Manajemen I/O

Manajemen Unit Masukan dan Keluaran

Sistem Komputer

Tiga komponen utama :

- CPU,

- Memori (primer dan sekunder)

- Peralatan masukan/keluaran (I/O devices) seperti printer, monitor,    

  keyboard, mouse, dan modem

Modul I/O

vMerupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch

   sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral.

vTidak hanya sekedar modul penghubung, tetapi sebuah piranti yang berisi logika

  dalam melakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus computer 
   Piranti tidak tidak langsung dihubungkan dengan bus sistem komputer , Mengapa ?

vBervariasinya metode operasi piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila sistem komputer

    harus menangani berbagai macam sisem operasi piranti peripheral tersebut.

vKecepatan transfer data piranti peripheral umumnya lebih lambat dari pada laju transfer

   data pada CPU maupun memori.

vFormat data dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan CPU,

   sehingga perlu modul untuk menselaraskannya.

Dua fungsi utama :

vSebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.

vSebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya
  dengan menggunakan link data tertentu Sistem Masukan & Keluaran Komputer.

vBagaimana modul I/O dapat menjalankan tugasnya ?

vInti mempelajari sistem I/O suatu komputer ?

  Menjembatani CPU dan memori dengan vdunia luar merupakan hal yang terpenting

  untuk kita ketahui.

vMengetahui fungsi dan struktur modul I/O.

Model generik dari suatu modul I/O

 Modul I/O adalah suatu komponen dalam vsistem komputer.

 §Bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat

    luar atau lebih.

§ Bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut
   dengan memori utama ataupun dengan register –register CPU.

   Antarmuka internal dengan komputer v(CPU dan memori utama)

   Antarmuka dengan perangkat veksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi

   pengontrolan.

Fungsi Modul I/O

vKontrol dan pewaktuan.

vKomunikasi CPU.

vKomunikasi perangkat eksternal.

vPem-buffer-an data.

vDeteksi kesalahan

Kontrol dan Pewaktuan

v Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timing) merupakan hal yang penting untuk
   mensinkronkan kerja masing – masing komponen penyusun komputer.

v Dalam sekali waktu CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih
  perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transfer
  komunikasi data yang beragam, baik dengan
  perangkat internal seperti register – register, memori utama, memori sekunder,
  perangkat peripheral.

v Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan
   pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan.

v Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus,
  maka interaksi CPU dan modul I/O akan melibatkan kontrol dan
   pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih.

Langkah-langkah pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O

vPermintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.

vModul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.

vApabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data,
  maka CPU akan mengirimkan perintah ke modul I/O.

vModul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.

vSelanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan
  sinkronisasi panjang data dan kecepatan transfer oleh modul I/O
  sehingga paket – paket data dapat diterima CPU dengan baik.

Buffering

vTujuan utama adalah mendapatkan penyesuaian data sehubungan perbedaan

   laju transfer data dari perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan

   pada CPU.

vLaju transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan

  CPU maupun media penyimpan.

Deteksi Kesalahan

vBila perangkat peripheral terdapat masalah sehingga proses tidak dapat

   dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan kesalahan tersebut.

§ Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti:
   kertas tergulung, pinta habis, kertas habis.

vTeknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bit paritas.

Struktur Modul I/O

vBerbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer.

§ Intel 8255A yang sering disebut PPI (Programmable Peripheral Interface).

vBagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O, terdapat kemiripan struktur.

    Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus vsistem komputer terdapat tiga saluran

§ Saluran data

§ Saluran alamat

§ Saluran kontrol.

   Bagian terpenting adalah blok logika I/O vyang berhubungan dengan semua

   peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada

   blok ini.

I/O Terpogram

vData saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O.

vCPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU

   secara langsung.

§ Pemindahan data

§ Pengiriman perintah baca maupun tulis

§ Monitoring perangkat Implementasi perintah dalam instruksi I/O.

v Memory-mapped I/O

v Isolated I/O

Klasifikasi Perintah I/O

1. Perintah control.

    Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan

    memberitahukan tugas yang diperintahkan padanya.

2. Perintah test.

    Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status   

    modul I/O dan peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat   

    peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap digunakan, juga untuk    

    mengetahui operasi operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi  

    kesalahannya.

3. Perintah read.

    Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian

    Menaruh dalam buffer internal. Proses selanjutnya paket data dikirim    

    melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data maupun kecepatan    

    transfernya.

4. Perintah write.

    Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O

    untuk mengambil data dari bus data untuk diberikan pada perangkat

    peripheral tujuan data tersebut.

Memory-mapped I/O

vTerdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O.

vCPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai

   Lokasi memori dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk 
   mengakses baik memori maupun perangkat I/O.

vKonskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan   

   Saluran tunggal untuk penulisan.

vKeuntungan memory-mapped I/O adalahefisien dalam pemrograman,   

   Namun memakan banyak ruang memori alamat.

Isolated I/O

vDilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang

   pengalamatan bagi I/O.

vDengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran    

   pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output.

vKeuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.

Interrupt – Driven I/O

 vProses tidak membuang – buang waktu

§ CPU mengeluarkan perintah I/O pada modul I/O, bersamaan perintah

    I/O dijalankan modul I/O maka CPU akan melakukan eksekusi

    perintah – perintah lainnya.

§ Apabila modul I/O telah selesai menjalankan instruksi yang diberikan

    padanya akan melakukan interupsi pada CPU bahwa tugasnya telah    

    selesai.

 v Kendali perintah masih menjadi tanggung jawab CPU, baik pengambilan

    Perintah dari memori maupun pelaksanaan isi perintah tersebut.

 v Terdapat selangkah kemajuan dari teknik sebelumnya

§ CPU melakukan multitasking beberapa perintah sekaligus

§ Tidak ada waktu tunggu bagi CPU = Proses Cepat

    Cara kerja teknik interupsi di sisi modul vI/O

§ Modul I/O menerima perintah, misal read.

§ Modul I/O melaksanakan perintah pembacaan dari peripheral dan 
    meletakkan paket data ke register data modul I/O

§ Modul mengeluarkan sinyal interupsi ke CPU melalui saluran kontrol.

§ Modul menunggu datanya diminta CPU Saat permintaan terjadi

§ Modul meletakkan data pada bus data

§ Modul siap menerima perintah selanjutnya

Interrupt

v Pengolahan interupsi saat perangkat I/O telah menyelesaikan sebuah operasi    

    .I/O 

§ Perangkat I/O akan mengirimkan sinyal interupsi ke CPU.

§ CPU menyelesaikan operasi yang sedang dijalankannya kemudian merespon

    interupsi.

§ CPU memeriksa interupsi tersebut, kalau valid maka CPU akan mengirimkan

    sinyal acknowledgment ke perangkat I/O untuk menghentikan interupsinya.

§ CPU mempersiapkan pengontrolan transfer ke routine interupsi. Hal yang

    dilakukan adalah menyimpan informasi yang diperlukan untuk melanjutkan

    operasi yang tadi dijalankan sebelum adanya interupsi. Informasi yang

    diperlukan berupa:

• Status prosesor, berisi register yang dipanggil PSW (program status word).

• Lokasi intruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Informasi tersebut kemudian 
  disimpan dalam stack pengontrol sistem.

    Teknik yang digunakan CPU dalam vmenangani program interupsi

§ Multiple Interrupt Lines.

§ Software poll.

§ Daisy Chain.

§ Arbitrasi bus

    Pengolahan interupsi saat perangkat I/O vtelah menyelesaikan sebuah      

    operasi I/O 

§ CPU akan menyimpan PC (program counter) eksekusi sebelum 
    interupsi ke stack pengontrol bersama informasi PSW.

§ Mempersiapkan PC untuk penanganan interupsi.

§ CPU memproses interupsi sampai selesai

§ Bila pengolahan interupsi selasai, CPU akan memanggil 
  kembali informasi yang telah disimpan pada stack 
  pengontrol untuk meneruskan operasi sebelum interupsi .

Multiple Interrupt Lines

v Teknik yang paling sederhana.

v Menggunakan saluran interupsi berjumlah banyak.

v Tidak praktis untuk menggunakan sejumlah saluran bus atau pin CPU    

    keseluruh saluran interupsi modul – modul I/O.

Software poll

 v CPU mengetahui adanya sebuah interupsi, maka CPU akan menuju ke routine   

    Layanan interupsi yang tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O untuk   

    Menentukan modul yang melakukan interupsi.

 v Kerugian software poll.

§ memerlukan waktu yang lama karena harus mengidentifikasi seluruh modul

    Untuk mengetahui modul I/O yang melakukan interupsi.

Daisy chain

v Teknik yang lebih efisien

v Menggunakan hardware poll

v Seluruh modul I/O tersambung dalam saluran interupsi CPU secara   

    melingkar (chain).

v Apabila ada permintaan interupsi, maka CPU akan menjalankan sinyal

   acknowledge yang berjalan pada saluran interupsi sampai menjumpai   

   modul I/O yang mengirimkan interupsi.

Arbitrasi bus

v Modul I/O memperoleh kontrol bus sebelum modul ini menggunakan   

    saluran permintaan interupsi.

v Hanya akan terdapat sebuah modul I/O yang dapat melakukan   

    interupsi.

Pengontrol Interrupt Intel 8259A

v Intel mengeluarkan chips 8259A

v Sebagai interrupt arbiter pada mikroprosesor Intel 8086

v Manajemen interupsi modul - modul I/O

v Chips ini dapat diprogram untuk menentukan prioritas modul I/O yang

   lebih dulu ditangani CPU apabila ada permintaan interupsi yang

bersamaan.

vMode – mode interupsi.

Mode pada Interrupt Intel 8259A

v Fully Nested.

§ Permintaan interupsi dengan prioritas mulai 0 (IR0) hingga 7(IR7).

v Rotating.

§ Bila sebuah modul telah dilayani interupsinya akan menempati prioritas terendah.

v Special Mask.

§ Prioritas diprogram untuk modul I/O tertentu secara spesial.

Kesimpulan

v Modul I/O merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus

    atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral.

v Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang 

    bertanggung jawab atas   pengontrolan sebuah perangkat luar atau 

    lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran data 

    antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun 

    dengan register –register CPU.