagai peripheral sederhana.
Gambar 8.6 memperlihatkan contoh penggunaan 8255A untuk modul I/O Keyboard dan display.
Gambar 8.6 Interface kayboard dan display dengan Intel 8255A
8.3.2. 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 :
1. Kelajuan transfer I/O yang tergantung pada kecepatan operasi CPU.
2. 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).
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. Blok diagram modul DMA terlihat pada gambar 8.7 berikut :
Gambar 8.7. Blok diagram DMA
Gambar 8.8. Konfigurasi modul DMA
Dalam melaksanakan transfer data secara mandiri, DMA memerlukan pengambil alihan kontrol bus dari CPU. Untuk itu DMA akan menggunakan bus bila CPU tidak menggunakannya atau DMA memaksa CPU untuk menghentikan sementara penggunaan bus. Teknik terakhir lebih umum digunakan, sering disebut cycle-stealing, karena modul DMA mengambil alih siklus bus. Penghentian sementara penggunaan bus bukanlah bentuk interupsi, melainkan hanyalah penghentian proses sesaat yang berimplikasi hanya pada kelambatan eksekusi CPU saja. Terdapat tiga buah konfigurasi modul DMA seperti yang terlihat pada gambar 8.8.
8.4. Perangkat Eksternal
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 tergolang dalam perangkat eksternal komputer.
Perangkat eksternal atau lebih umum disebut peripheral tersambung dalam sistem CPU melalui perangat pengendalinya, yaitu modul I/O seperti telah dijelaskan sebelumnya. Lihat kembali gambar 6.2. Secara umum perangkat eksternal diklasifikasikan menjadi 3 katagori:
1. Human Readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan manusia sebagai pengguna komputer. Contohnya: monitor, keyboard, mouse, printer, joystick, disk drive.
2. Machine readable, yaitu perangkat yang berhubungan dengan peralatan.
Biasanya berupa modul sensor dan tranduser untuk monitoring dan kontrol suatu peralatan atau sistem.
3. Communication, yatu perangkat yang berhubungan dengan komunikasi jarak jauh.
Misalnya: NIC da
