bab 2 landasan teori 2.1. braille -...
TRANSCRIPT
5
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Braille
Tulisan braille dikembangkan oleh Louis Braille pada tahun 1834. Braille
merupakan sistem tulisan yang terdiri dari titik-titik timbul yang dimaksudkan untuk
memungkinkan tunanetra membaca dengan cara diraba menggunakan ujung-ujung jari.
(Didi Tarsidi 24 Juni 2008 Sistem Tulisan Braille internet)
Tunanetra menurut definisi Jernigan (1994) adalah “An individual may properly
be said to be "blind" or a "blind person" when he has to devise so many alternative
techniques - that is, if he is to function efficiently - that his pattern of daily living is
substantially altered.”
(http://d-tarsidi.blogspot.com/2007/07/komputerdanketunanetraan.html)
Teknik yang sering digunakan oleh para tunanetra untuk membaca adalah
dengan memanfaatkan indera pendengaran serta indera peraba, misalnya dengan
menggunakan tulisan braille.
Braille pada mulanya tersusun dari 6 titik seperti pada gambar 2.1. Namun
tulisan braille dengan format enam titik memiliki beberapa kelemahan yaitu tidak dapat
membedakan antara huruf kapital dan huruf kecil jika hanya menggunakan 1 karakter.
Penulisan angka memerlukan karakter tambahan untuk membedakan antara angka dan
huruf. Tulisan dengan enam titik hanya memiliki kombinasi karakter yang dapat
dimunculkan sebanyak 64 buah kombinasi saja. Oleh karena itu sistem tulisan braille
6
saat ini dikembangkan menjadi sistem 8 titik, dengan demikian kombinasi yang dapat
dibentuk dari sistem 8 titik adalah 256 karakter seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Sistem 6 titik dan sistem 8 titik
Ada 4 buah format braille, format tersebut antara lain Literary Braille Code, the
Nemeth Braille Code, Computer Braille Code (CBC), and the Music Braille Code.
Format braille tersebut berfungsi untuk merepresentasikan tulisan-tulisan yang berbeda.
Literary Braille Code digunakan untuk literatur fiksi dan non fiksi. the Nemeth Braille
Code digunakan untuk merepresentasikan simbol matematika yang tidak terdapat pada
literary Braille Code serta untuk penulisan persamaan-persamaan matematika. Computer
Braille Code digunakan untuk menuliskan catatan-catatan yang berhubungan dengan
komputer, Music Braille Code digunakan untuk merepresentasikan simbol simbol dalam
musik. Perbedaan – perbedaan kode braille yang ada membuat The Braille Authority of
North America (BANA) mengembangkan format Unified Braille Code (UBC) yang
berbasiskan 8 titik yang dapat merepresentasikan 256 simbol yang berbeda yang
digunakan pada penelitian ini. ( http://6dotbraille.com/6-dot-braille-alphabet.html)
Hasil penelitian Simon & Huertas (1998) menunjukkan bahwa kecepatan
membaca rata-rata tunanetra pembaca Braille yang berpengalaman adalah 90-115 kata
per menit dibandingkan dengan 250 - 300 kata per menit untuk manusia yang membaca
secara visual. Gambar 2.2 merupakan simbol yang dibentuk dari Unified braille code
(UBC)
7
Gambar 2.2 Unified Braille Code dengan 8 titik
2.2. Refreshable Braille Display
Refreshable braille display merupakan suatu transducer yang dapat
menampilkan huruf dan atau angka braille sesuai dengan data yang diterima. Display
tersebut digunakan untuk menampilkan karakter dalam satu baris, tergantung pada
jumlah cell dari setiap baris, umumnya antara 18 – 60 karakter. Gambar 2.3 merupakan
contoh refreshable braille display yang terdiri dari 42 karakter.
8
Gambar 2.3 Refreshable Braille Display
Tegangan akan diubah menjadi perubahan bentuk secara mekanik pada braille
cell. Hal ini dimungkinkan akibat dari bahan piezoactuator. Piezoactuator merupakan
bahan yang dapat berubah bentuk apabila diberikan tegangan listrik. Bekerja secara dua
arah, tekanan menghasilkan tegangan dan sebaliknya tegangan akan menyebabkan
perubahan bentuk. Gambar 2.4 menunjukan cara kerja dari piezzo actuator. piezzo
electric ditemukan oleh Jacques dan Pierre Curie bersaudara pada tahun 1880.
Gambar 2.4 Keadaan bahan Piezzo actuator saat sebelum dan sesudah
diberi arus
9
Gambar 2.5 Modul braille cell B11
Gambar 2.5 menunjukkan salah satu modul Braille cell B11 produksi metec.
Modul Braille cell B11 tersusun dari shift register 8 bit untuk mengendalikan 8 titik
serta tombol masukan. Pengiriman data pada modul B11 dilakukan secara serial dengan
protokol komunikasi Serial Interface peripheral (SPI). Gambar 2.6 menujukkan blok
diagram sebuah braille cell B11
Din
Strobe
Clock
Dout
High Voltage Input
Gambar 2.6 Pin Braille cell B11
Data yang masuk ke shift register terjadi saat sinyal strobe bernilai low. Saat
strobe mengalami transisi rising edge maka data pada shift register akan ditampilkan ke
output dan data tertahan.
Ketika strobe bernilai high maka input button akan tertahan dan clock selajutnya
akan mengeluarkan data pada pin Dout. Data Dout berubah saat transisi falling edge
pada clock. Pembacaan data pada button tanpa pengiriman data baru dapat dilakukan
10
dengan cara membuat pin clock dalam keadaan high dan strobe berubah dari low ke
high.
2.3. Serial Peripheral Interface (SPI)
Gambar 2.7 Komunikasi SPI dengan master dan slave yang saling bebas
Serial peripheral interface atau SPI bus adalah komunikasi data serial sinkron
yang dinamakan oleh Motorola dan dapat dioperasikan secara full duplex. Pada SPI, alat
yang berkomunikasi dibedakan menjadi master dan slave. Pada komunikasi ini
dimungkinkan terdapat banyak slave dengan menggunakan jalur SS. Gambar 2.7
menunjukan komunikasi SPI antara master dengan banyak slave dengan pin SS untuk
memilih slave.
Gambar 2.8 merupakan timing diagram dari komunikasi SPI. Pada komunikasi
SPI terdapat jalur MOSI, MISO, SCK dan SS. Master mengatur polaritas clock (CPOL)
dan fase clock (CPHA) dalam berkomunikasi. Jika CPOL =0 maka clock akan ’low’
saat idle sedangkan jika CPOL = 1, maka clock akan ’high’ saat idle. CPHA akan
11
menentukan waktu sampling saat komunikasi berlangsung. Jika CPHA= 0 dan CPOL=0
maka data disampling ketika clock rising dan data pada jalur MOSI/MISO berubah
ketika clock falling. Jika CPHA= 0 dan CPOL=1 maka data disampling ketika clock
falling dan data pada jalur MOSI/MISO berubah ketika clock rising. Jika CPHA =1 dan
CPOL=0 maka data disampling ketika clock falling dan data pada jalur MOSI/MISO
berubah ketika clock rising. Jika CPHA =1 dan CPOL=1 maka data disampling ketika
clock rising dan data pada jalur MOSI/MISO berubah ketika clock falling.Saat
komunikasi akan dimulai maka master akan memberikan sinyal ’low’ pada jalur SS.
Data dikirim dari master ke slave melalui jalur MOSI dengan sinkronisasi clock pada
jalur SCK. Secara bersamaan data dari slave akan diterima oleh master melalui jalur
MISO.
Gambar 2.8 SPI Timing Diagram
2.4. MultiMedia Card (MMC)
MMC merupakan sebuah flash memory card yang memiliki ukuran 24 mm x 32
mm x 1,4 mm, yang digunakan untuk media penyimpanan. Pada awalnya MMC hanya
12
dapat digunakan untuk satu bit serial interface. Namun pada MMC versi 4.3 dapat
mengirim 4 atau 8 bit data pada waktu yang bersamaan.
MMC memiliki 7 pin serial interface dan 2 protokol untuk komunikasi yaitu
MMC mode dan SPI mode. Keduanya memiliki kecepatan maksimum clock sebesar 20
MHz. Konfigurasi pin pada MMC ditunjukan pada gambar 2.9.
Nomor pin Nama Tipe Fungsi pin
1 CS Input Chip Select
2 DI Input Data Input
3 VSS Supply GND
4 VDD Supply VCC
5 SCLK Input Clock
6 VSS2 Supply GND
7 DO Output,PushPull Data Output
Tabel 2.1 Fungsi pin MMC pada SPI mode
Gambar 2.9 Konfigurasi pin MMC
13
2.5. Fitur- fitur MMC
2.5.1. Clock Frequency
Dengan clock frekuensi yang maksimum dari 20 MHz sampai 26 MHz dan 52
MHz memungkinkan pemindahan data yang cepat. Beroperasi pada mode 52 MHz x 8
bit , data dapat dipindahkan hingga 52 MBps (416 Mbits/sec), yang berarti 20 kali lebih
cepat dibandingkan standar MMCA versi 3.31.
2.5.2. Bus Width yang Lebar
Pada versi 4.0 MMC mobile memiliki bus width dengan perkalian yang baru (x1,
x4, atau x8) memungkinkan host untuk merancang secara fleksibel. MMCmobile
merupakan standar memory card berukuran kecil yang dapat dioperasikan pada tegangan
ganda 3 / 3.3 volt dan 1,8 volt. (sumber : jurnal tekno halaman 25-30)
2.6. Register
Pada MMC terdapat beberapa internal register. Setiap internal register memiliki
fungsi yang berbeda. Pada beberapa MMC produksi seperti Sandisk atau Hitachi
terdapat beberapa internal register yang tidak tersedia. Secara umum terdapat 6 buah
register yaitu :
a. Operation Condition Register (OCR)
OCR memiliki panjang 32 bit. OCR memberikan informasi pada host mengenai
tegangan VDD pada MMC card. Tiap kenaikan 1 bit pada OCR mewakili kenaikan
100mV pada VDD.
14
b. Card Identification Register (CID)
Register CID memiliki panjang 128 bit. Register CID memberikan informasi
pada host mengenai ID dari MMC. Register CID tidak dapat ditulis oleh host, dan telah
dibuat / ditentukan oleh produsen.
c. Relative Card Address Register (RCA)
Register RCA digunakan untuk menentukan alamat relatif pada mode MMC.
Register RCA memiliki besar 16bit, maka alamat relatif yang mungkin adalah 0h sampai
FFFFh. Pada mode SPI register RCA tidak dapat digunakan. Signal CS digunakan untuk
memilih MMC dalam komunikasi secara SPI.
d. Card Specific Data Register (CSD)
Register CSD memiliki besar 128 bit. CSD berisi informasi mengenai versi
Multimedia Card Ascociation (MMCA) yang digunakan pada kartu. CSD juga
menginformasikan besar kapasitas MMC, kelas-kelas perintah yang didukung, waktu
akses, besar blok data yang dapat dikirim/diterima.
e. Driver Stage Register (DSR)
DSR merupakan register 16 bit yang digunakan untuk mengatur kemampuan bus
drive.
f. Status Register
Status register memiliki besar 32 bit. Status register berfungsi untuk menyatakan
status error dari MMC pada saat berkomunikasi pada mode MMC.
2.7. Command
Tabel 2.2 Format perintah pada SPI mode
15
Tabel 2.2 merupakan format perintah yang dikirimkan pada SPI mode dari host
ke MMC. Bit ke 47 merupakan start bit yang selalu bernilai 0. Bit ke 46 bernilai 1 untuk
menandakan perintah dari host. Bit 45 sampai bit 40 merupakan command yang dikirim.
Nilai command diambil dari CMD yang dikirimkan. Bit selanjutnya yaitu bit 39 sampai
bit 8 merupakan argumen yang diberikan sesuai dengan CMD yang dikirimkan. Bit 7
sampai 1 merupakan CRC7, pada SPI mode CRC7 digunakan hanya pada saat
pengiriman CMD0 sedangkan pada perintah lainnya CRC7 tidak diperhatikan dan dapat
berupa data sembarang.
Untuk mengirimkan perintah CMD13 maka bit ke-47 sampai ke-40 bernilai
01001101(4Dh). Bit ke-47 merupakan start bit, bit ke-46 merupakan perintah dari host,
dan bit ke-45 sampai bit ke-0 merupakan nilai 13 pada CMD13. Pada CMD 13 tidak
memerlukan argumen maka argumen diberi nilai 00h. Pada CMD13 CRC tidak
diperhatikan dan bit ke 0 merupakan end bit yang bernilai 1. Jadi untuk mengirimkan
CMD13 maka perlu dilakukan SPI sebanyak 6 kali yaitu mengirimkan 4Dh, 00h, 00h,
00h, 00h, dan 95h
2.8. Responses
Perintah yang telah dikirim pada MMC, akan ditanggapi dengan respon tertentu.
Respon selalu diawali dengan MSB menuju LSB. Terdapat 5 buah tipe respon yaitu R1,
R2, R3, R4, dan R5. Tiap respon memiliki panjang bit data yang berbeda. Pada mode
MMC, respon yang diberikan berbeda dengan respon pada mode SPI. Data respon pada
mode MMC lebih panjang daripada data respon pada mode SPI.
16
2.9. Mode SPI
Mode SPI merupakan salah satu protokol yang dapat digunakan dalam
komunikasi antara host dengan MMC. Pada mode SPI, perintah dikirim dalam bentuk
blok data. Besar data yang dikirim merupakan data sebesar 8 bit yang dikirimkan secara
berurutan. Perintah pada mode SPI sama dengan perintah mode MMC. Namun terdapat
beberapa perintah pada mode MMC yang tidak dapat digunakan pada mode SPI. Pada
mode SPI CRC tidak digunakan dalam pengiriman dan penerimaan data. Namun CRC
tetap disertakan dengan nilai sembarang pada pengiriman perintah ataupun data dalam
komunikasi mode SPI.
2.9.1. Format respon pada mode SPI
Berbeda dengan MMC mode pada SPI mode, panjang data respon yang
diberikan MMC ke host lebih sedikit. Berikut format R1 atau R1b pada SPI mode :
Gambar 2.10 Format respon R1 pada SPI mode
Respon R1 atau R1b pada mode SPI terdiri dari 8 bit dimana tiap bit mewakili
kondisi yang terjadi pada MMC sesuai dengan gambar 2.10. Respon R1 digunakan pada
17
semua perintah pada mode SPI kecuali pada perintah CMD13. Pada perintah CMD13,
respon yang diberikan respon R2 yang memiliki format seperti gambar 2.11.
Gambar 2.11 Format respon R2 pada SPI mode
Perintah CMD13 (SendStatus_CMD) yang telah diterima MMC akan ditanggapi dengan
respon R2. Respon R2 terdiri dari 16 bit data, dimana 8 bit data pertama merupakan R1
sedangkan 8 bit data kedua merupakan status dari MMC.
2.10. Format Token
Pada pengiriman perintah ataupun penerimaan blok data digunakan suatu
struktur yang disebut dengan token untuk menunjukan data dan respon dari MMC.
Terdapat 3 tipe token yaitu data token, data_response token, dan data_error token.
18
2.10.1. Data Token
Blok data yang dikirim/diterima oleh host dikirim dengan MSB terlebih dahulu.
Blok data pada mode SPI disebut dengan data token. Data token terdiri dari Start Block
token (1byte) blok data (1 byte atau lebih) dan nilai CRC (2byte). Berikut tipe-tipe
token yang diberikan MMC dalam transaksi data.
Tipe Token Tipe transaksi Nilai (hex)
Single Block read FE
Multiple block read FE
Single Block write FE Start Block
Multiple block write FC
Stop Tran Multiple block write (end) FD
Tabel 2.3 Nilai Start Block dan Stop Tran
2.10.2. Data_response token
Setelah menerima data token, MMC akan merespon dengan 1byte data_response
token. Berikut nilai tiap bit pada data_response token :
Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 X X X 0 Status 1
Tabel 2.4 Format data respon
Status : 010=Data diterima
101=CRC error
110=Write error
19
2.10.3. Data_error token
Data_error token memiliki besar 8 bit data. Data_error token diberikan MMC
karena terjadi error pada proses pengiriman data. Format dari data_error token dapat
dilihat pada gambar 2.12.
Gambar 2.12 Format token untuk data_error
2.11. Sistem file
Setiap aplikasi dalam komputer pada umumnya perlu menyimpan informasi dan
menggunakan kembali informasi tersebut. Ketika sebuah proses sedang berjalan, proses
tersebut dapat menyimpan sejumlah informasi pada space address sendiri. Permasalahan
yang terjadi ketika menyimpan informasi pada space address tersendiri adalah kapasitas
penyimpanan informasi terbatas pada ukuran dari virtual space address. Untuk aplikasi
yang tidak memerlukan kapasitas penyimpanan yang besar, mungkin hal tersebut tidak
menjadi masalah, namun bagi beberapa aplikasi besar seperti pada pemesanan tiket
penerbangan dan banking kapasitas penyimpanan data tidak akan cukup.
Permasalahan kedua ketika menyimpan informasi langsung dalam space address
proses yang sedang berjalan adalah ketika proses tersebut telah berhenti berjalan,
20
informasinya akan hilang. Untuk aplikasi seperti database, informasi yang disimpan
terkadang harus tetap ada untuk jangka waktu yang cukup lama.
Permasalahan ketiga adalah seringkali multiple akses perlu untuk mengakses
informasi atau bagian dari informasi secara bersamaan. Contoh jika ada sebuah directory
online telephone yang disimpan dalam sebuah space address dari single proses, maka
hanya single proses tersebut saja yang dapat mengaksesnya. Solusi yang dapat dilakukan
untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan membuat informasi tersebut bersifat
independent atau bebas dari proses manapun dengan cara menyimpan informasi dalam
disk atau media eksternal lainnya dalam unit yang disebut dengan file. Ketika telah
menyimpan informasi dalam unit-unit file maka proses lain dapat membaca atau bahkan
menulis informasi yang baru bila diperlukan.
File dikelola oleh sistem operasi. Bagaimana suatu file distrukturkan, dinamakan,
diakses, digunakan, diproteksi, dan diimplementasikan adalah tugas utama dari sistem
operasi. Seluruh bagian sistem operasi yang berhubungan dengan file disebut dengan
sistem file. Sistem file mengatur isi data ke dalam kelompok-kelompok yang disebut
dengan cluster. Dalam sebuah cluster terdiri dari sector-sector yang merupakan
kumpulan dari byte-byte.
Sistem File dapat diklasifikasikan menjadi disk file system, network file system,
dan special purpose file systems.
2.11.1. Disk File System
Disk file system adalah sistem file yang dikhususkan untuk mengatur
penyimpanan file dalam media penyimpanan data, yang kebanyakan digunakan pada
21
disk drive yang baik secara langsung maupun tidak langsung terhubung dengan
komputer. Contoh dari disk file system adalah FAT 12, FAT 16, FAT 32, dan NTFS.
2.11.2.Network file system
Network file system adalah sebuah sistem file yang berfungsi sebagai client
dalam sebuah remote file access protocol, mengatur akses file ke server. Contoh dari
network file system adalah NFS, AFS, dan SMB.
2.11.3.Special Purpose File System
Special Purpose File System pada dasarnya adalah sistem file yang hanya
ditujukan untuk tujuan tertentu saja. Sistem yang temasuk dalam kategori Special
purpose file system adalah file-file yang diatur secara dinamis oleh software, ditujukan
untuk tujuan seperti komunikasi antar computer process atau temporary file space.
Jenis-jenis sistem file yang terdapat dalam sistem operasi windows antara lain
File Allocation Table (FAT) dan New Technology file System (NTFS). File system FAT
merupakan evolusi dari file system MS-DOS yang berdasar pada 86-DOS. File system
MS-DOS yang ada sebelum file system FAT (FAT 12 dan FAT 16) memiliki beberapa
keterbatasan seperti keterbatasan panjang dari file, keterbatasan dalam jumlah entry di
root directory dari sistem file dan adanya keterbatasan dari ukuran format disk atau
partisinya. Khusus FAT 12 dan FAT 16 memiliki batas 8 karakter untuk file name dan 3
karakter untuk extension. VFAT merupakan perluasan untuk FAT12 dan FAT 16 yang
dikenalkan pada windows NT 3.5 dan kemudian dimasukkan pada windows 95,
mengijinkan Long File Name (LFN).
22
2.12. FAT 16
FAT 16 hanya dapat digunakan dalam sistem yang memiliki media penyimpanan
dengan rentang kapasitas penyimpanan antara 16MB hingga 2 GB. Setiap FAT16
memiliki komponen sebagai berikut :
a. Reserved region, yang mengandung boot sector
b. FAT region, yang berisi 2 copy dari table FAT
c. Root directory region
d. File dan directory data region yang menyimpan file dan subdirectory
2.12.1. Reserved region
Daerah pertama dari volume FAT16 adalah reserved region yang berisi sector
tunggal yang disebut dengan boot sector. Alamat dari boot sector didapat dari nilai LBA
(Load Boot Address) yang disimpan pada tabel partisi MBR (Master Boot Record). Pada
media yang tidak memiliki MBR, maka sector pertamanya akan ditempati oleh boot
sector. Boot sector berisi sebuah BPB (BIOS Parameter Block), yang berupa reserve
area untuk boot code dan boot signature.
2.12.2. BIOS Parameter Block
Tabel 2.5 menunjukkan informasi 62 byte pertama dalam boot sector FAT 16.
Secara umum data yang termasuk dalam BPB terletak pada byte 11 sampai byte 35,
meskipun byte-byte sisanya masuk ke dalam boot sector namun byte-byte tersebut bukan
bagian dari BPB. Informasi yang disimpan dalam BPB memungkinkan komputer untuk
menemukan daerah tabel FAT, root directory, dan data area ( area isi file dan directory).
23
Byte 13 dalam BPB menginformasikan berapa banyak sector yang ada pada
cluster data. Setiap cluster menampung data milik single file. Sebuah file yang besar
dapat menggunakan multiple cluster. Space extra pada akhir cluster dari akhir sebuah isi
file tidak dapat digunakan oleh file lain. Pemilihan besarnya ukuran cluster tergantung
pada aspek efisiensi akses atau efisiensi penggunaan pada media penyimpanan. Semakin
besar ukuran cluster maka pengaksesan file dengan ukuran yang besar akan semakin
efisien juga karena file system software akan membutuhkan lebih sedikit pencarian
cluster dan pengaksesan cluster. Sebuah ukuran cluster yang kecil akan menghabiskan
lebih sedikit space, khususnya ketika banyak file-file yang berukuran kecil.
Untuk kompatibilitas yang maksimum dengan mass-storage host software,
beberapa ítems dalam FAT16 boot sector membutuhkan recommended value, seperti
yang ditunjukkan pada keterangan tabel 2.5. Secara teoritis semua nilai yang ada dalam
boot sector, kecuali jumlah dari reserve sector dapat beragam, namun apabila berbeda
dari recommended value-nya maka memungkinkan terjadi masalah pada beberapa host.
Byte Deskripsi Ukuran
(byte) Keterangan
0 Jump instruction to boot code 3
For bootable media, byte zero
contains EBh or E9h for an x86
unconditional jump. Set to 00h
for non-bootable media
3 String that identifies the operating
sistem that formatted the media 8
Use “MSWIN4.1” for maximum
compatibility
11 Number of bytes per sector 2 Use 512 for maximum
compatibility.
13 Number of sectors per cluster 1 Allowed value are
24
1,2,4,8,16,32,64, and 128. For
maximum compatibility, cluster
size must be 32K or less
14 Number of reserve d sectors 2 Must be 1
16 Number of FATs (identical copies) 1 Use 2 for maximum compatibility
17 Maximum number of entryes in the
root directory 2
Use 512 for maximum
compatibility
19 Total number of sectors if less than
32K 2
The total nmber of sectors in the
media if less than 32K.
21 Media descriptor 1
Use F8h for non-removable
media and F0h for removible
media. This value is also stored
in the first byte of cluster zero but
is generally unused in both
locations.
22 Number of sectors per FAT 2 The number of sectors in one
FAT
24 Number of sectors per track 2 Not used in LBA
26 Number of heads 2 Not used in LBA
28 Number of hidden sectors 4
The number of hidden sectors
that precede the partisi that
contains this FAT volume.
Operating sistem spesific. Zero if
the media doesnt have an MBR
sector
32 Total number of sectors 4
The total number of sectors in the
volume if 32K or greater. The
count begins with the boot sector
and includes all region.
Otherwise zero
36 Logical drive number of the partisi 1 Operating sistem spesific
25
37 Reserved 1 00h
38 Extended boot signature 1 Set to 29h if the three fields
below are present
39 Volume serial number 4 Typically created using the date
and time formatting
43 Volume label 11 Text that identifies the volume
54 File sistem type 8 “FAT16” or “FAT”. Not used to
determine the file sistem type.
Tabel 2.5 Informasi boot sector pada FAT16 (sumber : USB mass storage : designing and programming devices and embedded hosts)
Lokasi dari nilai yang menginformasikan jumlah sector dalam volume dapat
beragam tergantung dari kapasitas volumenya. Jika kurang dari 32KB, nilainya dalam 2
byte mulai pada byte ke 19 di BPB. Jika lebih kecil atau sama dengan 32KB, nilainya
akan sebesar 4 byte dimulai pada byte ke 32.
Offset 0 dapat berisi instruksi untuk loncat ke boot code. FAT16 volume pada
umumnya berisi Ebh 3Ch 90h, yang berarti loncat sejauh 60byte ke boot code., yang
dimulai pada byte 3Eh di BPB. Ebh adalah instruksi jump, 3Ch (60) adalah ukuran
jauhnya loncatan (dalam satuan byte), dan 90h adalah NOP (no operation).
Byte yang dimulai pada alamat offset 54 menyimpan text yang
mengidentifikasikan file system, namun program code seharusnya tidak mepercayai text
ini untuk mengidentifikasi file sistem. Pemilihan jenis file sistem tergantung pada jumlah
cluster data di volume.
2.12.3. Boot Code
Alamat offset 62 sampai 509 menyimpan informasi boot code (448 byte). Jika
tabel partisi mengindikasikan bahwa volumenya bersifat bootable, pada boot up,
26
executable code pada MBR loncat ke boot code pada volume boot sector. Boot code
akan me-load sistem operasi.
2.12.4. Boot signature
Pada boot sector yang benar, byte ke 510 akan bernilai 55h dan byte ke 511 akan
bernilai AAh. Untuk media yang jumlah SectorperClusternya lebih besar dari 512 byte,
pada byte ke 510 akan bernilai 55h dan byte ke 511 juga akan bernilai AAh meskipun
bukan merupakan byte terakhir dari sector.
2.12.5. File Allocation Table
File Allocation table dalam sistem tabel FAT 16 secara umum memiliki 2 kopi
yang saling identik satu sama lainnya. Setiap tabel FAT memiliki 16 bit entry untuk
setiap volume cluster data.
2.12.6. Root Directory Region
Pada FAT16 volume, sector setelah tabel FAT adalah root directory. Root
directory secara umum mampu menyimpan sampai 512 entry dimana masing-masing
entry dibagi menjadi per 32 byte. Jika ukuran SectorperClusternya adalah 512 byte,
maka root directory membutuhkan 32 sector. Root directory menyimpan informasi
mengenai file dan subfolder.
2.12.7. File dan Directory Data Region
Sector setelah root directory dikelompokkan ke dalam cluster data. Sebuah
cluster data dapat berisi satu atau lebih sector. Karena tabel FAT memiliki informasi
entry untuk setiap cluster dan dua entry pertama sudah digunakan untuk tujuan lain,
27
maka cluster data pertama dimulai pada cluster kedua, sedangkan sisanya akan
berurutan mulai dari cl uster tiga dan seterusnya. File dan subdirectory disimpan di
dalam cluster.
2.13. FAT 32
FAT 32 adalah pilihan sistem file untuk kapasitas media penyimpanan yang lebih
besar yang tidak dapat didukung oleh FAT16. Sistem FAT32 juga memiliki keuntungan
lain, seperti tidak adanya batasan pada ukuran root directory dan ketersediaan informasi
tambahan untuk memperbaiki kerusakan media dan menemukan cluster kosong secara
cepat.
2.13.1. Reserved Region
Region pertama pada volume FAT 32 adalah reserved region yang berisi boot
sector, sebuah struktur FSInfo yang berisi informasi untuk membantu menemukan free
cluster, dan sebuah backup copy dari boot sector.
2.13.2. Boot Sector
Sama seperti FAT16, boot sector dimulai pada nilai LBA yang disimpan di
dalam entry volume pada tabel partisi. Tabel 2.5 menunjukkan 90 byte pertama dalam
FAT32 boot sector. Byte ke 11 sampai byte ke 63 merupakan bagian dari BPB (BIOS
Parameter Block), sedangkan byte-byte sisanya adalah bagian dari boot sector namun
tidak termasuk ke dalam BPB.
Dibandingkan dengan FAT 16, FAT 32 memiliki beberapa perbedaan seperti:
a. Jumlah dari reserved sector pada byte ke 14 secara umum adalah 32 bukannya 1
28
b. Jumlah entry maksimum di root directory pada byte ke 17 tidak berguna karena
FAT 32 tidak memiliki batasan ukuran root directory.
c. Jumlah sector selalu ada pada alamat offset 32 dari boot sector karena FAT 32
volume selalu paling sedikit 32 KB.
d. Informasi jumlah sector per FAT berada pada byte 24h-27h dari boot sector
e. Informasi alamat cluster dari root directory ada pada alamat offset 44 di boot
sector karena FAT 32 tidak memiliki lokasi root directory yang pasti
Byte Deskripsi Ukuran
(byte) Keterangan
0 Jump instruction to boot code 3
For bootable media, byte zero
contains EBh or E9h for an x86
unconditional jump. Set to 00h
for non-bootable media
3 String that identifies the operating
sistem that formatted the media 8
Use “MSWIN4.1” for maximum
compatibility
11 Number of bytes per sector 2 Use 512 for maximum
compatibility.
13 Number of sectors per cluster 1
Allowed value are
1,2,4,8,16,32,64, and 128. For
maximum compatibility, cluster
size must be 32K or less
14 Number of reserved sectors 2 Includes all sectors that precede
the FATs. Typically 32
16 Number of FATs (identical copies) 1 Use 2 for maximum
compatibility
17 unused 2 0000h
19 unused 2 0000h
29
21 Media descriptor 1
Use F8h for non-removable
media and F0h for removible
media. This value is also stored
in the first byte of cluster 0 but
is generally unused in both
locations.
22 unused 2 0000h
24 Number of sectors per track 2 Not used in LBA
26 Number of heads 2 Not used in LBA
28 Number of hidden sectors 4
The number of hidden sectors
that precede the partisi that
contains this FAT volume.
Operating sistem spesific.
32 Total number of sectors 4
The total number of sectors in
the volume. The count begins
with the boot sector and
includes all region.
36 Number of sectors per FAT 4 The number of sectors in one
FAT
40 Flags 2
Bits 3..0:zero-based number of
the active FAT. Valid only if
mirroring is disabled.
Bits6..4:reserve d
Bit 7: 0 if the FAT is mirrored at
runtime into all FATs; 1 if
mirroring is disabled.
42 Version number of the FAT32
volume 2
The high byte is the major
revision number and the low
byte is the minor revision
number. use 0000h
44 Cluster number of the first cluster of 4 Use 2 for maximum
30
Tabel 2.6 Informasi boot sector pada FAT32. (sumber : USB mass storage : designing and programming devices and embedded hosts)
f. Byte ke-48 menyimpan informasi lokasi dari struktur FSInfo dan byte ke 50
menyimpan informasi dari backup boot sector. Sedangkan FAT16 tidak memiliki
komponen ini
g. Bagian flag pada byte ke 40 mengindikasikan apakah file sistem memiliki FAT
tabel yang kembar(identik) atau hanya satu FAT tabel saja yang dianggap
berlaku. Jika hanya ada satu tabel FAT saja yang dianggap berlaku (valid), maka
flagnya akan menunjukkan yang mana yang berlaku. BPB pada FAT16 tidak
memiliki bagian flag.
the root directory compatibility
48 Sector number of the FSINFO
structure within the reserve d region 2 Usually 1
50
The sector number of a backup copy
of the boot record within the reserve
d area
2
Set to 6 for maximum
compatibility. Set to 0 if no
backup kopi is available.
52 Reserved 12 Set all bytes to 00h
64 Logical drive number of the partisi 1 Operating sistem spesific
65 Reserved 1 00h
66 Extended boot signature 1 Set to 29h if the three fields
below are present
67 Volume serial number 4 Typically created using the date
and time formatting
71 Volume label 11 Text that identifies the volume
82 File sistem type 8 “FAT32”. Not used to
determine the file sistem type.
31
2.13.3. FSInfo structure
Struktur FSInfo berisi informasi untuk membantu menemukan free cluster secara
cepat. Informasi alamat dari struktur ini berada pada byte ke 48 dalam BPB. Secara
khusu berada pada reserve sector dan kemudian diikuti oleh boot sector. Informasi yang
ada dalam struktur FSInfo ditunjukkan dalam tabel 2.7.
Byte Ukuran
(bytes) Keterangan
0 4 FSI_LeadSig signature. Must equal 41615252h
4 480 Reserved. Set all bytes to 00h
484 4 FSI_StrucSig signatura. Must equal 61417272h
488 4 The number of the last known free cluster.set to FFFFFFFh
if unknown
492 4 The cluster number where the file-sistem driver should Stara
looking for free cluster set to FFFFFFFh if unknown
496 12 Reserved. Set all bytes to 00h
508 4 FSI_TrailSig signatura. Must equal AA550000h
Tabel 2.7 Informasi yang ada dalam struktur FSInfo (sumber : USB mass storage : designing and programming devices and embedded hosts)
2.13.4. Backup Boot Sector
Sector 6 sampai 8 dalam reserve region dapat menyimpan sebuah backup copy
dari 3 sector yang dimulai dengan volume boot sectornya. Backup digunakan untuk
memperbaiki media bila copy aslinya rusak.
32
2.13.5. File Allocation Table Region
Sama seperti FAT 16, sektor yang ada setelah reserve region adalah tabel FAT.
Sebuah tabel FAT dalam sistem file FAT 32 memiliki 32 bit entry untuk setiap volume
cluster data
2.13.6. File and Directory Data Region
Sama seperti FAT 16, file dan directory data area terdiri atas cluster data yang
dapat menyimpan file dan subdirectory. Pada sistem FAT32, daerah ini berada dalam
root directory. Cluster data pertama adalah cluster 2.
2.14. NTFS
NTFS (New Technology File system) merupakan file system yang memiliki
struktur yang disebut dengan MFT (Master File Table), yang berfungsi menyimpan
informasi secara detail pada file. Bila ditinjau dari segi performanya, akses file pada
NTFS jauh lebih cepat daripada sistem file FAT karena menggunakan teknik binary tree
untuk penempatan filenya. Secara teoritis, ukuran maksimum dari media penyimpanan
yang mampu didukung dengan format NTFS adalah 17 miliar terabyte, namun secara
physical ukuran maksimum yang mampu didukung adalah 2TB (Tera byte).
Seperti layaknya sistem operasi yang lain, NTFS membagi seluruh tempat yang
terpakai ke dalam cluster data block yang digunakan bersamaan. NTFS mendukung
hampir seluruh ukuran cluster, dari 512 byte sampai 64kbyte dimana ukuran stándar 1
cluster adalah 4KB.
33
Disk NTFS secara simbolik dibagi menjadi dua bagian. Bagian yang pertama
sebesar 12% disebut dengan MFT ( Master File Table ) area, ruang tempat MFT metafile
mengalami perkembangan dan harus dibiarkan tetap dalam keadaan kosong agar
perkembangan MFT tidak terganggu. Sisa dari ukuran disk sebesar 88% digunakan
untuk menyimpan file. Struktur dari bagian partisi NTFS ditunjukkan dalam gambar
2.13.
Gambar 2.13 Partition Structure
Ruangan disk yang free (bebas) mencakup seluruh free space termasuk bagian
MFT yang free juga. Mekanisme dari penggunaan MFT area adalah ketika file sudah
tidak dapat disimpan lagi dalam area yang biasa, maka ukuran dari MFT akan dikurangi.
Pada saat area penyimpanan yang biasa sudah kosong kembali maka MFT dapat
diperbesar kembali.
Seluruh komponen sistem dalam NTFS dianggap sebagai suatu file, bahkan
sistem informasi pun juga dianggap sebagai suatu file. File paling penting dalam NTFS
dinamakan dengan MFT. MFT terletak dalam area MFT dan merupakan pusat directory
dari seluruh isi disk file dan MFT itu sendiri. MFT dibagi ke dalam record-record
(umumnya sebesar 1KB). 16 file pertama dianggap sebagai tuan rumah (housekeeping)
dan tidak dapat diakses oleh sistem operasi. File-file tersebut dinamakan metafile,
34
dimana metafile yang pertama adalah MFT itu sendiri. 16 elemen pertama MFT inilah
yang satu-satunya memiliki posisi pasti dalam NTFS. Copy kedua dari 3 sector pertama
terletak di tengah-tengah disk. Sisa dari file MFT disimpan bersamaan dengan file-file
lain pada tempat yang lain di dalam disk.
16 file pertama adalah file-file sistem (metafile). Masing-masing dari file tersebut
bertanggung jawab terhadap sistem operasi. Keuntungan dari pendekatan modular ini
adalah sifat fleksibilitasnya.
Metafile berada dalam root directory dan dimulai dengan nama karakter “$”.
Beberapa metafile yang sering digunakan dan keterangan dari fungsi-fungsinya
ditunjukkan dalam tabel 2.8.
Tabel 2.8 Meta file (sumber : http://ixbtlabs.com/articles/ntfs/)
35
2.15. AVR
AVR merupakan sebuah IC ( Integrated Circuit) yang berbentuk chip dengan
program dan data yang disimpan secara terpisah. Biasanya menyimpan program dan
data dalam memori yang dapat berubah secara permanen atau semi permanen. Oleh
karena itu, pada dasarnya AVR cocok untuk embedded system, setelah program memori
diproteksi dari short ciruit dan faktor lingkungan lainya yang dapat menyebabkan
program menjadi rusak (corrupted). AVR dapat digunakan untuk berbagai macam
aplikasi dibidang otomasi seperti keamanan sekuritas dan sistem pertunjukan.
AVR dibagi menjadi tiga keluarga, tiny AVR, megaAVR, Application Specific AVR,
yang masing-masing memiliki spesifikasi yang berbeda. Seperti pada program memori,
paket pin-nya, peripheral set, dan ditambah juga dengan beberapa instruksi tambahan di
dalamnya.
Gambar 2.14 Blok diagram AVR
36
Data bus memorinya adalah 8 bit data bus dan semuanya menghubungkan banyak
peripheral komponen ke dalam register file. Program memori data bus adalah sebesar 16
bit dan hanya menerima instruction register.
Program memori diakses setiap clock cycle, dan setiap instruksi di load kedalam
register instruksi. Register instruksi menerima register file, memilih register mana yang
akan dipilih ALU untuk eksekusi instruksi. Output dari register instruksi juga
diterjemahkan oleh instruction decoder untuk menentukan sinyal control mana yang
akan diaktifkan untuk menyelesaikan instruksi yang sedang berlangsung.
(sumber: Programming and Customizing The AVR Microcontroller chapter 3)
2.16. DC – DC converter
DC – DC converter merupakan rangkaian yang berfungsi untuk merubah level
tegangan dan banyak digunakan pada switching power supply karena memiliki efisiensi
daya yang tinggi dibandingkan dengan linear power suply. Hasil konversi dari DC
tersebut dapat dibentuk menjadi step up, step down, dan invert.
Induktor yang digunakan pada rangkaian ini berfungsi untuk membatasi besar perubahan
(slew rate) arus yang digunakan, selain itu keuntungan lain menggunakan induktor
adalah kemampuan induktor untuk menyimpan energi yang dapat diformulasikan
dengan persamaan (2.1)
2
21 LIE = ................................................ (2.1)
Dimana: E = energi (joule) L = induktansi induktor (H) I = arus yang mengalir (A)
37
Rangkaian dc-dc converter terdiri dari induktor , power switch dan diode yang berfungsi
untuk mentansfer energi dari input menuju output. Komponen –komponen tersebut dapat
dirangkai menjadi beberapa bentuk step-down (buck), step-up(boost), dan atau inverter
seperti pada gambar 2.15
Buck converter topology.
Simple boost converter.
Inverting topology.
Transformer flyback topology.
Gambar 2.15 DC-DC converter Beberapa keuntungan dari switching regulator ini adalah efisiensi yang tinggi,
daya yang hilang sedikit sehingga panas berkurang dan ukuran komponen yang
digunakan lebih kecil, serta energi yang disimpan oleh induktor dapat di transfer ke
output. Kelemahan dari converter ini adalah membutuhkan kontrol energi yang baik dan
gangguan yang dihasilkan rangkaian ini cukup tinggi.
Proses menaikan tegangan dc (step-up tegangan ) terdiri dari dua tahap yaitu saat
charging phase dan discharging phase. Charging Phase dari konfigurasi boost
sederhana yang terdapat pada gambar 2.16 memiliki cara kerja sebagai berikut. Switch
diasumsikan sudah terbuka untuk waktu yang lama, tegangan yang jatuh pada diode
bernilai negatif dan tegangan yang jatuh pada kapasitor sama dengan tegangan input
Vin. Ketika saklar tertutup, tegangan input Vin akan melewati induktor dan arus
mengalir langsung ke ground, sedangkan diode akan mencegah kapasitor discharging ke
38
ground. karena tegangan input berupa tegangan DC, maka arus yang melewati induktor
akan naik secara linear dengan nilai waktu proposional antara tegangan masukan dibagi
dengan induktansi.
Gambar 2.16 Phase charge, ketika saklar terhubung maka arus akan naik
melewati induktor.
Discharging phase terjadi ketika saklar terbuka dan arus pada induktor akan
mengalir melewati dioda dan mencharge output. Tegangan output akan naik dan
kemiringan dari arus di/dt akan menurun, Output tegangan akan naik sampai mencapai
titik equilibrium yaitu pada tegangan
dtdiLVL =
............................................ (2.2)
Dimana : V= tegangan yang dihasilkan pada induktor (Volt) L = induktansi (H)
arusperubahandtdi
= (A/s)
dengan kata lain semakin besar tegangan maka semakin besar cepat pula arus turun. dt
semakin kecil dapat dilihat pada gambar 2.17.
39
Gambar 2.17 Phase Discharge : ketika saklar terbuka, arus mengalir ke beban melewati diode dari input.
Dalam kondisi steady state rata-rata tegangan pada induktor selama satu siklus
switching adalah nol. Hal ini mengimplikasikan rata rata arus yang mengalir melalui
induktor juga selalu dalam keadaan steady dengan demikian dapat dibuat hubungan
antara Vinput ,Voutput , waktu charge, dan waktu discharge
( )
( )
( ) )7.2.(....................................................................................................1
:
)6.2......(..........................................................................................
)()5.2.(................................................................................/1
4.23.2
)4.2.....(..............................................................................................
)3.2...(..........................................................................................
DV
V
BoostrangkaianRumus
Dtt
tDcycledutyhubungannMenggunaka
ttxVVdanpersamaandariHubungan
VVVkarena
xVttxVin
INOUT
OFFON
ON
OFFONINOUT
LINOUT
LOFFON
−=
=+
+=
+=
=