UNIT INPUT OUTPUT (sistem bus, standar I/0 interface, pengaksesan peralatan I/O)

PENGERTIAN I/O

I/O adalah Suatu perangkat yg berhubungan dengan sistem komputer dengan cara mengirim sinyal melalui suatu kabel atau bahkan melalui udara.
I/O merupakan salah satu komponen computer yang penting, I/O devices menjadikan komputer berguna bagi manusia, Sebuah sistem kontrol I/O bertujuan untuk memberikan bantuan kepada user untuk memungkinkan mereka mengakses berkas, tanpa memperhatikan detail dari karakteristik dan waktu penyimpanan. Kontrol I/O menyangkut manajemen berkas dan peralatan manajemen yang merupakan bagian dari sistem operasi.

A. SYSTEM BUS

System bus atau bus sistem, dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Sebuah komputer memiliki beberapa bus, agar dapat berjalan. Banyaknya bus yang terdapat dalam sistem, tergantung dari arsitektur sistem komputer yang digunakan. Sebagai contoh, sebuah komputer PC dengan prosesor umumnya Intel Pentium 4 memiliki bus prosesor (Front-Side Bus), bus AGP, bus PCI, bus USB, bus ISA (yang digunakan oleh keyboard dan mouse), dan bus-bus lainnya.

Bus disusun secara hierarkis, karena setiap bus yang memiliki kecepatan rendah akan dihubungkan dengan bus yang memiliki kecepatan tinggi. Setiap perangkat di dalam sistem juga dihubungkan ke salah satu bus yang ada. Sebagai contoh, kartu grafis AGP akan dihubungkan ke bus AGP. Beberapa perangkat lainnya (utamanya chipset atau kontrolir) akan bertindak sebagai jembatan antara bus-bus yang berbeda. Sebagai contoh, sebuah kontrolir bus SCSI dapat mengubah sebuah bus menjadi bus SCSI, baik itu bus PCI atau bus PCI Express.

Berdasar jenis busnya, bus dapat dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus. Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat tetapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks. Sedangkan untuk dedicated bus merupakan kebalikan dari multipexed bus.

Beberapa bus utama dalam sistem komputer modern adalah sebagai berikut:

· Bus prosesor. Bus ini merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke cache atau memori utama ke chipset kontrolir memori (Northbridge, MCH, atau SPP). Bus ini juga terbagi atas beberapa macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport bus, dan beberapa bus lainnya. Sistem komputer selain Intel x86 mungkin memiliki bus-nya sendiri-sendiri. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz. Umumnya, bus ini memiliki lebar lajur 64-bit, sehingga setiap detaknya ia mampu mentransfer 8 byte.

· Bus AGP (Accelerated Graphic Port). Bus ini merupakan bus yang didesain secara spesifik untuk kartu grafis. Bus ini berjalan pada kecepatan 66 MHz (mode AGP 1x), 133 MHz (mode AGP 2x), atau 533 MHz (mode AGP 8x) pada lebar jalur 32-bit, sehingga bandwidth maksimum yang dapat diraih adalah 2133 MByte/s. Umumnya, bus ini terkoneksi ke chipset pengatur memori (Northbridge, Intel Memory Controller Hub, atau NVIDIA nForce SPP). Sebuah sistem hanya dapat menampung satu buah bus AGP. Mulai tahun 2005, saat PCI Express mulai marak digunakan, bus AGP ditinggalkan.

· Bus PCI (Peripherals Component Interconnect). Bus PCI tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus peripheral. Bus ini memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/Oberkecepatan tinggi. Bus ini berjalan pada kecepatan 33 MHz dengan lebar lajur 32-bit. Bus ini ditemukan pada hampir semua komputer PC yang beredar, dari mulai prosesor Intel 486 karena memang banyak kartu yang menggunakan bus ini, bahkan hingga saat ini. Bus ini dikontrol oleh chipset pengatur memori (northbridge, Intel MCH) atau Southbridge (Intel ICH, atau NVIDIA nForce MCP).

· Bus PCI Express (Peripherals Component Interconnect Express)

· Bus PCI-X (Peripherals Component Interconnect Express)

· Bus ISA (Industry Standard Architecture)

· Bus EISA (Extended Industry Standard Architecute)

· Bus MCA (Micro Channel Architecture)

· Bus SCSI (Small Computer System Interface]]. Bus ini diperkenalkan oleh Macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan antarmuka standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, harddisk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar

· Bus USB (Universal Serial Bus). Bus ini dikembangkan oleh tujuh vendor komputer, yaitu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom. Bus ini ditujukan bagi perangkat yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer karena tidak akan efisien jika perangkat yang berkecepatan rendah dipasang pada bus berkecepatan tinggi seperti PCI. Keuntungan yang didapat dari bus USB antara lain : tidak harus memasang jumper, tidak harus membuka casing untuk memasang peralatan I/O, hanya satu jenis kabel yang digunakan, dapat mensuplai daya pada peralatan I/O, tidak diperlukan reboot.

· Bus 1394. Bus yang mempunyai nama FireWire memiliki kecepatan tinggi diatas SCSI dan PCI. Bus 1394 sangat cepat, murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Bus ini tidak hanya populer perangkat komputer tetapi juga perangkat elektronik seperti kamera digital, VCR, dan televisi.

Jenis standar I / 0 intrfaces

• PCI BUS
• USB BUS
• SCSI BUS

BUS INTERCONNECTION PERIPHERAL (PCI BUS): -

PCI bus adalah bus sistem.

Ini mendukung fungsi yang ditemukan pada bus prosesor tetapi dalam format standar yang tidak tergantung pada prosesor tertentu.

Perangkat yang terhubung ke bus PCI muncul ke prosesor seolah-olah mereka terhubung langsung ke prosesor.

Bus PCI berbiaya sangat rendah .

Desainnya mengantisipasi permintaan yang berkembang pesat untuk bandwidth bus untuk mendukung disk kecepatan tinggi, perangkat grafis dan video, serta sistem multiprosesor khusus .

PCI pioneered adalah kemampuan plug and play untuk menghubungkan perangkat I / O. Untuk menghubungkan perangkat baru, pengguna cukup menghubungkan papan antarmuka perangkat ke bus. Kemudian perangkat lunak menangani sisanya.

Bagaimana PCI BUS beroperasi

Transfer data

Konfigurasi perangkat

Karakteristik listrik

Tansfer data: -

PCI bus dirancang terutama untuk mendukung brust data, bukan hanya satu kata.

Operasi baca atau tulis yang melibatkan satu kata yang diperlakukan sebagai semburan panjang.

Bus mendukung 3 ruang alamat independen:

                       -> Memori 

                        -> I / O

                        -> Konfigurasi

Ruang alamat I / O dimaksudkan untuk digunakan dengan prosesor seperti pentium, yang memiliki ruang alamat I / O terpisah.

Ruang konfigurasi dimaksudkan untuk memberikan kemampuan plug and play PCI.

Jembatan PCI menyediakan koneksi fisik terpisah untuk memori utama.

Perintah 4-bit mengidentifikasi yang mana dari tiga ruang yang digunakan dalam operasi transfer data yang diberikan.

Master menyimpan informasi alamat di bus sampai slave dipilih, tidak harus menyimpannya sampai, eksekusi selesai.

Alamat diperlukan di bus untuk satu siklus clock saja sehingga membekukan garis alamat dalam siklus clock berikutnya. Akibatnya ada pengurangan biaya yang signifikan , karena jumlah kabel di bus adalah faktor biaya yang penting.

Pada waktu tertentu satu perangkat adalah master bus. Ini memiliki hak untuk melakukan transfer data dengan mengeluarkan perintah baca dan tulis.

Konfigurasi perangkat:-

Ketika perangkat I / O terhubung ke komputer, beberapa tindakan diperlukan untuk mengkonfigurasi perangkat dan komunitas perangkat lunak dengannya. Sejumlah sakelar yang harus disetel oleh pengguna untuk memilih opsi tertentu. Setelah perangkat terhubung, perangkat lunak perlu mengetahui alamat perangkat.

Seharusnya tahu karakteristik lain sebagai 

kecepatan

tautan transmisi

apakah bit paritas digunakan dan sebagainya.

PCI menyederhanakan proses ini dengan memasukkan di setiap perangkat I / O antarmuka memori ROM konfigurasi kecil yang menyimpan informasi tentang perangkat. ROM konfigurasi semua perangkat dapat diakses di ruang alamat konfigurasi. Perangkat lunak PCI membaca ROM ini setiap kali sistem dinyalakan atau disetel ulang. Dalam setiap kasus itu menentukan apakah perangkat adalah keyboard atau printer, pengontrol ethernet atau pengontrol disk.

Karakteristik listrik:-

PCI bus telah ditentukan untuk pengoperasian  catu daya 5v atau 3.3v .

Konektor pada papan ekspansi dirancang untuk memastikan bahwa mereka dapat dicolokkan ke motherboard yang kompatibel.

UNIVERSAL SERIAL BUS (USB): -

Ini dikembangkan oleh beberapa perusahaan komunikasi seperti compaq, hewlett packard, Intel Microsoft dll.

USB mendukung 2 kecepatan koneksi: -

                   -> Kecepatan rendah (1,5 megabit / detik)

                    -> Kecepatan penuh (12 megabit / detik)

Versi terbaru dari bus (USB 2.0) memperkenalkan kecepatan operasi ke-3 yang disebut kecepatan tinggi(480 megabit / detik)

USB dirancang untuk memenuhi beberapa tujuan utama:

-> Ini menyediakan sistem interkoneksi yang sederhana, murah, dan mudah yang mengatasi kesulitan karena terbatasnya jumlah port I / O yang tersedia di komputer.

-> Mengakomodasi berbagai karakteristik transfer data untuk perangkat I / O, termasuk telepon dan koneksi internet.

-> Tingkatkan kenyamanan pengguna melalui mode operasi plug and play.

Batasan Pelabuhan: -

Port paralel dan serial memberikan titik koneksi tujuan umum ketika berbagai perangkat kecepatan rendah hingga sedang dapat dihubungkan ke komputer.

Hanya beberapa port yang tersedia di komputer. Untuk menambahkan port baru, pengguna harus membuka kotak komputer untuk mendapatkan akses ke ekspansi internal dan memasang kartu antarmuka baru dan pengguna juga harus tahu cara mengkonfigurasi perangkat dan perangkat lunak.

Tujuan USB adalah menambahkan banyak perangkat ke sistem komputer tanpa membuka kotak komputer.

Karakteristik Perangkat: -

-> Perangkat yang terhubung ke komputer mencakup berbagai fungsi, yaitu,

Kecepatan

volume

Batasan waktu yang terkait dengan transfer data.

-> Di sini proses pengambilan sampel menghasilkan aliran terus menerus dari sampel digital yang tiba pada interval reguler, disinkronkan dengan jam pengambilan sampel seperti aliran data disebut isochronous , yang berarti peristiwa berturut-turut dipisahkan oleh periode waktu yang sama.

-> Transfer data untuk gambar dan video membutuhkan bandwidth yang lebih tinggi.

-> Perangkat penyimpanan yang lebih besar seperti CD-ROM & hard-disk pada koneksi mereka ke sistem harus memberikan kecepatan transfer 40mbps atau 50mbps.

Pasang dan Main : -

-> Fitur Plug and play berarti perangkat baru seperti speaker tambahan dapat dihubungkan kapan saja saat sistem beroperasi. Sistem akan mendeteksi keberadaan perangkat baru secara otomatis, mengidentifikasi perangkat lunak driver perangkat yang sesuai dan fasilitas lain yang diperlukan untuk memungkinkan mereka berkomunikasi.

-> Ini dapat diimplementasikan di semua tingkatan sistem dari perangkat keras ke OS (sistem operasi) dan perangkat lunak aplikasi.

Arsitektur USB: -

• Ini memiliki biaya rendah, fleksibilitas dan bandwidth transfer data yang tinggi.
• Perangkat I / O yang terhubung harus berada agak jauh dari komputer.
• Untuk bandwidth yang lebih tinggi, sebuah bus lebar dapat digunakan yang membawa 8, 16, 32 atau lebih bit secara paralel.
• Format transmisi serial digunakan untuk USB karena serial BUS memenuhi biaya rendah dan fleksibilitas yang baik.
• HUB adalah titik kontrol menengah antara perangkat I / O dan host. Root HUB menghubungkan seluruh pohon ke host.
• Koneksi dibuat menggunakan tautan titik ke titik .
• USB beroperasi secara ketat berdasarkan polling .
• Semua perangkat hanya dapat mengirim pesan sebagai respons terhadap pesan polling, tidak ada dua perangkat yang dapat mengirim pesan pada saat bersamaan.

Mengatasi: -

Ketika USB terhubung ke komputer host hub root-nya terpasang ke bus prosesor. Perangkat lunak host berkomunikasi dengan masing-masing perangkat yang terpasang pada USB dengan mengirimkan paket-paket informasi yang hub root meneruskan ke perangkat yang sesuai di pohon USB.

Setiap perangkat pada USB apakah perangkat HUB atau I / O-nya diberi alamat 7-bit . Alamat ini bersifat lokal ke struktur USB dan tidak terkait dengan cara apa pun dengan alamat yang digunakan pada bus prosesor.

BUS ANTARMUKA SISTEM KOMPUTER KECIL (BUS SCSI): -

• Ini mengacu pada bus standar yang ditentukan oleh ANSI di bawah penunjukan X3.131 [2]
• Pengontrol yang terhubung ke bus SCSI adalah salah satu dari dua jenis - inisiator atau target.
• Seorang inisiator memiliki kemampuan untuk memilih target tertentu dan untuk mengirim perintah yang menentukan operasi yang akan dilakukan.
• Pengontrol disk beroperasi sebagai target. Itu melakukan perintah yang diterimanya dari inisiator. Inisiator membuat koneksi logis dengan target yang dituju. Setelah koneksi seperti yang telah dibuat, dapat ditunda dan dipulihkan sesuai kebutuhan untuk mentransfer perintah dan semburan data.
• Sementara koneksi tertentu ditangguhkan, perangkat lain dapat menggunakan bus untuk mentransfer informasi. Kemampuan ini untuk tumpang tindih permintaan transfer data adalah salah satu fitur utama dari bus SCSI yang mengarah pada kinerjanya yang tinggi.
• Transfer data pada bus SCSI dikendalikan oleh pengontrol target. Untuk mengirim perintah ke target, seorang pengontrol inisiator meminta kendali atas bus dan setelahnya, dan, setelah memenangkan arbitrase, memilih pengontrol yang ingin dikomunikasikan dan kontrol dari bus ke sana. Kemudian pengontrol memulai operasi transfer data untuk menerima perintah dari inisiator.

Arbitrase BUS: -

• Bus gratis ketika dia - sinyal BAY dalam keadaan tidak aktif. Pengontrol apa pun dapat meminta penggunaan bus saat berada dalam kondisi ini. Karena dua atau lebih pengontrol dapat menghasilkan permintaan seperti itu pada saat yang sama, skema arbitrase harus dilaksanakan.
• Seorang pengontrol meminta bus dengan memasukkan sinyal -BSY dan dengan menegaskan jalur data terkait untuk mengidentifikasi dirinya.
• Bus SCSI menggunakan skema arbitrasi terdistribusi sederhana, di mana pengendali menggunakan bus secara bersamaan.

Pilihan:-

Pengontrol target yang dipilih merespons dengan menyatakan -BSY. Ini memberi tahu penggagas bahwa koneksi yang diminta telah dibuat, sehingga dapat menghapus informasi alamat dari jalur data. Proses pemilihan sekarang selesai dan pengontrol target menyatakan -BSY. Dari titik ini dan seterusnya controller memiliki kendali atas bus, seperti yang diperlukan untuk fase transfer informasi.

Fase Transfer Informasi: -

Informasi yang ditransfer antara dua pengendali dapat terdiri dari perintah dari inisiator ke target, respon status dari target ke inisiator, atau data yang ditransfer ke atau dari perangkat I / O. Sinyal jabat tangan digunakan untuk mengontrol transfer informasi dengan cara yang sama.

Pada akhir transfer, pengontrol target melepaskan sinyal -BSY sehingga membebaskan bus untuk digunakan oleh perangkat lain. Kemudian dapat membangun kembali koneksi ke pengendali inisiator ketika siap untuk mentransfer lebih banyak data.

PENGAKSESAN I/O

Evolusi telah terjadi pada sistem komputer. Evolusi antara lain terjadi peningkatan kompleksitas dan kecanggihan komponen-komponen sistem komputer. Evolusi sangat tampak pada fungsi-fungsi I/O, yaitu sebagai berikut :
1. Pemroses secara langsung mengendalikan peralatan I/O. Teknik ini masih dilakukan sampai saat ini, yaitu untuk peralatan sederhana yang dikendalikan mikroprosesor untuk menjadi intelligent device.
2. Peralatan dilengkapi pengendali I/O (I/O controller). Pemroses masih menggunakan I/O terprogram tanpa interupsi. Pada tahap ini, pemroses tak perlu memperhatikan rincian-rincian spesifik interface peralatan.
3. Tahap ini sama dengan tahap 2 ditambah fasilitas interupsi. Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu untuk menunggu selesainya operasi I/O. Teknik ini meningkatkan efisiensi pemroses.
4. Pengendali I/O diberi kendali memori langsung lewat DMA. Pengendali dapat memindahkan blok data ke atau dari memori tanpa melibatkan pemroses kecuali di awal dan akhir transfer.
5. Pengendali I/O ditingkatkan menjadi pemroses yang terpisah dengan instruksi-instruksi khusus yang ditujukan untuk operasi I/O. Pemroses pusat mengendalikan atau memerintahkan pemroses I/O untuk mengeksekusi program I/O yang terdapat di memori utama. Pemroses I/O mengambil dan mengeksekusi instruksi-instruksi ini tanpa intervensi pemroses utama (pusat). Dengan teknik ini dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan hanya diinterupsi ketika seluruh barisan telah diselesaikan.
6. Pengendali I/O mempunyai memori lokal yang menjadi miliknya dan komputer juga memiliki memori sendiri. Dengan arsitektur ini, sekumpulan besar peralatan I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang minimum. Arsitektur ini digunakan untuk pengendalian komunikasi dengan terminalterminal interaksi. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan pengendalian terminal.

Evolusi berlangsung terus, jalur yang dilalui oleh evolusi adalah agar fungsi-fungsi I/O dapat dilakukan lebih banyak dan lebih banyak lagi tanpa keterlibatan pemroses pusat. Pemroses pusat yang tidak disibukkan dengan tugas-tugas yang berhubungan dengan I/O akan meningkatkan kinerja sistem. Tahap 5 & 6 merupakan tahap perubahan utama, yaitu konsep pengendali I/O mampu mengeksekusi program sendiri.

http://blog-izie.blogspot.com/2012/11/io-device-perangkat-inputoutput-komputer.html

https://aspersky.wordpress.com/2011/05/18/standard-io-interfaces/

https://blog.ub.ac.id/amiasyrooo/2012/05/23/teknik-pemrograman-perangkat-io/