NIC, IIC, USB, Bluetooth & I/O Interface

A.    NIC (Network Interface Card)

1.      Pengertian NIC

NIC (Network Interface Card) merupakan sebuah perangkat keras jaringan, yang secara fisik berbentuk seperti sebuah kartu ekspansi, yang memungkinkan setiap komputer dapat terhubung dengan suatu jaringan dengan menggunakan kabel jaringan. NIC dipasangkan pada sebuah slot yang tedapat di dalam motherboard komputer. NIC menggunakan port yang dikenal sebagai port RJ – 45, yang mana berfungsi sebagai port dalam menghubungkan kabel ataupun antena wireless di dalam sebuah komputer, agar komputer tersebut bisa terhubung ke dalam jaringan.

2.      Jenis-jenis NIC

Berdasarkan sifatnya, NIC terbagi menjadi dua jenis, yaitu:

a.       NIC Fisik

NIC fisik umumnya berupa kartu yang dapat ditancapkan ke dalam sebuah slot dalam motherboard komputer, yang dapat berupa kartu dengan bus ISA, bus PCI, bus EISA, bus MCA, atau bus PCI Express. Selain berupa kartu-kartu yang ditancapkan ke dalam motherboard, NIC fisik juga dapat berupa kartu eksternal yang berupa kartu dengan bus USB, PCMCIA, bus serial, bus paralel atau Express Card.

b.      NIC Logis

NIC logis merupakan jenis NIC yang tidak ada secara fisik, dan menggunakan sepenuhnya perangkat lunak yang diinstalasikan di atas sistem operasi, dan bekerja seolah-olah dirinya adalah sebuah NIC. Contoh dari perangkat NIC logis adalah loopback adapter (dalam sistem operasi Windows, harus diinstalasikan secara manual atau dalam sistem operasi keluarga UNIX, terinstalasi secara default dengan nama interface), dan Dial-up adapter (yang menjadikan modem sebagai sebuah alat jaringan dalam sistem operasi Windows). Kartu NIC logis ini dibuat dengan menggunakan teknik emulasi.

3.      Tugas Utama NIC

NIC memiliki satu tugas utama yang paling penting. Tugas utama dari sebuah NIC tersebut adalah untuk mengubah aliran data berbentuk paralel di dalam bus komputer menjadi aliran data yang berbentuk serial, sehingga nantinya aliran data yang berbentuk serial tersebut bisa saling di transmisikan di dalam media jaringan komputer.

4.      Fungsi NIC

Selain memiliki tugas utama sebagai converter atau pengubah aliran data yang berbentuk parallel menjadi aliran data yang berbentuk serial, NIC juga memiliki beberapa fungsi lainnya, yaitu:

a)      Sebagai media pengirim data dari satu komputer ke komputer lainnya.

b)      Sebagai pengontrol data flow antar komputer yang menggunakan sistem kabel jaringan.

c)      Menerima data dari komputer lain.

d)     Menterjemahkan data menjadi bentuk bit.

e)      Membangun sebuah jaringan komputer dan menghubungkan komputer satu dengan komputer lain.

f)       Menghubungkan jaringan local dengan jaringan internet.

g)      Mengintegrasikan komputer dengan beberapa peralatan elektronik.

5.      Protokol NIC

Protokol Jaringan adalah satu set aturan yang mengatur online komunikasi di antara beberapa buah komputer yang ada dalam suatu jaringan. Dalam sebuah jaringan komputer, ada berbagai jenis protokol yang akan digunakan. Dari sekian banyak jenis protokol yang umumnya digunakan dalam sebuah jaringan adalah sebagai berikut:

a.    Ethernet

Ethernet adalah sistem jaringan yang dibuat dan dipatenkan perusahaan Xerox. Ethernet menggunakan metode akses yang disebut CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) yang dikembangkan tahun 1960 pada proyek wireless ALOHA di Hawaii University menggunakan kabel coaxial. Standarisasi sistem ethernet dilakukan sejak tahun 1978 oleh IEEE. Kecepatan transmisi data pada ethernet adalah 10 Mbps sampai 100 Mbps.

Ethernet merupakan suatu sistem di mana setiap komputer menunggu instruksi melalui kabel sebelum mengirim pesan melalui jaringan. Jika jaringan ditemukan tidak sibuk, barulah komputer tersebut menyampaikan informasi atau pesan. Jika satu node lain sebelumnya telah menyiarkan pesan melalui kabel, komputer tersebut akan menunggu dan akan mencoba kembali ketika rute mengizinkan.

b.    Local Talk

Local Talk adalah protokol jaringan yang dikembangkan oleh Apple Computer Inc. untuk komputer Macintosh. Cara yang digunakan oleh Local Talk disebut CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access dengan Collision Avoidance). Hampir sama dengan CSMA/CD kecuali komputer memberi sinyal sebelum data akan dikirim. Adapter untuk Local Talk dan kabel pasangan berpintal yang khusus bisa digunakan untuk menghubungkan satu seri komputer menggunakan port berseri. Sistem operasi Macintosh memungkinkan sistem operasi sesama client (peer-to-peer) tanpa perlu perangkat lunak tambahan. Dengan penambahan versi file server dari perangkat lunak AppleShare, sistem klien-server (client-server) boleh dilaksanakan. Protokol Local Talk mengizinkan topologi linear bus atau topologi tree dengan menggunakan kabel pasangan berpintal. Satu kekurangan kecil untuk Local Talk adalah dari segi kecepatan. Kecepatan untuk pengiriman informasi untuk Local Talk hanya 230 Kbps.

c.    Token Ring

Protokol Jaringan Token Ring dikembangkan oleh perusahaan IBM pada pertengahan tahun 1980-an. Cara masuknya (access method) menggunakan cara pengiriman informasi di dalam suatu lingkaran.

Di dalam Token Ring, beberapa komputer dihubungkan untuk memungkinkan sinyal tinggal di sepanjang online jaringan komputer tersebut. Satu token elektronik bergerak mengelilingi lingkaran dari satu komputer ke satu komputer dan jika komputer tersebut tidak memiliki informasi untuk dikirim, ia akan bergerak melewati komputer tersebut ke stasiun kerja berikutnya. Jika komputer tersebut akan mengirimkan informasi, ia akan mengisi data atau informasi kepada token yang datang kepadanya. Token tersebut kemudian bergerak melanjutkan perjalanannya hingga ia sampai ke komputer di mana data atau informasi tersebut akan dikirim. Pada titik ini, data atau informasi tersebut akan diperoleh oleh komputer yang menerima.

Protokol Jaringan Token Ring  menghendaki topologi Star-Ring (star-wired ring) dengan petunjuk kabel pasangan berpintal (twisted pair) atau kabel fiber optik. Beroperasi pada kecepatan 4 Mbps atau 16 Mpbs.

d.   FDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) merupakan satu protokol jaringan terutama untuk menghubungkan dua atau lebih jaringan area lokal, untuk meliputi wilayah yang jauh jaraknya.

Cara masuk (access method) yang digunakan oleh FDDI juga melibatkan pengiriman token. FDDI menggunakan topologi fisik Ring kembar. Pengiriman biasanya terjadi pada salah satu dari token atau Ring, namun begitu jika terjadi kegagalan di dalam jaringan, sistem tersebut akan menggerakkan informasi secara otomatis menggunakan perjalanan jaringan yang kedua menciptakan satu jaringan baru yang lengkap.

Kelebihan yang signifikan untuk penggunaan FDDI adalah kecepatan di dalam pengiriman informasi. Beroperasi pada kecepatan 100 Mbps menggunakan kabel fiber optik.

6.      Komunikasi NIC

Metode komunikasi antara NIC dan komputer bisa melalui beberapa metode, di antaranya: Direct Memory Access (DMA), memori yang digunakan bersama-sama (Shared Memory), atau Bus Mastering.

a)      DMA Transfer

·      DMA controller mentransfer data secara langsung dari NIC ke lokasi memory yang disediakan pada komputer.

·      Terdiri atas 2 line sinyal, yaitu line untuk menerima dan line untuk acknowledgement.

·      Kekurangan dari metode ini adalah operasi CPU berhenti dan menunggu sampai transfer selesai.

·      Kebanyakan NIC tidak menggunakan DMA karena interupsinya ke CPU.

b)      Shared System Memory

·      Shared memory bisa dialokasikan pada card atau pada system.

·      Pada card, ia dipetakan ke RAM melalui base memory address dan processor merawatnya seperti lokasi memory yang lain.

·      Pada system, processor khusus pada NIC digunakan untuk memindahkan data ke dan dari suatu lokasi memory.

c)      Bus Mastering

·      NIC akan membypass CPU, mengambil control ke bus sistem dan meload data secara langsung ke sistem memory tanpa interrup ke CPU.

·      Metoda ini biasanya terdapat pada PCI bus.

7.      Cara Kerja NIC

Sebuah aliran data paralel akan dikirimkan kepada NIC dan disimpan terlebih dahulu di dalam memori dalam kartu sebelum dipaketkan menjadi beberapa frame berbeda-beda, sebelum akhirnya dapat ditransmisikan melalu media jaringan. Proses pembuatan frame ini, akan menambahkan header dan trailer terhadap data yang hendak dikirimkan, yang mengandung alamat, pensinyalan, atau informasi pengecekan kesalahan. Frame-frame tersebut akan kemudian diubah menjadi pulsa-pulsa elektronik (voltase, khusus untuk kabel tembaga), pulsa-pulsa cahaya yang dimodulasikan (untuk kabel fiber-optic), atau gelombang mikro (jika menggunakan radio/wireless).

NIC yang berada dalam pihak penerima akan memproses sinyal yang diperoleh dalam bentuk terbalik, dan mengubah sinyal-sinyal tersebut ke dalam aliran bit (untuk menjadi frame jaringan) dan mengubah bit-bit tersebut menjadi aliran data paralel dalam bus komputer penerima.

8.      Kelebihan dan Kekurangan NIC

Kelebihan NIC:

a.       Mobilitas dan produktivitas tinggi

b.      Kemudahan kecepatan instalasi

c.       Fleksibel

Kelemahan :

a.       Biaya peralatan mahal

b.      Kapasitas jaringan menghadapi keterbatasan spectrum

B.     IIC (Inter-Integrated Circuit)

1.      Pengertian IIC

IIC (Inter Integrated Circuit) adalah protokol komunikasi serial yang biasa digunakan untuk komunikasi antara IC. IIC dikembangkan oleh Philips Semiconductor sejak tahun 1992, dengan konsep dasar komunikasi 2 arah antar IC dan/atau antar sistem secara serial menggunakan dua kabel.

2.      Fitur IIC

Fitur utama IIC bus adalah sebagai berikut :

•      Sistem IIC terdiri dari saluran serial data line (SDA)  dan serial  clock  line (SCL).

•      Setiap  IC  yang  terhubung   dalam  IIC  memiliki  alamat yang  unik  yang dapat diakses secara software dengan master/slave protocol yang sederhana, dan  mampu mengakomodasikan multi master.

•      IIC merupakan serial bus dengan orientasi data 8 bit, komunikasi 2 arah, dengan kecepatan transfer data sampai 100 Kbit/s pada mode standart dan 3,4 Mbit/s pada mode kecepatan tinggi.

•      Jumlah IC yang dapat dihubungkan pada IIC bus hanya dibatasi oleh beban kapasitansi pada bus yaitu maksimum 400pF.

3.      Terminologi

a)      Master yaitu device yang memiliki inisiatif (memulai dan mengakhiri) transfer data dan yang membangkitkan sinyal clock.

b)      Slave yaitu device yang dialamati (diakses berdasarkan alamatnya) oleh Master.

c)      Multi-master yaitu sistem yang memungkinkan lebih dari satu Master melakukan initiatif transfer data dalam waktu yang bersamaan tanpa terjadi korupsi data.

d)     Arbitration yaitu prosedur yang memastikan bahwa jika ada lebih dari satu Master melakukan inisiatif transfer data secara bersamaan, hanya akan ada satu Master yang diperbole hkan dengan tanpa merusak data yang sedang ditransfer.

e)      Synchronization yaitu prosedur untuk menyelaraskan sinyal clock dari dua atau lebih device.

4.      Kondisi Bus

Berikut ini adalah defenisi kondisi bus pada sistem komunikasi serial I2C/ TWI:

a.       Bus tidak sibuk (bus not busy): menyatakan pada saat ini bus tidak sibuk yaitu pada saat jalur clock (SCL) dan jalur data (SDA) dua-duanya dalam keadaan HIGH.

b.      Mulai transfer data (start data transfer): ditandai dengan perubahan kondisi SDA dari HIGH ke LOW ketika SCL dalam kondisi HIGH.

c.       Stop transfer data (stop data transfer): ditandai dengan perubahan kondisi SDA dari LOW ke HIGH ketika SCL dalam kondisi HIGH.

d.      Data valid: data yang dikirim bit demi bit dianggap valid jika setelah START, kondisi SDA tidak berubah selama SCL HIGH, baik SDA HIGH maupun SDA LOW tergantung dari bit yang ingin ditransfer. Setiap siklus HIGH SCL baru menandakan pengiriman bit baru. Duty cycle untuk SCL tidak mesti 50%, tetapi frekuensi kemunculannya hanya ada dua macam, yaitu mode standar 100 kHz dan fast  mode atau  mode  cepat  400  kHz. Setelah SCL  mengirimkan sinyal HIGH yang kedelapan, arah transfer SDA berubah, sinyal kesembilan pada SDA ini dianggap sebagai acknowledge dari receiver ke transmitter. DS1307 hanya bisa melakukan transfer pada mode standar 100 kHz.

e.       Pemberitahuan  (Acknowledge):  setiap  receiver  wajib  mengirimkan  sinyal acknowledge atau sinyal balasan setiap selesai pengiriman 1-byte (8-bit data). Master harus memberikan eksta clock atau clock tambahan pada SCL, yaitu clock kesembilan untuk memberikan kesempatan receiver mengirimkan sinyal acknowledge  ke  transmitter  berupa  keadaan  LOW  pada  SDA  selama  SCL HIGH. Meskipun master berperan sebagai receiver, ia tetap sebagai penentu sinyal STOP. Pada bit akhir penerimaan byte terakhir, master tidak mengirimkan sinyal acknowledge, SDA dibiarkan HIGH oleh receiver dalam hal ini master, kemudian master mengubah SDA dari LOW menjadi HIGH yang berarti sinyal STOP.

5.      Mode Pengoperasian Transfer Data

Mode pengoperasian transfer data berdasarkan kondisi bit R/W, ada dua jenis transfer data yaitu: transfer data dari transmitter master ke receiver slave dan transfer data dari transmitter slave ke receiver master.

a.    Transfer Data dari Transmitter Master ke Receiver Slave

Byte pertama yang dikirimkan oleh master adalah alamat slave, setelah itu master mengirimkan sejumlah byte data. Slave atau receiver mengirimkan sinyal acknowledge setiap kali menerima 1-byte data. Pada tiap byte, bit pertama yang dikirim adalah MSB dan bit yang terakhir adalah LSB. MSB (Most Significant Bit) adalah bagian dari barisan data biner yang mempunyai nilai yang paling berarti/paling besar dan letaknya berada di bagian bit yang paling kiri. LSB (Least Significant Bit) adalah bagian dari barisan data biner yang mempunyai nilai yang paling tidak berarti/paling kecil dan letaknya berada di barisan bit yang paling kanan.

IC RTC DS1307 beroperasi dalam mode Slave Receiver Mode (Write Mode)

Mode penerima slave (Write Mode) dalam pengiriman sinyal memiliki urutan:

1)   Setelah sinyal START, master mengirim byte pertama yang terdiri dari 7-bit address IC DS1307,  yaitu  1101000  dan 1-bit  R/W,  yaitu  LOW,  karena  ini adalah operasi WRITE.

2)   Hardware pada DS1307 akan membaca address yang dikirimkan oleh master tersebut, kemudian slave dalam hal ini IC DS1307 akan memberikan bit-acknowledge pada SDA.

3)   Setelah itu master akan mengirimkan address tempat data pertama akan diakses. Address ini berbeda dengan 7-bit address tadi, ini adalah address “isi” IC DS1307, bukan address dari IC DS1307. Address ini akan disimpan dalam register  pointer  oleh  DS1307  yang  juga  mengirim  sinyal  acknowledge  ke master.

4)   Setelah itu master dapat mengirimkan sejumlah byte ke slave, dimana setiap byte dibalas dengan acknowledge oleh slave. Setiap  menerima byte baru isi register pointer ditambah satu sehingga register ini menunjuk ke alamat berikutnya dari lokasi data pada DS1307. Setelah menerima acknowledge terakhir, master akan mengirim sinyal STOP untuk mengakhiri transfer data.

Gambar 2.4. Data write – slave receiver mode (Data sheet RTC DS1307).

b.    Transfer Data dari Transmitter Slave ke Receiver Master

Meskipun master berperan sebagai receiver, byte pertama dikirimkan oleh master berupa alamat slave. Setelah itu slave meengirimkan bit acknowledge, dilanjutkan dengan pengiriman sejumlah byte dari slave ke master. Master mengirimkan bit acknowledge untuk setiap byte yang diterimanya kecuali byte terakhir. Pada akhir byte, master mengirimkan sinyal ‘not avknowledge’, setelah itu master mengirimkan sinyal STOP.

IC RTC DS1307 beroperasi dalam mode Slave Transmitter Mode (Read Mode)

Sama seperti mode write, setelah master memberikan sinyal START, ia mengirimkan byte pertama yang terdiri dari 7-bit dalam IC DS1307, yaitu 1101000, diikuti 1-bit R/W, yaitu HIGH. Setelah menerima byte pertama, slave dalam hal ini DS1307 akan mengirimkan  bit  acknowledge  pada  SDA.  Setelah  itu  slave  mulai  mengirimkan sejumlah byte ke master. Setiap byte pengiriman dibalas dengan 1-bit acknowledge oleh master. Byte  pertama  yang  dikirikan  oleh  slave  atau  DS1307  adalah  data  yang alamatnya ditunjuk oleh register pointer pada DS1307. Setiap kali pengiriman byte ke master, secara otomatis isi register pointer ditambah satu. DS1307 akan terus menerus mengirimkan byte ke master sampai master mengirimkan bit ‘not acknowledge’ diikuti dengan sinyal STOP. (Data sheet RTC DS1307).

Gambar 2.5. Data read – slave transmitter mode (Data sheet RTC DS1307).

6.      Kelebihan dan Kekurangan IIC

Kelebihan IIC

·      Dapat berkomunikasi dengan banyak device hanya menggunakan dua jalur (SDA dan SCL) secara bersamaan.

·      Tidak diperlukan setting baudrate

·      Komunikasi bisa dilakukan dengan lebih dari 2 perangkat elektronika dalam 2 bus dan untuk membedakan setiap slave digunakan pengalamatan yang berbeda-beda.

·      Terdapat hubungan master dan slave dalam setiap komunikasi. Proses pertukaran data sepenuhnya diatur oleh master.

·      Pengkabelan lebih sederhana

·      Pemakaian hanya dua kabel bidirectional. Karena efisiensi pemakaian hanya dua kabel ini, maka sistem bus IIC akan mengurangi spasi PCB dan pemakaian jumlah kaki IC sehingga menurunkan biaya produksi.

·      Meminimalkan jalur hubungan antar IC

Kekurangan IIC

·      Kecepatan transmisi data pada protocol IIC lebih lambat dari protocol SPI

C.    USB (Universal Serial Bus)

1.      Pengertian USB

USB (Universal Serial Bus) merupakan suatu teknologi yang memungkinkan kita untuk menghubungkan alat eksternal (peripheral) seperti scanner, printer, mouse, papan ketik (keyboard), alat penyimpan data (zip drive), flash disk, kamera digital atau perangkat lainnya ke komputer. USB sangat mendukung transfer data sebesar 12 Mbps ( juta bit per detik).

2.      Generasi USB

USB ditemukan oleh Ajay V. Bhatt, seorang arsitek komputer India-Amerika. Ia lahir di India dan sekarang bertempat tinggal di Oregon, USA.

Adapun perkembangan USB, yaitu:

a.       USB 1.0

USB 1.0 (1995) yang ditawarkan kepada pengguna adalah pada kadar kecepatan hanya 1.5 Mbit sesaat (kecepatan-rendah) dan 12 Mbit sesaat untuk kecepatan tinggi. Pada generasi ini di kenal beberapa versi, yaitu USB 1.0 FDR dilancarkan November 1995, pada tahun yang sama Apple menggunakan piawaian IEEE 1394 yang dikenali sebagai FireWire, dan USB 1.0 dilancarkan Januari 1996, serta USB 1.1 dilancarkan pada September 1998.

b.      USB 2.0

USB 2.0 (April 2000) yang memperkenalkan kecepatan 480 Mbit/s (kecepatan tinggi) untuk pemindahan data. USB 2.0 merupakan teknologi yang banyak digunakan masa kini. Teknologi USB yang paling digemari adalah teknologi USB flash drive. Sebuah teknologi memory yang benar-benar ada karena kebutuhan pasar. Dengan kapasitasnya yang besar, ukuran yang kecil, serta kecepatan yang baik, USB Flash drive banyak diminati oleh masyarakat. USB Flash drive berfungsi sebagai media penyimpanan yang portable. 

c.       USB 3.0

Berbeda dengan USB 2.0, teknologi USB 3.0 diperkenalkan sejak tahun 2007. Keunggulan yang diusung oleh USB 3.0 bila dibandingkan USB 2.0 adalah kecepatan transfer datanya (transfer rate) yang mampu mencapai 5 Gbit/detik. Perbedaan lain adalah permasalahan panjang kabel data. Jika pada USB 2.0, disarankan manambah panjang kabel dengan maksimal 3m untuk menjaga kecepatan transfer data tetap akurat. Di USB 3.0, panjang kabel bukan lagi faktor yang mempengaruhi kecepatan transfer data. Selain itu, USB 2.0 memerlukan suplai maksimal daya sebesar 900 mA.

Kelebihan lain USB 3.0 dibandingan dengan USB 2.0 adalah sifatnya yang full duplex, artinya bahwa USB host dapat melakukan send and receive data secara terus menerus. Sedangkan untuk pin steker, USB 3.0 memiliki pin berjumlah 5 buah. Salah satu kekurangan USB 3.0 adalah belum ada dukungan dari sistem operasi.

3.      Tipe Port USB

a.    USB Type-A

USB Tipe-A juga dikenal dengan USB standard A. USB ini telah didesain dengan bentuk standard persegi panjang dan datar. Pada USB tipe A ini memiliki dua bagian penting yaitu konektor dan port. Port USB tipe A ini banyak dijumpai pada perangkat elektronik seperti yang terdapat pada komputer desktop, laptop, konsol game, media player dan sebagainya. 

b.    USB Type-B

Konektor tipe-B adalah ujung kabel USB standard yang dihubungkan ke perangkat periferal (seperti printer, telepon, atau hard drive eksternal).

Berikut beberapa desain dari USB tipe B:

1)   Standard asli (Standard-B). Pada desain pertamanya dibuat untuk USB 1.1 dan juga digunakan dalam USB 2.0. Sebagain besar dari desain ini digunakan untuk menghubungkan perangkat periferal yang besar, seperti printer atau scanner ke komputer.

2)   Mini-USB (Mini-B USB). Secara signifikan memiliki bentuk desain lebih kecil, portMini-USB Type-B ditemukan dalam perangkat portabel yang lebih tua, seperti kamera digital, smartphone, dan drive portable yang lebih tua.

3)   Micro-USB (atau Micro-B USB). Sedikit lebih kecil dari Mini-USB, port Micro-USB Type-B merupakan desain port USB yang paling populer untuk smartphone terbaru dan tablet.

4)   Micro-USB 3.0 (atau Micro-B USB 3.0). Desain terluas dan sebagian besar digunakan untuk USB 3.0 drive portable.

5)   Standar-B USB 3.0. Desain ini sangat mirip dengan standar-B, bagaimanapun perangkat ini dirancang untuk menangani kecepatan pada USB 3.0.

c.    USB Type-C

Secara fisik, port dan konektor pada tipe-C memiliki ukuran yang sama seperti yang pada USB Micro-B. Pada tipe-C, kabel USB memiliki kedua ujung yang sama sehingga tidak perlu khawatir akan terbalik.

USB tipe C mendukung USB 3.1 dengan kecepatan tertinggi hingga 10Gbps dan memiliki daya output lebih tinggi hingga 20V (100W) dan 5A. Apple terbaru 12-inch Macbook adalah notebook pertama yang menggabungkan port USB Type-C sebagai kekuatannya.

USB-C memungkinkan vendor penyimpanan untuk membuat bus-powered (ada adaptor daya yang terpisah diperlukan) hard drive eksternal kapasitas yang jauh lebih besar, karena memberikan daya yang cukup untuk menjalankan satu atau bahkan beberapa desktop hard drive.

USB tipe C juga memungkinkan untuk menggunakan port bi-directional, sehingga selain pengisian perangkat periferal, jika memungkinkan, sebuah perangkat periferal juga bisa mengisi perangkat host. USB tipe C ini juga secara signifikan akan mengurangi jumlah kabel yang diperlukan untuk membuat perangkat kerja.

4.      Kabel USB

Kabel USB jika dibuka akan terlihat ada 4 warna, yaitu merah, putih, hijau dan hitam. Kabel berwarna merah dan hitam berfungsi sebagai power/arus listrik. Kabel berwarna putih dan hijau berfungsi untuk membawa/mentransfer data. Dalam acuan baku ditentukan persyaratan yang sangat ketat untuk kabel USB, tidak sembarang kabel bisa dipakai, lebih-lebih untuk USB dengan kecepatan transfer data penuh sampai 2 Mega bps. Sehingga kabel USB selalu dijual dalam bentuk sudah jadi, ujung yang satu terpasang konektor type A dan ujung yang satunya terpasang konektor type B.

5.      Fungsi PIN USB

Standar warna PIN USB adalah sebagai berikut :

Nomor PIN	Warna Kabel	Fungsi
1	Merah	Vbus (+5V)
2	Putih	D-
3	Hijau	D+
4	Hitam	Ground

USB mempunyai empat pin. Dua pin untuk power dan dua pin untuk jalur data. Pin 1 sebagai penyuplai power dengan tegangan +5 Volt DC, sedangkan untuk Ground-nya ada di Pin 4. Sehingga kombinasi dari kedua pin ini adalah tenaga/power, misalkan untuk charger ponsel, dan lain-lain. Sedangkan Pin 2 dan 3 untuk mengirim dan menerima data.

6.      Prinsip Kerja USB

Ketika host (komputer) mencatu perangkat USB, host mendata perangkat yang terhubung ke bus USB dan menyiapkan alamat memori untuk masing-masing perangkat tersebut. Proses tersebut disebut enumerasi.

Perangkat USB tersebut juga langsung diinisialisasi oleh host ketika terhubung ke bus USB. Host juga mencoba mencari dan memilihkan tipe transfer data apa yang cocok untuk perangkat tersebut, sebagai contoh :

a.       Interrupt, untuk perangkat yang hanya memerlukan transfer data kecil, seperti mouse dan keyboard.

b.      Bulk, untuk perangkat yang memerlukan transfer data yang besar, seperti printer.

c.       Isochronous, untuk perangkat yang memerlukan transfer data dua arah dan memerlukan resolusi tinggi, seperti speaker dan webcam.

Host dapat juga mengirim perintah dan mendata parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan control packet, setelah perangkat di data oleh host kemudian mengatur total bandwidth yang diperlukan oleh perangkat yang menggunakan mode isochronous dan interrupt.

Perangkat dengan mode transfer data tersebut dapat menggunakan sampai 90% dari total 480 Mbps yang disediakan port USB. Setelah 90% bandwidth tersebut dipakai, host akan menolak akses ke perangkat isochronous dan interrupt yang lain. Control Packet dan paket untuk transfer data tipe bulk kemudian menggunakan total bandwidth yang tersisa tersebut (sedikitnya 10%).

USB membagi bandwidth yang tersisa dalam betuk frame-frame, host kemudian mengontrol frame-frame tersebut. Frame mengandung 1500 byte yang terbentuk setiap milidetik dalam frame, perangkat dengan mode transfer data isochronous dan interrupt mendapatkan jatah bandwidth tersendiri sesuai dengan kebutuhan bandwidth perangkat tersebut.

7.      Sinyal USB

Kabel USB terdiri dari 4 utas kabel ditambah konduktor pembungkus kabel, seperti pelindung yang biasanya dijumpai dalam kabel audio. Kabel no 1 digunakan untuk menyalurkan sumber daya dengan tegangan 5 Volt, jika diperlukan pealatan USB boleh mengambil daya dari saluran ini dan tidak boleh lebih dari 100 mA. Komputer yang dilengkapi dengan kemampuan USB, wajib menyediakan daya sebesar 100 mA untuk keperluan ini. Peralatan USB yang memerlukan daya lebih dari ketentuan tersebut di atas, harus menyediakan sendiri sumber daya untuk keperluan kerja peralatan tersebut.

Kabel no 4 adalah ground sebagai saluran balik sumber tegangan 5 Volt. Kabel no 2 dan 3 dipakai untuk pengiriman sinyal. Kabel no 2 bernama D- dan kabel no 3 bernama D+, tegangan pada kedua saluran ini berubah antara 0 Volt dan 3.3 Volt. Sinyal digital yang dikirim melalui dua saluran ini dikatakan sebagai “different signal”, artinya sinyal digital ‘0’ atau ‘1’ tidak dinyatakan dengan besarnya tegangan pada saluran tersebut terhadap ground, seperti halnya sinyal digital yang dipakai dalam IC TTL (Transistor Transitor Logic) atau dalam saluran RS232.

Sinyal digital dinyatakan dengan perbedaan tegangan antara dua kabel tersebut. Jika tegangan pada saluran D+ lebih tinggi dari tegangan pada saluran D-, maka informasi yang dikirimkan adalah sinyal digital ‘1’, sebaliknya sinyal digital ‘0’ dinyatakan dengan tegangan pada D+ < tegangan pada D-.

Full Speed Device with pull up resistor connected to D+

Low Speed Device with pull up resistor connected to D-

Untuk membedakan kecepatan transmisi data, pada saluran peralatan USB dipasangkan tahanan ke +3.3 Volt dengan cara yang berlainan. Pada peralatan USB kecepatan rendah pada saluran D- dipasangkan tahanan ke +3.3 Volt, atau dalam keadaan tidak ada pengiriman informasi, saluran ini dalam keadaan ‘0’. Untuk peralatan USB kecepatan penuh, tahanan tersebut dihubungkan pada saluran D+, sehingga dalam keadaan tidak ada pengiriman data saluran ini dalam keadaan ‘1’.

8.      Kelebihan dan Kekurangan USB

a.    Kelebihan USB

1)      Komputer bisa diposisikan menjadi sebuah host.

2)      Lebih dari 127 perangkat dapat tersambung ke komputer secara langsung maupun menggunakan  hub USB.

3)      Kabel USB yang digunakan secara langsung bisa mencapai 5 meter, sedangkan jika menggunakan perangkat hub bisa mencapai 30 meter.

4)      Perangkat USB bersifat “hot swappable” artinya perangkat keras yang sudah menggunakan port USB bersifat plug and play. 

5)      Mendukung 3 tipe kecepatan, yaitu low, full dan high speed.

6)      Adanya powerdown (suspend), apabila tidak digunakan, secara otomatis, peralatan USB akan mengalami suspend, sehingga konsumsi daya bisa lebih kecil.

7)      USB mensuply daya ke peralatan USB dengan arus sebesar 500 mA. Sehingga apabila sebuah peralatan memerlukan daya sebesar 500 mA, maka peralatan tersebut tidak memerlukan tambahan daya.

8)      USB bersifat multiplatform, yaitu mendukung hampir semua sistem operasi.

b.    Kekurangan USB

1)      Panjang kabel untuk koneksi ke USB relatif pendek apabila dibandingkan interface lain. 

2)      Tidak cocok untuk periferal dengan bandwith tinggi.

3)      Membutuhkan Windows 98 ke atas untuk kompatibilitas secara penuh.

4)      Kemampuan mentransfer data masih relatif rendah, sekitar 12 Mbps.

D.    Bluetooth

1.      Pengertian Bluetooth

Bluetooth adalah sebuah teknologi komunikasi wireless (tanpa kabel) yang beroperasi dalam pita frekuensi 2,4 GHz unlicensed ISM (Industrial, Scientific and Medical) dengan menggunakan sebuah frequency hopping tranceiver yang mampu menyediakan layanan komunikasi data dan suara secara real-time antara host-host bluetooth dengan jarak jangkauan layanan yang terbatas. Bluetooth sendiri dapat berupa card yang bentuk dan fungsinya hampir sama dengan card yang digunakan untuk Wireless Local Area Network (WLAN) dimana menggunakan frekuensi radio standar IEEE 802.11, hanya saja pada bluetooth mempunyai jangkauan jarak layanan yang lebih pendek dan kemampuan transfer data yang lebih rendah.

2.      Perkembangan Bluetooth

Bluetooth dalam perkembangannya telah melakukan banyak perubahan mulai dari v1.0 sampai v4.0. versi awal yaitu v1.0 dan v1.0B mengalami kegagalan karena perangkat dan teknologi yang belum begitu banyak digunakan.

a.       Bluetooth versi 1.1 dan 1.2

Bluetooth v1.1

·      Dibutuhkan perintah manual pada Hardware Device Address (BD-ADDR) transmisi saat proses koneksi di antara dua device dalam satu jaringan (handshaking process).

·      Keamanan pengguna tidak terjamin

·      Penggunaan protokol tanpa nama (anonymite mode) tidak dimungkinkan.

Bluetooth v1.2

·       Mengalami kesuksesan  untuk teknologi wireless. Versi ini memiliki kecepatan 721 Kbit/s.

·       Digunakannya masks pada perangkat Hardware Device Address (BD-ASSR) untuk melindungi pengguna dari identity snooping (pengintai) maupun tracker.

·       Penggunaan protokol tanpa nama (anonymite mode) sudah tersedia namun tidak diimplementasikan, sehingga konsumen biasa tidak dapat menggunakannya. 

·       Adaptive Frequency Hopping (AFH), dengan memperbaiki daya tahan dari gangguan frekuensi radio yang digunakan oleh banyak orang di dalam hopping sequence.

b.      Bluetooth versi 2.0 + EDR

Bluetooth v2.0 + EDR ini diperkenalkan pada tahun 2004. Versi ini menggunakan teknologi Enchanced Data Rate (EDR) yang medukung kecepatan transfer data hingga 3Mbit/s, meskipun pada prakteknya kecepatan hanya 2,1 Mbit/s.

·       Diperkenalkannya Non-hopping narrowband channels. Pada channel ini bisa digunakan untuk memperkenalkan layanan profile bluetooth oleh berbagai device dengan volume yang sangat tinggi dari perangkat bluetooth secara simultan. 

·       Tidak dienkripsinya informasi yang bersifat umum secara realtime, sehingga dasar kemacetan trafik informasi dan laju trafik ke tujuan dapat dihindari waktu ditransmisikan oleh perangkat dengan melewati setiap host dengan kecepatan tinggi.

·       Koneksi berkecepatan tinggi. 

·       Multiple speeds level.

c.       Bluetooth versi 2.1 + EDR

Setelah 3 tahun peluncuran v2.0 + EDR, SIG meluncurkan Bluetooth v2.1 + EDR yang mendukung penuh kompabilitas terhadap versi sebelumnya. Dengan menggunakan teknologi Secure Simple Pairing (SSP) yang meningkatkan kemampuan pengiriman dan penerimaan sinyal antar perangkat. Versi 2.1 juga memperkenalkan fitur Extended Inquiry Response (EIR) yang memberikan informasi sebelum pairing dengan perangkat lain. Teknologi ini memungkinkan penyaringan yang lebih baik sehingga dapat menghemat penggunaan daya.

d.      Bluetooth versi 3.0 + HS

Bluetooth v3.0 + HS diperkenalkan pada 21 April 2009 yang mempunyai kecepatan hingga 24 Mbit/s. Pada versi 3.0 + Hs ini link Bluetooth hanya digunakan untuk pairing dan mpembentukan jalur akses data, sementara pengiriman dan penerimaan data menggunakan link wireless 802.11 (seperti wifi). Fitur baru dari v3.0 + Hs ini adalah Alternate MAC/PHY (AMP) yang memberikan dukungan link 802.11 untuk transfer data lebih cepat. (HS pada versi ini merupakan singkatan High Speed yang melalui penggunaan link 802.11).

e.       Bluetooth versi 4.0

Pada versi 4.0 ini teknologi dengan penggunaan daya rendah menjadi bahasan utama. Bluetooth Low Energy (BLE) adalah teknologi terbaru yang terdapat di v4.0 ini. Dengan konsumsi daya yang kecil, waktu pemakaian yang lebih lama, biaya produksi yang rendah, jangkauan yang lebih besar serta kecepatan hingga 1Mbit/s mejadi keunggulan Bluetooth v4.0 ini. BLE tidak digunakan pada semua perangkat oleh karena itu Bluetooth v4.0 menggunakan teknologi Dual Mode, yaitu mengaktifkan dua tipe wireless. Koneksi wireless Bluetooth Classic yang masih banyak digunakan pada perangkat yang ada dan BLE sebagai standar baru penggunaan koneksi wireless.

3.      Fungsi Bluetooth

Bluetooth mempunyai beberapa fungsi pada sebuah komputer, yaitu:

a.    Mengirimkan dan mentransfer file

b.    Mencetak dokumen dengan menggunakan wireless printer

c.    Menggunakan mouse wireless

d.   Menggunakan perangkat audio Bluetooth handsfree dan headphone

e.    Konektivitas wireless speaker

f.     Sebagai Modem

4.      Protokol Bluetooth

Protokol - protokol bluetooth dimaksudkan untuk mempercepat pengembangan aplikasi - aplikasi dengan menggunakan teknologi bluetooth. Layer - layer bawah pada stack protokol bluetooth dirancang untuk menyediakan suatu dasar yang fleksibel untuk pengembangan protokol yang lebih lanjut. Secara fungsional Bluetooth dibagi menjadi beberapa protokol lapisan, yaitu:

a.    Bluetooth Radio

Bluetooth radio, adalah lapis terendah dari spesifikasi Bluetooth. Sistem radio bluetooth mengatur penggunaan spektrum frekuensi yang digunakan oleh Transmitter perangkat bluetooth, dimana sistem bluetooth beroperasi pada spektrum 2.4 GHz yang disebut industrial, scientific dan medical (ISM) band. Spasi kanal yang digunakan adalah 1MHz pada spektrum 2400 – 2483,5 MHz dan untuk menghindari terjadinya perubahan regulasi tiap negara maka dibutuhkan Lower Guard Band (LGB) 2 Mhz dan Upper Guard Band (UGB) 3,5 MHz.

b.    Baseband

Baseband merupakan lapisan yang memungkinkan hubungan RF terjadi antara beberapa unit Bluetooth membentuk piconet. Sistem RF dari bluetooth ini menggunakan frekuensi-hopping-spread spectrum yang mengirimkan data dalam bentuk paket pada time slot dan frekuensi yang telah ditentukan, lapis ini melakukan prosedur pemeriksaan dan paging untuk sinkronisasi transmisi frekuensi hopping dan clock dari perangkat bluetooth yang berbeda. Pada level baseband, ketika dua perangkat sudah terhubung oleh link bluetooth, satu perangkat bertindak sebagai master dan yang lain bertindak sebagai slave. Sebuah master dapat berhubungan sekaligus dengan 7 buah active slave dan dapat juga berhubungan sampai dengan 255 parked slaves. Beberapa slave yang terhubung dengan sebuah master dinamakan piconet. Unit baseband atau disebut link control unit, adalah perangkat keras yang memfasilitasi hubungan RF diantara perangkat bluetooth.

c.    Link Manager Protocol (LMP)

Link Manager Protocol, bertanggung jawab terhadap link set-up antar perangkat Bluetooth. Hal ini termasuk aspek security seperti autentifikasi dan enkripsi dengan pembangkitan, penukaran dan pemeriksaan ukuran paket dari lapis baseband.

d.   Pustaka Application Program Interface (API) 

API merupakan modul-modul software yang menghubungkan program aplikasi yang ada di host dengan sistem komunikasi Bluetooth yang ada. Contohnya adalah PPP (pada TCP/IP) dan OBEX (pada Inframerah).

e.    Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP)

L2CAP ini merupakan otak dari sistem Bluetooth. Fungsinya adalah untuk mengatur aspek tingkat tinggi dari masing-masing koneksi misalnya siapa sedang terhubung dengan siapa, apakah koneksi tersebut menggunakan enkripsi atau tidak, tingkat performansi apa yang dibutuhkan dan sebagainya. Selain itu L2CAP juga bertanggung jawab terhadap proses konversi format data yang timbul antara berbagai API diatasnya dengan protocol Bluetooth yang lebih rendah. L2CAP ini diimplementasikan dalam bentuk software dan dapat dieksekusi baik dari sistem host maupun oleh prosesor local dalam sistem Bluetooth.

Protocol Layer	Protocols in the stack
Bluetooth Core Protocols	Baseband, LMP, L2CAP, SDP
Cable Replacement Protocol	RFCOMM
Telephony Control Protocols	TCS Binary, AT-commands
Adopted Protocols	PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC, WAE

Tabel: Protokol-protokol dan layer-layer di stack protokol bluetooth

5.      Prinsip Kerja Bluetooth

Bluetooth beroperasi pada frekuensi 2,45 gigahertz (tepatnya antara 2,402 dan 2.480 GHz). Pita frekuensi ini telah disisihkan oleh kesepakatan internasional untuk penggunaan perangkat industri, ilmiah, dan medis (ISM - industrial, scientific and medical).

Protokol bluetooth menggunakan sebuah kombinasi antara circuit switching dan packet switching. Bluetooth dapat mendukung sebuah kanal data asinkron, tiga kanal suara sinkron simultan atau sebuah kanal dimana secara bersamaan mendukung layanan data asinkron dan suara sinkron. Setiap kanal suara mendukung sebuah kanal suara sinkron 64 kb/s. Kanal asinkron dapat mendukung kecepatan maksimal 723,2 kb/s asimetris, dimana untuk arah sebaliknya dapat mendukung sampai dengan kecepatan 57,6 kb/s. Sedangkan untuk mode simetris dapat mendukung sampai dengan kecepatan 433,9 kb/s.

Sebuah perangkat yang memiliki teknologi wireless bluetooth akan mempunyai kemampuan untuk melakukan pertukaran informasi dengan jarak jangkauan sampai dengan 10 meter (~30 feet), bahkan untuk daya kelas 1 bisa sampai pada jarak 100 meter.

Sistem bluetooth terdiri dari sebuah radio transceiver, baseband link Management dan Control, Baseband (processor core, SRAM, UART, PCM USB Interface), flash dan voice code sebuah link manager. Baseband link controller menghubungkan perangkat keras radio ke baseband processing dan layer protokol fisik. Link manager melakukan aktivitas-aktivitas protokol tingkat tinggi seperti melakukan link setup, autentikasi dan konfigurasi.

Gambar: Blok fungsional sistem bluetooth.

Gambar: Proses distribusi aliran data dari antena sampai host pada teknologi bluetooth

6.      Komunikasi RF Pada Spektrum Frekuensi 2.4 GHz

Sistem Bluetooth bekerja pada frekuensi 2.402 GHz sampai 2.480 GHz, dengan 79 kanal RF yang masing-masing mempunyai spasi kanal selebar 1 MHz, menggunakan sistem TDD (Time-Division Duplex). Secara global alokasi frekuensi bluetooth telah tersedia, namun untuk berbagai negara pengalokasian frekuensi secara tepat dan lebar pita frekuensi yang digunakan berbeda.

Penggunaan spektrum frekuensi 2.4 GHz secara global belum diatur. Namun ada beberapa persyaratan yang harus diikuti dalam penggunaannya. Hal ini meliputi:

·       Spektrum dibagi menjadi 79 kanal frekuensi

·       Bandwidth dibatasi sampai 1 MHz per kanal.

·       Penggunaan frekuensi hopping dalam metode pengiriman datanya.

·       Interferensi harus dapat diatasi dan ditangani dengan baik.

Komunikasi RF banyak menggunakan spektrum frekuensi ini, seperti HomeRF (sebuah spesifikasi untuk komunikasi RF dalam lingkungan perumahan), dan juga IEEE 802.11 yang menggunakan spektrum ini untuk spesifikasi dari teknologi Wireless LAN. Oven microwave juga beroperasi dalam range frekuensi ini, karena spectrum frekuensi ini belum dilisensikan, maka banyak teknologi yang menggunakannya, sehingga radio interferensi sangat memungkinkan untuk terjadi. Oleh karena itu persyaratan dan pengalamatan mutlak diperlukan bagi teknologi yang menggunakan spektrum 2.4 GHz ini.

Komunikasi bluetooth didesain untuk memberikan keuntungan yang optimal dari tersedianya spektrum ini dan mengurangi interferensi RF. Semuanya itu akan terjadi karena bluetooth beroperasi menggunakan level energi yang rendah.

7.      Fungsi Security

Bluetooth dirancang untuk memiliki fitur-fitur keamanan sehingga dapat digunakan secara aman baik dalam lingkungan bisnis maupun rumah tangga. Fitur-fitur yang disediakan bluetooth antara lain sebagai berikut:

·       Enkripsi data. 

·       Autentikasi user 

·       Fast frekuensi-hopping (1600 hops/sec) 

·       Output power control 

Fitur-fitur tersebut menyediakan fungsi-fungsi keamanan dari tingkat keamanan layer fisik/ radio yaitu gangguan dari penyadapan sampai dengan tingkat keamanan layer yang lebih tinggi seperti password dan PIN. 

8.      Kelebihan dan Kekurangan Bluetooth

a.    Kelebihan Bluetooth

1)   Media komunikasi yang praktis karena tidak membutuhkan kabel

2)   Dapat melakukan sinkronisasi data dari perangkat mobile dengan komputer atau laptop

3)   Transfer file secara gratis

4)   Sinyal bluetooth dapat menembus dinding, kotak, kayu dan lain- lain

5)   Dapat melakukan hal-hal yang dapat dilakukan oleh kabel data

·         Sikronisasi database seperti kontak, pesan, dsb dengan komputer

·         Sebagai media transfer paket data pada modem

6)   Jangkauan lumayan luas yaitu sampai radius 10m selama tidak ada gangguan elektromagnetis di sekitar area transfer

7)   Dapat dimanfaatkan untuk multiplayer pada game-game tertentu

b.    Kekurangan Bluetooth

1)   Jarak komunikasi terbatas

2)   Menggunakan frekuensi yang sama dengan sinyal wifi

3)   Banyak virus yang tersebar melalui media bluetooth

4)   Kecepatan transfer tidak stabil karena tergantung dari perangkat pengirim dan penerima

E.     I/O Interface

1.      Pengertian I/O Interface

I/O interface adalah peralatan yang dimana informasi dapat masuk  dan keluar dari perangkat seperti komputer. Dalam komputasi input output adalah komunikasi antara system pengolahan informasi dan dunia luar. Input adalah sinyal atau data yang diterima oleh system dan output adalah sinyal atau data yang dikirim dari itu. 

2.      Fungsi I/O Interface

Fungsi dari I/O interface, yaitu:

•      Penyedia status piranti I/O bagi CPU

•      Memiliki kemampuan interupsi / DMA

•      Mentransfer instruksi CPU ke piranti

•      Sebagai buffer storage data transfer

•      Melakukan pengujian kesamaan data

•      Mengkonversi data paralel ke serial, Encoding karakter F1, F2, BACKSPACE, DELETE dan lain-lain

•      Menyediakan sinyal status operasi

3.      Komponen I/O

Komponen input/ouput merupakan suatu rangkaian masukan atau keluaran dengan berbagai macam bentuk dan karakter yang berbeda-beda serta bekerja dengan level tegangan yang bervariasi. Komponen input/ouput agar dapat bekerja dan berhubungan dengan mikroprosesor dilengkapi dengan rangkaian antar muka (interface). Rangkaian interface dapat diartikan sebagai rangkaian penghubung yang menghubungkan antara komponen yang satu dengan komponen yang lainnya, sehingga dapat dilakukan transfer data antara komponen-komponen tersebut. Ini dapat dibangun atau dirancang dengan  rangkaian perangkat keras dan perangkat lunak (program).

Dalam proses interfacing antara sistem mikroprosesor dengan piranti luar dibutuhkan beberapa fungsi seperti, data buffering, address decoding, command decoding, status decoding, dan sistem control dan timing. Semua ini dibutuhkan untuk mensinkronikasikan kerja sistem supaya sinergi. Karena tanpa pengendali dan sinkronisasi menyebabkan berbagai masalah akan timbul dalam proses input/output. Masalah-masalah ini disebabkan oleh perbedaan  kecepatan operasi, perbedaan level sinyal atau tegangan yang dibutuhkan, keanekaragaman peripheral dan berbagai karakternya, dan stuktur sinyal yang kompleks. Oleh karena itu dibutuhkan suatu bagian input/output yang sesuai. Komunikasi antara komponen I/O dengan mikroprtosesor tidak jauh berbeda antara komunikasi memori dengan mikroprosesor, hanya pada I/O prosesnya lebih kompleks dari pada memori. Dibawah ini digambarkan hubungan antara mikroprosesor dengan komponen input/output dan peripheral.

Gambar: Diagram blok hubungan mikroprosesor dengan komponen I/O dan peripheral

4.      I/O Device

Perangkat I/O dapat dibedakan berdasarkan :

a.    Sifat aliran data

Berdasarkan aliran data dibedakan menjadi :

1)      Perangkat berorientasi blok (block-oriented devices)

Menyimpan informasi dan menukarkan (menerima/mengirim) informasi sebagai blok-blok berukuran tetap. Tiap blok mempunyai alamat tersendiri. Ukuran blok dapat beragam antara 128 s/d 1024 byte.

Ciri utamanya adalah : dimungkinkan membaca/menulis blok-blok secara independent, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain.

Contohnya : disk, tape, CD ROM, Optical disk

2)      Perangkat berorientasi karakter (character-oriented devices)

Mengirim atau menerima karakter dan tanpa peduli membentuk suatu struktur blok, not addresable dan tidak mempunyai operasi seek.

Contohnya : terminals, line printer, punch card, network interfaces, pita kertas, mouse

b.    Sasaran komunikasi

Berdasarkan sasaran komunikasi dibedakan menjadi :

1)   Perangkat yang terbaca oleh manusia (human readable device)

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan manusia. Contoh:  VDT (Video Display Terminal) terdiri dari monitor, keyboard, mouse, dan lain-lain.

2)   Perangkat yang terbaca oleh mesin (machine readable device)

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan perangkat elektronik. Contoh: disk, tape, sensor, controller, aktuator.

3)   Komunikasi

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh. Contoh: modem.

5.      Metode Operasi Sistem I/O

a.    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.

Karakteristik:

1)      Program tersebut digunakan untuk memulai, mengarahkan dan menghentikan operasi operasi I/O.

2)      Membutuhkan sejumlah perangkat keras (register) yaitu:

·      Register status, berisi status piranti I/O dan data yang akan dikirimkan.

·      Register   buffer, menyimpan data  sementara sampai CPU siap menerimanya.

·      Pointer buffer, menunjuk ke lokasi memori di mana sebuah  karakter harus ditulis  atau  dan  mana karakter tersebut harus dibaca.

·      Counter data, tempat penyimpanan jumlah karakter dan akan berkurang nilainya jika karakter ditransfer.

3)      Membutuhan waktu  proses yang lama dan tidak efisien dalarn pemanfaatan CPU.

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.

b.   I/O Interupsi (Demand Driven)

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 maka akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah selesai.

Karakteristik:

1)      Lebih efisien dalam pemanfaatan CPU, karena tidak harus menguji status dari piranti.

2)      Interupsi  dapat  berasal  dari  piranti  I/O

Interupsi perangkat  keras  misalnya: timer,  memori, power supply.

Interupsi perangkat lunak misalnya: overflow,   opcode/data  yang  ilegal,  pembagian dengan nol.

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.

c.    Direct Memory Access (DMA)

DMA berfungsi membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan I/O device. Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan DMA Controller dengan mengirimkan informasi berikut :

a.       perintah penulisan / pembacaan

b.      alamat I/O device

c.       awal lokasi memori yang ditulis / dibaca

d.      jumlah word / byte yang ditulis / dibaca

Setelah mengirimkan informasi itu ke DMA Controller, pemroses dapat melanjutkan kerja lain. Pemroses mendelegasikan operasi I/O ke DMA. DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke / dari memori secara langsung tanpa melewati pemroses. Ketika transfer data selesai, DMA mengirimkan sinyal interupsi ke pemroses. Pemroses hanya dilibatkan pada awal dan akhir transfer data.

Operasi transfer antara perangkat dan memori utama dilakukan sepenuhnya oleh DMA, lepas dari pemroses dan hanya melakukan interupsi bila operasi telah selesai.

Keuntungan DMA :

a.       peningkatan kinerja prosesor atau I/O

b.      meminimasikan over head

6.      Metode Pengaksesan Sistem I/O

Terdapat dua macam metode pengaksesan sistem I/O yang tertuang dalam instruksi I/O, yaitu:

1)   Memory-mapped I/O

Piranti  I/O  dihubungkan  sebagai  lokasi  memori  virtual dimana port I/O tergantung memori utama.

Karakteristik:

·       Port I/O dihubungkan ke bus alamat.

·       Piranti    input    sebagai   bagian   memori   yang memberikan data ke bus data. Piranti output sebagai bagian memori yang memiliki data yang tersimpan di dalamnya.

·       Port I/O menempati lokasi tertentu pada ruang alamat dan diakses seolah-olah adalah lokasi memori.

Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun memakan banyak ruang memori alamat.

2)   Isolated I/O

Piranti I/O dihubungkan sebagai lokasi terpisah dengan lokasi memori,  dimana port I/O tidak tergantung pada memori utama.

Karakteristik:

·       Port I/O tidak tergantung memori utama.

·       Transfer informasi dilakukan di bawah kendali sinyal kontrol yang menggunakan instruksi INPUT dan OUTPUT.

·       Operasi I/O tergantung sinyal kendali dari CPU.

·       lnstruksi I/O mengaktifkan baris kendali read/write pada port I/O, sedangkan instruksi memori akan mengaktifkan baris kendali read/write pada memori.

·       Ruang memori dan ruang alamat I/O menyatu, sehingga dapat memiliki alamat yang sama.

Kelebihan dan kekurangan:

·       I/O mapped I/O Iebih cepat dan efisien, karena lokasi I/O terpisah dengan lokasi memori.

·       I/O mapped I/O mempunyai keterbatasan jumlah instruksi yang dapat digunakan untuk operasi I/O.

7.      Transfer Data

Transfer data perangkat input/output terdapat dua macam yaitu, format transfer dan mode transfer.

a.       Format Transfer

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

·         Serial : data dikirim secara berurutan dalam satu baris komunikasi 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.

b.      Mode Transfer

·         Synchronous

Merupakan mode komunikasi serial yang pengiriman tiap bit data dilakukan dengan menggunakan clock sinkronisasi.

·         Asynchronous

Sistem komunikasi tidak menggunakan clock, tetapi menggunakan baudrate yang telah disepakati oleh masing-masing sistem yang akan berkomunikasi

8.      Prinsip Software I/O

Ide Dasar : mengorganisasikan software dalam beberapa layer dimana level bawah menyembunyikan akses/kepelikan hardware untuk level diatasnya. Level atas membuat interface yang baik ke user.

Tujuan Software I/O:

a.       Konsep dalam desain software I/O

b.      Penamaan yang seragam/Uniform Naming

c.       Penanganan kesalahan/Error Handling

d.      Synchronous (blocking) vs Asynchronous (Interrupt Driver) transfer

e.       Sharable vs Dedicated Device

Tujuan  diatas dapat dicapai dengan memisahkan software I/O menjadi 4 layers, yaitu :

a.      Interrupt Handler

Interrupt harus disembunyikan agar tidak terlihat rutin berikutnya. Device driver di blok saat perintah I/O diberikan dan menunggu interupsi. Ketika interupsi terjadi, prosedur penanganan interupsi bekerja agar device driver keluar dari state blocked.

b.      Device Drivers

Seluruh kode device dependent terletak di device driver. Tiap device driver menangani satu tipe / satu kelas device. Tugas dari device driver untuk menerima permintaan abstrak dari software device independent diatasnya dan melakukan layanan sesuai permintaan / mengeksekusinya.

c.       Device-Independent I/O Software

I/O device-independent adalah : software I/O yang tak bergantung pada perangkat keras.

Fungsi dari software I/O device-independent yang biasa dilakukan :

1)        Interface seragam untuk seluruh device-driver

2)        Penamaan device

3)        Proteksi device

4)        Memberi ukuran blok device agar bersifat device-independent

5)        Melakukan Buffering

6)        Alokasi penyimpanan pada blok devices

7)        Alokasi dan pelepasan dedicated devices

8)        Pelaporan kesalahan

d.      User-Space I/O Software

      Sebagian besar software I/O berada di dalam sistem operasi yang di link dengan user program. System call termasuk I/O, biasanya dalam bentuk prosedur (library procedures). Contoh : count = write (fd, buffer, nbytes). I/O prosedur dengan level lebih tinggi. Contoh: printf (memformat output dahulu kemudian panggil write).