PDF created with pdffactory Pro trial version

Transkripsi

1 Hak Cipta 2005 Suplemen Pengantar Sistem Operasi Komputer Bab 7 Teknologi Input Output disusun oleh Budhi Riyanto / Y dan Prayitno / PENDAHULUAN Komputer terdiri atas banyak komponen. Ada diantara komponen itu seperti prosesor atau memori yang boleh tidak harus ada di dalam computer. Sistem computer mengenal sejumlah alat peripheral yang bekerja sebagai alat masukan (input), keluaran (output), masukan dan keluaran (input output). Berbagai alat itu memerlukan komunikasi dengan prosesor yang diatur melalui protocol tertentu. Selanjutnya, berbagai alat itu memerlukan juga pengelolaan dan pengelolaan demikian dilakukan melalui system operasi. Bagian input output dari system computer mencakup hal-hal mengenai konsep alat input/output, modul dan alat penghubung. Dengan mempertimbangkan berbagai strategi yang digunakan untuk komunikasi antar Modul I/O dan CPU, dan alat penghubung antar[a] suatu Modul I/O dan peralatan yang dihubungkan. Beberapa Sarana I/O umum. Terdapat beberapa jenis perangkat I/O, seperti perangkat penyimpanan (disk, tape), perangkat transmisi (network card, modem), dan perangkat antarmuka dengan pengguna (screen, keyboard, mouse). Perangkat tersebut dikendalikan oleh instruksi I/O. Beberapa konsep yang umum digunakan ialah port, bus (daisy chain/shared direct access), dan pengendali (host adapter). Universal Serial Bus (USB) adalah sebuah peralatan I/O baru yang merupakan trend baru dalam sistem komputer. USB dikenalkan sebagai peralatan yang memiliki metoda I/O yang baru. Tulisan ini membahas tentang Tehnologi Input Output yang merupkan suplemen Bab 7 Buku Stephen D. Burd, System Architecture, Fourth Edition, Thomson Course Technology, Canada,

2 BAB I GAMBARAN I/O Prinsip-prinsip Perangkat Keras I/O Dalam system computer, prosesor dan memori berhubungan dengan berbagai alat yang dihubungkan ke prosesor. Karena berbagai alat itu terletak di tepi atau pinggiran prosesor, maka mereka sering disebut alat tepian atau alat peripheral. Berbagai alat itu memerlukan komunikasi dengan prosesor yang diatur melalui protocol tertentu. Selanjutnya, berbagai alat itu memerlukan juga pengelolaan dan pengelolaan demikian dilakukan melalui system operasi. Sesuai dengan arah penyalurannya, kita mengenal alat masukan, alat keluaran, dan alat masukkan keluaran. Diantara berbagai jenis alat itu, kita menemukan alat perekaman informasi berbentuk disk atau disket. Kita mengenal banyak jenis peripheral. Mereka dibuat oleh berbagai perusahaan untuk berbagai kegunaan. Untuk alat tertentu, bagian system pengelolaan alat itu dibuat juga oleh perusahaan pembuat alat bersangkutan. Tentunya pembuatan bagian system operasi pengelolaan alat itu telah disesuaikan dengan system operasi yang pada umumnya ada di dalam system komputert. Bagian system operasi untuk pengelolaan alat peripheral itu secara khusus, diatur oleh pengendali alat secara umum, diatur oleh piranti lunak pengatur alat (driver). Arah komunikasi masukan keluaran bersangkutan dengan tempat. Mereka menunjukan dari tempat mana ke tempat mana, masukkan dan keluaran itu mengarah. Masuk ke suatu tempat dapat berarti keluar dari tempat yang lain, dan dekian pula sebaliknya. Dalam hal ini prosesor dijadikan tempat acuan untuk masuk atau keluar. Masukan berarti masuk menuju prosesor atau menuju alat yang sedang dikelola oleh prosesor. Keluaran artinya keluar dari prosesor atau dari alat yang sedang dikelola oleh prosesor. Dengan demikian, kita menamakan suatu alat sebagai alat masukan manakala alat itu memasukan informasi ke prosesor atau memori kerja. Dengan cara serupa, kita menamakan suatu alat sebagai alat keluaran manakala alat itu menerima informasi dari prosesor atau memori kerja. Selain tahu di mana saja letak peripheral, prosesor juga harus apat mengendalikan alat peripheral itu. Pengendalian itu terdiri atas dua bagian. Bagian pertama adalah pengaturan sumber daya keras berupa penggerak alat (device controller) serta bagian kedua adalah pengaturan sumberdaya lunak berupa protocol transfer data (data transfer protocol). Kita mengenal lima macam protocol data. Pertama adalah protocol transfer data bertata olah, kedua adalah protocol transfer data serta bertata olah dengan interupsi, ketiga adalah protocol transfer data dengan akses memori langsung, keempat adalah protocol transfer data dengan pelaksana alat, serta kelima adalah protocol transfer data bebas alat. Kerjasama diantara penggerak alat dengan protocol transfer data memungkinkan prosesor mengendalikan alat peripheral. Biasanya, pengdali alat telah disiapkan oleh perusahaan pembuat alat peripheral serta disesuaikan dengan system computer tempat alat peripheral itu dipasang. Adakalanya, bersama-sama dengan alat penghubung lainnya, tata olah pengendali alat terpasang pada kartu antar muka (interface card). Dengan memasang kartu antar muka ke system computer, kita telah memasang juga pengendali alat yang siap diperintah oleh tata olah aplikasi atau oleh pemakai computer. Biasanya alat peripheral terdiri atas bagian mekanika dan bagian elektronika. Kalau bagian mekanika adalah alat peripheral itu sendiri, maka bagian elektronika yang mengatur kerja alat mekanika itu, kita namakan penggerak alat (device controller) atau 2

3 adapter. Dengan demikian, pada sejumlah alat, penggerak alat itu berbentuk rangkaian elektronika. Bahkan dalam banyak hal, rangkaian elektroika itu disusun dalam suatu rangkaian cetak (printed circuit). Dengan adanya rangkaian ini, maka system opresai selalu berurusan dengan penggerak alat serta tidak berurusan langsung dengan alatnya. Salah satu sebab mengapa system operasi selalu berhubungan dengan penggerak alat dan tidak dengan alat itu sendiri, adalah karena pada umumnya, piranti keras alat peripheral merupakan alat yang cukup kasar. Penggunaan alat memerlukan kegiatan yag cukup rumit sehingga dengan membebankan kerumitan iti pada penggerak alat, system operasi tidak perlu terjun ke dalam kerumitan itu. Setiap penggerak alat memiliki sedikit register untuk mencataty data serta melalui bus, penggerak alat berhubungan dengan prosesor. Dengan register itu, penggerak alat memonitor status alat, mengenakan pengendali alat pada motor, melaksanakan pemeriksaan data serta mengetahui format dari alat antara yang berhubungan kea lat itu. Selanjutnya, penggerak alat diperlukan untuk mengubah perintah prosesor ke dalam pulsa listrik yang sepadan untuk diterapkan kea lat. Sebaliknya, penggerak alat juga mengubah informasi tentang status alat ke dalam bentuk yang dapat dipahami oleh prosesor. Dengan demikian, penggerak alat menggerakkan alat secara elektronika. Pada alat perekam berbentuk disk atau disket, penggerak alat mengatur pemutaran disk atau disket itu melalui motor listrik serta mengatur pula gerakan hulu tulis baca (read write head) pada disk atau disket itu. Pada pencetak, penggerak alat melaksanakan gerakan hulu cetak sesuai dengan arah yang ditentukan. Dan demikian seterusnya, penggerak alat menggerakan alat peripheral yang bersangkutan dengan penggerak alat itu. Setelah alat itu digerakan oleh penggerak alat, maka kerja alat itu selanjutnya perlu diatur melalui suatu tata olah atau subrutin. Salah satu cara pengaturan adalah dengan melalui suatu protocol transfer data bertata olah. Protocol ini dikenal juga sebagai programmed data transfer protocol. Sesuai dengan namanya, pada protokolini, transfer data diatur oleh tata olah. Pada saat data akan ditransfer dari prosesor kea lat atau dari alat ke prosesor, tata olah membuat sehingga semua permohonan interupsi diabaikan. Setelah itu, transfer data dilaksanakan. Dengan demikian, pada protocol ini, kita tidak dapat mengenal interupsi melalui permohonan. Sekali transfer data dilaksanakan, maka pelaksanaan akan berlangsung sampai selesai, kecuali tentunya kalau muncul interupsi dan jenis interupsi yang tak terabaikan. Protokol transfer data bertata olah ini sering memanfaatkan pustaka (library) dan spool (simultameous peripheral operation on line). Pada pustaka, dapat dilakukan pemanggilan kepada rutin masukan keluaran tertentu dan bahkan dapat mengatur format masukan keluaran itu. Pada spool, dapat dilakukan pengaturan pada alat yang tak dapat dipakai bersama yakni alat seperti pencetak atau panel kunci ketik. Protokol transfer data bertata olah dengan interupsi. Protokol ini juga dikenal dengan nama programmed interrupt data transfer protocol. Sesuai dengan namanya, protocol ini masih mengenal interupsi melalui permohonan. Kalau pada protocol transfer data bertata olah, permohonan itu tidak dikabulkan, maka di sini permohonan interupsi di kabulkan. Dengan demikian, setiap terjadi interupsi, maka interupsi itu dilayani. Pada saat itu, transfer data terputus, untuk kemudian dilanjutkan lagi setelah interupsi selesai. Selama tiada interupsi, maka transfer data dapat terus berlangsung, sampai pada saat transfer data itu selesai. Dengan menerima interupsi, maka proses yang tadinya sudah terhenti, kini memiliki peluang melanjutkan kembali. Dan cara pelanjutan proses yang sudah terhenti itu adalah melalui interupsi ini. 3

4 Protokol transfer data dengan akses memori langsung. Akses memori merupakan suatu proses yang cukup rumit. Mula-mula penggerak alat membaca data di dalam blok secara berurutan. Setelah itu, penggerak alat perlu memeriksa apakah data yang dibaca itu tidak mengandung kekeliruan. Jika tidak terdapat kekeliruan, maka prosesor akan membaca semua data dari atau ke memori kerja melalui penampung (buffer). Karena prosesor harus terlihat dalam pembacaan data, maka selama pembacaan dan penulisan itu berlangsung, prosesor tidak dapat mengerjakan pekerjaan lain. Untuk membebaskan prosesor dari kegiatan seperti ini, maka diciptakan penggerak yang dapat mendukung protocol transfer data akses memori langsung (direct memory access). Pada protokol ini, prosesor diinterupsi pada saat transfer data dimulai. Setelah itu, prosesor tidak lagi ikut mencampuri kegiatan transfer data itu. Kemudian, pada saat transfer data selesai, barulah prosesor diinterupsi sekali lagi. Dengan demikian, di antara saat awal dan saat akhir transfer data itu, prosesor dapat melaksanakan pekerjaan lain. Karena protocol transfer data nelalui akses memori ini membebaskan prosesor untuk melaksanakan pekerjaan lain, maka protocol ini lebih unggul dari kedua protocol lainnya. Demi efisiensi kerja prosesor, protocol ini digunakan orang pada banyak system komputer. Protokol transfer data dengan pelaksana alat. Pelaksana alat juga dikenal sebagai devide driver. Pelaksana alat ini berbentuk piranti lunak yang menghubungkan prosesor dengan alat, tentunya melalui penggerak alat. Bahkan register pada penggerak alat dimanfaatkan oleh pelaksana alat untuk menyalurkan informasi dari prosesor kea lat dan emikian pun sebaliknya. Satu penggerak alat dapat berhubungan dengan satu pelaksana alat. Dalam keadaan tertentu, satu penggerak alat dapat berhubungan dengan beberapa pelaksana alat sejenis. Satu penggerak alat disk atau disket, misalnya dapat berhubungan dengan satu atau lebih pelaksana alat disk atau disket. Pada saat kegiatan, pelaksanaan alat berbentuk proses yang mengendalikan kerja alat peripheral. Di antaranya, prose situ menerima permintaan alat masukan keluaran (ada kalanya dari suatu antrian), memulai kerja masukan keluaran, menata kekeliruan umum pada penyaluran informasi, melaksanakan interupsi, serta mengirim berita selesai kembali ke proses. Ada yang mengatakan bahwa tugas utama proses pada pelaksana alat mencakup mencegat permintaan dari satu proses, melaksanakan kerja tertentu pada prose situ, serta memberitahukan proses yang meminta itu tentang hasil kerja yang telah terlaksana. Proses yang meminta itu adalah proses umum yang tidak tergantung kepada alat (tidak khas alat tertentu). Dengan demikian, pelaksana alat menerima perintah umum serta melaksnakan perintah iti pada alat peripheral. Rincian dari proses itu sendiri berbeda dari alat kea lat. Sebagai missal, pelaksana disk (disk driver) merupakan bagian satu-satunya pada system operasi yang mengetahui berapa register yang dimiliki oleh penggerak disk serta apa gunanya register itu. Pelaksna disk itu adalah satu-satunya yang mengetahui seluk beluk sector, lintas (track), silinder, hulu, gerak tangkai hulu, factor seling (interleave), waktu pengaturan hulu, serta segala sesuatu yang dapat membuat disk itu bekerja secara benar. Pelaksana alat bekerja sama secara erat dengan penggerak alat. Karena itu, ada orang yang menamakan kedua-duanya sebagai penggerak alat saja (device controller) atau sebagai pelaksana alat (device driver) saja. Di sini, mereka tetap kita pisahkan yakni sebagai penggerak alat dan sebagai pelaksana alat, sedangkan secara bersama-sama, mereka kita namakan sebagai pengendali alat. Pendapat orang-orang mengenai I/O berbeda-beda. Seorang insinyur mungkin akan memandang perangkat keras I/O sebagai kumpulan chip-chip, kabel-kabel, catu daya, dan 4

5 komponen fisik lainnya yang membangun perangkat keras ini. Seorang programmer akan memandangnya sebagai antarmuka yang disediakan oleh perangkat lunak -- perintah yang diterima perangkat keras, fungsi yang dikerjakannya, dan error yang ditimbulkan. Perangkat I/O Perangkat I/O dapat dibagi secara umum menjadi dua kategori, yaitu: perangkat blok (block devices), dan perangkat karakter (character devices). Perangkat blok menyimpan informasi dalam sebuah blok yang ukurannya tertentu, dan memiliki alamat masingmasing. Umumnya blok berukuran antara 512 bytes sampai bytes. Keuntungan dari perangkat blok ini adalah mampu membaca atau menulis setiap blok secara independen. Disk merupakan contoh perangkat blok yang paling banyak digunakan. Tipe lain perangkat I/O adalah perangkat karakter. Perangkat karakter mengirim atau menerima sebarisan karakter, tanpa menghiraukan struktur blok. Tipe ini tidak memiliki alamat, dan tidak memiliki kemampuan mencari (seek). Printer dan antarmuka jaringan merupakan contoh perangkat tipe ini. Pembagian ini tidaklah sempurna. Beberapa perangkat tidak memenuhi kriteria tersebut. Contohnya: clock yang tidak memiliki alamat dan juga tidak mengirim dan menerima barisan karakter. Yang ia lakukan hanya menimbulkan interupsi dalam jangka waktu tertentu. Pengendali Perangkat Unit I/O mengandung komponen mekanis dan elektronis. Komponen elektronis ini disebut pengendali perangkat (device controllers) atau adapter. Pada komputer personal (PC), komponen ini biasanya berupa kartu sirkuit yang dapat dimasukkan ke dalam slot pada motherboard komputer. Perangkat mekanis berupa perangkat itu sendiri. Kartu pengendali biasanya memiliki sebuah penghubung. Beberapa pengendali bisa menangani dua, empat, atau bahkan delapan perangkat yang sejenis. Sistem operasi hampir selalu berhubungan dengan pengendali, bukan dengan perangkat secara langsung. Sebagian besar komputer yang berukuran kecil menggunakan model bus tunggal seperti pada gambar Gb. 7-1 untuk berkomunikasi antara CPU dan pengendali. Sedangkan mainframe yang berukuran besar umumnya menggunakan model yang berbeda, dengan bus yang banyak dan I/O channels. Gambar 7-1. Model Bus Tunggal Sebuah model untuk menghubungkan CPU, memori, pengendali, dan perangkat I/O. Polling Busy-waiting/polling adalah ketika host mengalami looping yaitu membaca status register secara terus-menerus sampai status busy di- clear. Pada dasarnya polling dapat dikatakan efisien. Akan tetapi polling menjadi tidak efisien ketika setelah berulang-ulang melakukan 5

6 looping, hanya menemukan sedikit perangkat yang siap untuk menservis, karena CPU processing yang tersisa belum selesai. Gambar 7-2. Proses Polling Contoh proses polling yang tipikal. Interupsi Mekanisme Dasar Interupsi Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah pengendali telah mengirimkan sebuah sinyal ke interrupt request line (membangkitkan sebuah interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi mengenai keadaan terkini CPU--contohnya nilai instruksi pointer, dan memanggil interrupt handler agar handler tersebut dapat melayani pengendali atau alat yang mengirim interupsi tersebut. Fitur Tambahan pada Komputer Modern Pada arsitektur komputer modern, tiga fitur disediakan oleh CPU dan pengendali interupsi (pada perangkat keras) untuk dapat menangani interrupsi dengan lebih bagus. Fitur-fitur ini antara lain adalah kemampuan menghambat sebuah proses penanganan interupsi selama proses berada dalam critical state, efisiensi penanganan interupsi sehingga tidak perlu dilakukan polling untuk mencari perangkat yang mengirimkan interupsi, dan fitur yang ketiga adalah adanya sebuah konsep interupsi multilevel sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi (diimplementasikan dengan interrupt priority level system). Interrupt Request Line Pada peranti keras CPU terdapat kabel yang disebut interrupt request line, kebanyakan CPU memiliki dua macam interrupt request line, yaitu nonmaskable interrupt dan maskable interrupt. Maskable interrupt dapat dimatikan/dihentikan oleh CPU sebelum pengeksekusian deretan critical instruction (critical instruction sequence) yang tidak boleh diinterupsi. Biasanya, interrupt jenis ini digunakan oleh pengendali perangkat untuk meminta pelayanan CPU. 6

7 Interrupt Vector dan Interrupt Chaining Sebuah mekanisme interupsi akan menerima alamat interrupt handling routine yang spesifik dari sebuah set, pada kebanyakan arsitektur komputer yang ada sekarang ini, alamat ini biasanya berupa sekumpulan bilangan yang menyatakan offset pada sebuah tabel (biasa disebut vektor interupsi). Tabel ini menyimpan alamat-alamat interrupt handler spesifik di dalam memori. Keuntungan dari pemakaian vektor adalah untuk mengurangi kebutuhan akan sebuah interrupt handler yang harus mencari semua kemungkinan sumber interupsi untuk menemukan pengirim interupsi. Akan tetapi, vektor interupsi memiliki hambatan karena pada kenyataannya, komputer yang ada memiliki perangkat (dan interrupt handler) yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah alamat pada vektor interupsi. Karena itulah, digunakan teknik interrupt chaining setiap elemen dari vektor interupsi menunjuk pada elemen pertama dari sebuah daftar interrupt handler. Dengan teknik ini, overhead yang dihasilkan oleh besarnya ukuran tabel dan inefisiensi dari penggunaan sebuah interrupt handler (fitur pada CPU yang telah disebutkan sebelumnya) dapat dikurangi, sehingga keduanya menjadi kurang lebih seimbang. Penyebab Interupsi Interupsi dapat disebabkan berbagai hal, antara lain exception, page fault, interupsi yang dikirimkan oleh pengendali perangkat, dan system call. Exception adalah suatu kondisi dimana terjadi sesuatu, atau dari sebuah operasi didapat hasil tertentu yang dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih, contohnya pembagian dengan 0 (nol), pengaksesan alamat memori yang restricted atau bahkan tidak valid, dan lain-lain. System call adalah sebuah fungsi pada aplikasi (perangkat lunak) yang dapat mengeksekusikan instruksi khusus berupa interupsi perangkat lunak atau trap. DMA (Direct Memory Access) Definisi DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). Transfer DMA Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke pengendali DMA, sehingga pengendali DMA dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat- alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU. Tiga langkah dalam transfer DMA: 1. Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari perangkat, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang ditransfer. 2. Pengendali DMA memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer. 7

8 3. Pengendali DMA meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya. Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama adalah metode yang sangat baku dan sederhana disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena pengendali DMA memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam prosres, sistem mikroprosessor di-set idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer. Metode yang kedua, mengikut-sertakan pengendali DMA untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena pengendali DMA harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka. Handshaking Proses handshaking antara pengendali DMA dan pengendali perangkat dilakukan melalui sepasang kabel yang disebut DMA-request dan DMA-acknowledge. Pengendali perangkat mengirimkan sinyal melalui DMA-request ketika akan mentransfer data sebanyak satu word. Hal ini kemudian akan mengakibatkan pengendali DMA memasukkan alamatalamat yang dinginkan ke kabel alamat memori, dan mengirimkan sinyal melalui kabel DMA-acknowledge. Setelah sinyal melalui kabel DMA-acknowledge diterima, pengendali perangkat mengirimkan data yang dimaksud dan mematikan sinyal pada DMA-request. Hal ini berlangsung berulang-ulang sehingga disebut handshaking. Pada saat pengendali DMA mengambil alih memori, CPU sementara tidak dapat mengakses memori (dihalangi), walau pun masih dapat mengaksees data pada cache primer dan sekunder. Hal ini disebut cycle stealing, yang walau pun memperlambat komputasi CPU, tidak menurunkan kinerja karena memindahkan pekerjaan data transfer ke pengendali DMA meningkatkan performa sistem secara keseluruhan. Cara-cara Implementasi DMA Dalam pelaksanaannya, beberapa komputer menggunakan memori fisik untuk proses DMA, sedangkan jenis komputer lain menggunakan alamat virtual dengan melalui tahap "penerjemahan" dari alamat memori virtual menjadi alamat memori fisik, hal ini disebut Direct Virtual-Memory Address atau DVMA. Keuntungan dari DVMA adalah dapat mendukung transfer antara dua memori mapped device tanpa intervensi CPU. I/O Streams dan Kinerja I/O I/O Streams I/O stream adalah suatu mekanisme pengiriman data secara bertahap dan terus menerus melalui suatu aliran data dari proses ke peranti (begitu pula sebaliknya). I/O Stream terdiri dari: 1. stream head yang berhubungan langsung dengan proses. 2. driver ends yang mengatur peranti-peranti 8

9 3. stream modules yang berada di antara stream head dan driver end, yang bertugas menyampaikan data ke driver end melalui write queue, maupun menyampaikan data ke proses melalui read queue dengan cara message passing. Untuk memasukkan ke dalam stream digunakan ioctl( ) system call, sedangkan untuk menuliskan data ke peranti digunakan write( )/ putmsg( ) system calls,dan untuk membaca data dari peranti digunakan read ( )/ getmsg( ) system calls. Gambar 7-5. Struktur stream Kinerja I/O I/O adalah faktor penting dalam kinerja sistem. I/O sering meminta CPU untuk mengeksekusi device-driver code dan menjadwal proses secara efisien sewaktu memblock dan unblock. Hasil context switch men- stress ke CPU dan hardware cache-nya. I/O juga memberitahukan ketidakefisienan mekanisme penanganan interupsi dalam kernel, dan I/O me- load down memory bus saat data copy antara pengendali dan memori fisik, dan juga saat copy antara kernel buffers dan application data space. Mengkopi dengan semua permintaan ini adalah salah satu kekhawatiran dalam arsitektur komputer. Walaupun komputer modern dapat menangani beribu-ribu interupsi per detik, namun penanganan interupsi adalah pekerjaan yang sulit. Setiap interupsi mengakibatkan sistem melakukan perubahan status, mengeksekusi interrupt handler lalu mengembalikan statusnya kembali. I/O yang terprogram bisa lebih efisien dibanding interrupt-driven I/O, jika waktu cycle yang dibutuhkan untuk busy-waiting tidak berlebihan. I/O yang sudah selesai biasanya meng- unblock sebuah proses lalu membawanya ke full overhead of context switch. Network traffic juga bisa menyebabkan high context-switch rate. Coba diperhatikan, misalnya sebuah remote login dari sebuah mesin ke mesin lainnya. Setiap karakter yang diketikkan pada local machine harus dikirim ke remote machine. Pada local machine karakter akan diketikkan, lalu keyboard interrupt dibuat, dan karakter melewati interrupt handler menuju device-driver lalu ke kernel, setelah itu ke proses. Proses memanggil network I/O system call untuk mengirim karakter ke remote machine. Karakter lalu melewati local kernel, menuju ke lapisan-lapisan network yang membuat paket network, 9

10 lalu ke network device driver. Network device driver mengirim paket itu ke network controller, yang mengirim karakter dan membuat interupsi. Interupsi kemudian dikembalikan ke kernel supaya I/O system call bisa selesai. Sekarang remote system's network hardware sudah menerima paket, dan interupsi dibuat. Karakter di- unpack dari network protocol dan dikirim ke network daemon yang sesuai. Network daemon mengidentifikasi remote login session mana yang terlibat, dan mengirim paket ke subdaemon yang sesuai untuk session itu. Melalui alur ini, ada context switch dan state switch (lihat gambar). Biasanya, penerima mengirim kembali karakter ke pengirim. Gambar 7-6. gambar komunikasi interkomputer Gambar ini diadaptasi dari [Silberschatz2002, halaman 484]. Developer Solaris mengimplementasikan kembali telnet daemon menggunakan kernel-thread untuk menghilangkan context switch yang terlibat dalam pemindahan karakter dari daemon ke kernel. Sun memperkirakan bahwa perkembangan ini akan menambah jumlah maksimum network logins dari beberapa ratus hingga beberapa ribu (pada server besar). Sistem lain menggunakan front-end processor yang terpisah untuk terminal I/O, supaya mengurangi beban interupsi pada main CPU. Misalnya, sebuah terminal concentrator dapat mengirim sinyal secara bersamaan dari beratus-ratus terminal ke satu port di large computer. Sebuah I/O channel adalah sebuah CPU yang memiliki tujuan khusus yang ditemukan pada mainframe dan pada sistem high-end lainnya. Kegunaan dari I/O channel adalah untuk meng- offload I/O work dari main CPU. Prinsipnya adalah channel tersebut menjaga supaya lalu lintas data lancar, sehingga main CPU bisa bebas memproses data. Seperti device controller dan DMA controller yang ada pada smaller computer, sebuah channel dapat memproses program-program yang umum dan kompleks, jadi channel bisa digunakan untuk workload tertentu. Kita bisa menggunakan beberapa prinsip untuk menambah efisiensi I/O : 1. Mengurangi context switch. 10

11 2. Mengurangi jumlah pengkopian data dalam memori sewaktu pengiriman antara peranti dan aplikasi. 3. Mengurangi jumlah interupsi dengan menggunakan transfer besar- besaran, smart controller, dan polling (jika busy-waiting dapat diminimalisir). 4. Menambah konkurensi dengan menggunakan pengendali atau channel DMA yang sudah diketahui untuk meng- offload kopi data sederhana dari CPU. 5. Memindahkan processing primitives ke perangkat keras, supaya operasi pada device controller konkuren dengan CPU dan operasi bus. 6. Keseimbangan antara CPU, memory subsystem, bus dan kinerja I/O, karena sebuah overload pada salah satu area akan menyebabkan keterlambatan pada yang lain. Kompleksitas peranti berbeda-beda, misalnya mouse. Mouse adalah peranti yang sederhana. Pergerakan mouse dan button click diubah menjadi nilai numerik yang dikirim dari perangkat keras (melalui mouse device driver) menuju aplikasinya. Kebalikan dari mouse, fungsionalitas yang disediakan NT disk device driver sangatlah kompleks. NT disk device driver tidak hanya mengatur individual disk, tapi juga mengimplementasikan RAID array. Untuk dapat melakukannya, NT disk device driver mengubah read ataupun write request dari aplikasi menjadi coordinated set of disk I/O operations. Terlebih lagi, NT disk device driver mengimplementasikan penanganan error dan algoritma data-recovery, lalu mengambil langkah-langkah untuk mengoptimalkan kinerja disk, karena kinerja penyimpanan sekunder adalah hal penting untuk keseluruhan kinerja sistem. Kapan fungsionalitas I/O dapat diimplementasikan? Pada device hardware, device driver, atau pada aplikasi perangkat lunak? Mula-mula kita implementasikan eksperimen algoritma I/O pada application level, karena application code lebih fleksibel, dan application bug tidak membuat sistem crash. Terlebih lagi dengan mengembangkan kode pada application level, kita bisa menghindari reboot ataupun reload device driver setiap mengganti kode. Bagaimanapun juga sebuah implementasi pada application level bisa tidak efisien, karena overhead of context switch, dan karena aplikasi tidak bisa menerima kemudahan dari internal kernel data structure dan fungsionalitas kernel (seperti internal kernel messaging, threading, dan locking yang efisien). Ketika algoritma application level memperlihatkan kegunaannya, kita bisa mengimplementasikan kembali kernel, sehingga dapat menambah kinerja. Akan tetapi, usaha pengembangan suilt dilakukan karena sistem operasi kernel adalah sistem perangkat lunak yang besar dan kompleks. Terlebih lagi, dalam pengimplementasian internal kernel harus di- debug secara hati-hati untuk menghindari data corrupt dan sistem crash. kinerja tertinggi bisa didapatkan dengan cara implementasi spesial dalam perangkat keras, baik dalam peranti ataupun pengendali. Kerugian dari implementasi perangkat keras termasuk kesulitan dan pengorbanan dari membuat kemajuan atau dari pembetulan bug, dan bertambahnya development time (dalam satuan bulan, bukan hari), dan berkurangnya fleksibilitas. Misalnya, sebuah hardware RAID controller mungkin saja tidak memberikan izin kepada kernel untuk mempengaruhi urutan ataupun lokasi dari individual block reads and writes, walaupun kernel memiliki informasi tertentu tentang workload yang mampu membuat kernel meningkatkan kinerja I/O. 11

12 BAB II I/O DALAM PERSONAL KOMPUTER Bagian ini memperkenalkan konsep alat input/output, modul dan alat penghubung. Dengan mempertimbangkan berbagai strategi yang digunakan untuk komunikasi antar Modul I/O dan CPU, dan alat penghubung antar[a] suatu Modul I/O dan peralatan yang dihubungkan. Beberapa Sarana I/O umum dipertimbangkan di bagian akhir. 1. Pengenalan Suatu sistem komputer meliputi tiga blok fungsional utama, yaitu : o Suatu unit pengolahan pusat o memori Utama o Input/Output ( I/O) Bagian I/O dari komputer dapat dipecah ke dalam dua komponen. o Sarana I/O diri mereka ( sekeliling) o Modul I/O Di dalam bagian ini, kita adalah tidak mengutamakan, tetapi lebih dengan Modul I/O yang menangani komunikasi antara modul I/O dan CPU. 2. Modul I/O Tidaklah mungkin menyederhanakan hubungan I/O device ke bus sistem secara langsung untuk beberapa alasan. Ada banyak jenis alat yang berbeda, masing-masing dengan suatu metode operasi berbeda, seperti monitor, disk drive, keyboard. Adalah tak dapat dilaksanakan untuk suatu CPU menjadi peduli pada operasi dari setiap jenis alat, yang terutama sekali seperti peralatan baru yang di rancang setelah yang dirancang setelah CPU telah diproduksi. Tingkat pemindahan / transfer data dari kebanyakan peralatan adalah lebih lambat dibandingkan dengan CPU itu sendiri. CPU tidak bisa berkomunikasi secara langsung dengan peralatan seperti peralatan tanpa melambat keseluruhan sistem menurun/jatuh atau system down. Peralatan sering menggunakan format dan ukuran data word yang berbeda dibanding CPU. Karena alasan ini suatu sistem komputer harus menggunakan Modul I/O, komponen yang menghubungkan antara CPU dan Peralatan.lainnya. Suatu Modul I/O mempunyai beberapa fungsi.: Mengendalikan peralatan lainnya dan menyelaraskan operasinya dengan CPU Berkomunikasi dengan CPU melalui sistem bus Berkomunikasi dengan peralatan lainnya melalui suatu I/O penghubung (interface). Penampung data sementara (buffering data ). Pendeteksian kesalahan (error buffering). 12

13 Modul I/O terdiri dari beberapa komponen : Suatu koneksi kepada sistem bus Beberapa logika kendali (control logic) Penampung data sementara (buffering data) Suatu alat penghubung kepada peralatan lainnya (peripheral). Kita akan mempertimbangkan dua area utama: Strategi Modul I/O berkomunikasi dengan CPU. Alat penghubung (interface) antara Modul I/O, CPU dan peralatan lainnya. 3. I/O Yang diprogramkan (programmed I/O) Strategi yang paling sederhana untuk penanganan komunikasi antara CPU dan suatu Modul I/O adalah dalam bentuk program (I/O programmed). Dalam hal ini, CPU bertanggung jawab untuk semua komunikasi dengan Modul I/O, dengan menjalankan instruksi mengendalikan alat yang dipasang, atau memindahkan data. Sebagai contoh, CPU ingin mengirimkan data pada suatu alat menggunakan I/O yang sudah deprogram, pertama CPU mengeluarkan instruksi kepada Modul I/O yang dituju untuk memberitahukan data yang diharapkan. CPU kemudian harus menunggu sampai modul menjawab sebelum mengirimkan data itu. Jika modul adalah lebih lambat dibanding CPU yang terjadi kemudian adalah CPU dapat saja menunggu sampai jawaban diterima. Hal ini menjadikan kinerja yang tidak efisien. Masalah yang lain timbul, jika CPU harus membaca data dari sebuah peralatan seperti keyboard. Sering CPU harus memberikan suatu instruksi kepada Modul I/O yang sesuai setelah tombol ditekan. Ini juga sangat tidak efisien. Sebagai konsekwensi strategi ini hanya digunakan pada mikro prosesor control yang sangat kecil.. 4. Interupt Driven I/O Suatu strategi yang lebih umum akan menggunakan interupt driven I/O. Strategi ini mengijinkan CPU untuk melanjutkan dengan operasi lainnya sampai modul menyatakan siap untuk memindahkan data. Manakala CPU ingin berkomunikasi dengan suatu alat, ia akan mengeluarkan suatu instruksi kepada Modul I/O yang sesuai, dan kemudian melanjutkan dengan operasi lain. Manakala alat telah siap, ia akan menyela CPU itu. CPU kemudian bisa menyelesaikan perpindahan data sebelumnya. Ini juga memindahkan kebutuhan akan CPU secara terus menerus menanyai alat masukan untuk melihat jika harus membaca data. Manakala suatu alat masukan mempunyai data, kemudian Modul I/O yang sesuai dapat menyela CPU untuk meminta suatu perpindahan data. Suatu Modul I/O menyela CPU dengan hanya mengaktipkan suatu garis kendali di dalam kendali bus. Urutan peristiwanya sebagai berikut: 1. Modul I/O menyela CPU itu. 2. penghabisan CPU melaksanakan instruksi yang sekarang itu. 13

14 3. CPU mengakui adanya interupt itu. 4. CPU status sekarang nya. 5. CPU melompat ke suatu urutan instruksi yang akan menangani interupt itu. Situasi ini adalah sedikit diperumit melalui fakta bahwa kebanyakan sistem komputer akan mempunyai beberapa peralatan lainnya dihubungkan kepadanya. Artinya komputer harus mampu mendeteksi interrupt dating dari alat yang mana, dan untuk memutuskan interupt yang mana yang harus ditangani jika terjadi secara serempak. Keputusan ini pada umumnya didasarkan pada prioritas interupt. Beberapa alat akan memerlukan tanggapan dari CPU dengan cepat dibanding yang lain, sebagai contoh, suatu interupt dari suatu disk drive harus ditangani dengan cepat dibanding suatu interupt dari suatu keyboard. Banyak sistem menggunakan berbagai bentuk interupt. Ini mengijinkan cara cepat untuk menugaskan prioritas ke alat berbeda, bentuk interupt dapat mempunyai prioritas berbeda. Bagaimanapun, ada kemungkinan bahwa akan ada lebih banyak peralatan dibanding bentuk interupt, maka beberapa metoda lain harus digunakan untuk menentukan alat yang mana suatu interrupt itu datang dari. Kebanyakan sistem menggunakan suatu sistem dari vectored interrupt. Manakala CPU menerima suatu interupsi, alat yang relevan menempatkan word data vector ke dalam bus. Vektor mengidentifikasi alat mana yang memerlukan perhatian, dan yang digunakan oleh CPU untuk melihat alamat dari penanganan rutin yang sesuai. 5. Memory Mapped and Isolated I/O Apakah suatu sistem menggunakan programed atau interrupt driven I/O, itu masih harus pada waktu tertentu mengirimkan instruksi kepada Modul I/O. Dua metoda digunakan untuk untuk menerapkan ini: memory-mapped I/O and isolated I/O. Dengan memory-mapped I/O, Modul I/O nampak kepada CPU seolah-olah mereka menduduki penempatan di dalam memori utama. Untuk mengirimkan instruksi atau mengirimkan data ke suatu Modul I/O, CPU membaca atau tulis data ke tempat memori dialokasikan. Ini akan mengurangi ruang alamat yang tersedia untuk memori utama, tetapi kebanyakan system modern menggunakan suatu alamat bus yang lebar, ini adalah bukan masalah yang umum. Dengan isolated I/O, Modul I/O nampak untuk menempati ruang alamat mereka sendiri, dan instruksi khusus digunakan untuk berkomunikasi dengannya. Ini memberi lebih ruang alamat untuk Modul I/O dan memori, tetapi akan meningkatkan total jumlah instruksi yang berbeda. Mungkin juga mengurangi fleksibilitas di mana CPU boleh mengalamatkan Modul I/O jika lebih sedikit mode pengalamatan yang tersedia untuk Instruksi I/O yang khusus. 6. Direct Memory Access Walaupun interrupt driven I/O jauh lebih efisien dibanding program controlled I/O, semua data masih ditransfer melalui CPU. Ini menjadi tidak efisien jika kuantitas data besar ditransfer antara peralatan lain dan memori. Pengiriman akan lebih lambat 14

15 dibanding yang diperlukan, dan CPU tidak mampu untuk melaksanakan tindakan lain ketika sedang beroperasi. Banyak sistem menggunakan suatu strategi tambahan, yang dikenal sebagai direct memory access ( DMA). DMA menggunakan suatu potongan perangkat keras tambahansuatu DMA pengontrol. DMA pengontrol dapat mengambil alih sistem bus dan memindahkan data antara suatu Modul I/O dan memori utama tanpa intervensi dari CPU. Kapan saja CPU ingin memindahkan data, akan memberitahukan kepada DMA pengontrol arah dari pengiriman, modul I/O melibatkan penempatan data di dalam memori, dan ukuran dari blok data untuk ditransfer. Kemudian bisa melanjutkan dengan instruksi lain dan DMA pengontrol akan menginterupsi manakala pengiriman lengkap. CPU dan DMA pengontrol tidak bisa menggunakan sistem bus pada waktu yang sama, maka beberapa cara harus ditemukan untuk berbagi bus diantara mereka. Satu atau dua metoda secara normal digunakan: Burst mode DMA controller mentransfer blok data dengan menghentikan CPU dan mengendalikan sistem bus pada waktu pentransferan. Perpindahan akan sama cepat seperti hubungan yang paling lemah di dalam I/O Module/Bus/Memory, ketika data tidak melalui CPU, tetapi CPU harus tetap dihentikan ketika transfer sedang berlangsung. Cycle stealing DMA controller mentransfer data satu word setiap waktunya, menggunakan bus selama bagian dari suatu instruksi beredar ketika CPU tidak menggunakannya, atau dengan menghentikan CPU untuk satu waktu pada setiap instruksi. Ini mungkin akan melambatkan CPU sedikit demi sedikit, tetapi akan masih lebih efisien. 7. Channel I/O Ini adalah suatu sistem yang biasa digunakan pada komputer mainframe, tetapi menjadi semakin umum pada sistem lebih kecil. Adalah suatu perluasan menyangkut DMA konsep, di mana DMA controller menjadi full-scale computer system itu sendiri, yang menangani semua komunikasi dengan Modul I/O. 8. I/O Interfaces Alat penghubung dari suatu Modul I/O adalah koneksi kepada peripheral yang dihubungkan dengannya. Alat penghubung menangani sinkhronisasi dan kendali dari peripheral, dan transfer data yang terjadi. Sebagai contoh, untuk mengirimkan data ke peripheral, urutan sebagai berikut: 1. Modul I/O mengirimkan suatu isyarat kendali untuk permintaan ijin mengirimkan data. 2. Peripheral menyatakan adanya permintaan itu. 3. Modul I/O mengirimkan data ( ini mungkin suatu kata setiap waktu maupun suatu blok setiap waktu tergantung pada peripheral). 4. Peripheral memberitahu telah merima data. 15

16 Proses sinkhronisasi ini dikenal sebagai handshaking. Internal buffer mengijinkan modul I/O untuk mengganti beberapa perbedaan kecepatan di mana interface dapat berkomunikasi dengan peripheral, dan kecepatan dari sistem bus. I/O interface dapat dibagi menjadi dua jenis utama: Parallel interfaces Ada banyak kawat yang menghubungkan Modul I/O ke peralatan lainnya, dan bit data ditransfer secara simultan, sebagaimana adanya di atas data bus. Jenis interface ini digunakan untuk peripheral dengan kecepatan tinggi seperti disk drive. Serial interfaces Hanya kawat tunggal menghubungkan Modul I/O ke peralatan lainnya, dan data harus ditransfer satu bit setiap waktunya. Ini digunakan untuk peralatan yang lebih lambat seperti keyboard dan printer. 16

17 BAB III PERALATAN I/O Perangkat I/O Jenis-Jenis Secara umum, terdapat beberapa jenis perangkat I/O, seperti perangkat penyimpanan (disk, tape), perangkat transmisi (network card, modem), dan perangkat antarmuka dengan pengguna (screen, keyboard, mouse). Perangkat tersebut dikendalikan oleh instruksi I/O. Alamat-alamat yang dimiliki oleh perangkat akan digunakan oleh direct I/O instruction dan memory-mapped I/O. Beberapa konsep yang umum digunakan ialah port, bus (daisy chain/shared direct access), dan pengendali (host adapter). Port ialah koneksi yang digunakan oleh perangkat untuk berkomunikasi dengan mesin. Bus ialah koneksi yang menghubungkan beberapa perangkat menggunakan kabelkabel. Pengendali ialah alat-alat elektronik yang berfungsi untuk mengoperasikan port, bus, dan perangkat. Langkah yang ditentukan untuk perangkat ialah command-ready, busy, dan error. Host mengeset command-ready ketika perintah telah siap untuk dieksekusi oleh pengendali. Pengendali mengeset busy ketika sedang mengerjakan sesuatu, dan menclear busy ketika telah siap untuk menerima perintah selanjutnya. Error diset ketika terjadi kesalahan. Perangkat I/O Klasifikasi Umum Perangkat I/O Prinsip-Prinsip Pendapat orangorang mengenai I/O berbeda-beda. Seorang insinyur mungkin akan memandang perangkat keras I/O sebagai kumpulan chip-chip, kabel-kabel, catu daya, dan komponen fisik lainnya yang membangun perangkat keras ini. Seorang programmer akan memandangnya sebagai antarmuka yang disediakan oleh perangkat lunak -- perintah yang diterima perangkat keras, fungsi yang dikerjakannya, dan error yang ditimbulkan. Perangkat I/O dapat dibagi secara umum menjadi dua kategori, yaitu: perangkat blok (block devices), dan perangkat karakter (character devices). Perangkat blok menyimpan informasi dalam sebuah blok yang ukurannya tertentu, dan memiliki alamat masing-masing. Umumnya blok berukuran antara 512 bytes sampai bytes. Keuntungan dari perangkat blok ini ialah mampu membaca atau menulis setiap blok secara independen. Disk merupakan contoh perangkat blok yang paling banyak digunakan. Tipe lain perangkat I/O ialah perangkat karakter. Perangkat karakter mengirim atau menerima sebarisan karakter, tanpa menghiraukan struktur blok. Tipe ini tidak memiliki alamat, dan tidak memiliki kemampuan mencari (seek). Printer dan antarmuka jaringan merupakan contoh perangkat jenis ini. Pembagian ini tidaklah sempurna. Beberapa perangkat tidak memenuhi kriteria tersebut. Contohnya: clock yang tidak memiliki alamat dan juga tidak mengirim dan menerima barisan karakter. Yang ia lakukan hanya menimbulkan interupsi dalam jangka waktu tertentu. Pengendali Perangkat Motherboard Mainframe Unit I/O mengandung komponen mekanis dan elektronis. Komponen elektronis ini disebut pengendali perangkat (device controllers) atau adapter. Pada komputer personal (PC), komponen ini biasanya berupa kartu sirkuit yang dapat dimasukkan ke dalam slot pada motherboard komputer. Perangkat mekanis berupa perangkat itu sendiri. Kartu pengendali biasanya memiliki sebuah penghubung. Beberapa pengendali dapat menangani dua, empat, atau bahkan delapan perangkat yang sejenis. Sistem operasi hampir selalu berhubungan dengan pengendali, bukan dengan perangkat secara langsung. Sebagian besar komputer yang berukuran kecil menggunakan model bus tunggal seperti pada untuk berkomunikasi antara CPU dan pengendali. Sedangkan mainframe yang berukuran besar umumnya menggunakan model yang berbeda, dengan bus yang banyak dan I/O channels. Model Bus Tunggal Sebuah model untuk menghubungkan CPU, memori, pengendali, dan perangkat I/O. Polling Busywaiting/polling ialah ketika host mengalami looping yaitu membaca status register secara terus-menerus sampai status busy di-clear. Pada dasarnya polling dapat dikatakan efisien. Akan tetapi polling menjadi tidak efisien ketika setelah berulang-ulang melakukan looping, hanya menemukan sedikit perangkat yang siap untuk menservis, karena CPU processing 17

18 yang tersisa belum selesai. Proses polling Contoh proses polling yang tipikal. Interupsi Mekanisme Dasar Interupsi Interupsi Mekanisme Dasar Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah pengendali telah mengirimkan sebuah sinyal ke interrupt request line (membangkitkan sebuah interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi mengenai keadaan terkini CPU--contohnya nilai instruksi pointer, dan memanggil interrupt handler agar handler tersebut dapat melayani pengendali atau alat yang mengirim interupsi tersebut. Fitur Tambahan pada Komputer Modern Pada arsitektur komputer modern, tiga fitur disediakan oleh CPU dan pengendali interupsi (pada perangkat keras) untuk dapat menangani interrupsi dengan lebih bagus. Fitur-fitur ini antara lain ialah kemampuan menghambat sebuah proses penanganan interupsi selama proses berada dalam critical state, efisiensi penanganan interupsi sehingga tidak perlu dilakukan polling untuk mencari perangkat yang mengirimkan interupsi, dan fitur yang ketiga ialah adanya sebuah konsep interupsi multilevel sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi (diimplementasikan dengan interrupt priority level system). Interrupt Request Line Pada peranti keras CPU terdapat kabel yang disebut interrupt request line, kebanyakan CPU memiliki dua macam interrupt request line, yaitu nonmaskable interrupt dan maskable interrupt. Maskable interrupt dapat dimatikan/dihentikan oleh CPU sebelum pengeksekusian deretan critical instruction (critical instruction sequence) yang tidak boleh diinterupsi. Biasanya, interrupt jenis ini digunakan oleh pengendali perangkat untuk meminta pelayanan CPU. Interrupt Vector dan Interrupt Chaining Interupsi Interrupt Vector Dan Interrupt Chaining Sebuah mekanisme interupsi akan menerima alamat interrupt handling routine yang spesifik dari sebuah set, pada kebanyakan arsitektur komputer yang ada sekarang ini, alamat ini biasanya berupa sekumpulan bilangan yang menyatakan offset pada sebuah tabel (biasa disebut vektor interupsi). Tabel ini menyimpan alamatalamat interrupt handler spesifik di dalam memori. Keuntungan dari pemakaian vektor ialah untuk mengurangi kebutuhan akan sebuah interrupt handler yang harus mencari semua kemungkinan sumber interupsi untuk menemukan pengirim interupsi. Akan tetapi, vektor interupsi memiliki hambatan karena pada kenyataannya, komputer yang ada memiliki perangkat (dan interrupt handler) yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah alamat pada vektor interupsi. Karena itulah, digunakan teknik interrupt chaining setiap elemen dari vektor interupsi menunjuk pada elemen pertama dari sebuah daftar interrupt handler. Dengan teknik ini, overhead yang dihasilkan oleh besarnya ukuran tabel dan inefisiensi dari penggunaan sebuah interrupt handler (fitur pada CPU yang telah disebutkan sebelumnya) dapat dikurangi, sehingga keduanya menjadi kurang lebih seimbang. Penyebab Interupsi Interupsi Penyebab Interupsi dapat disebabkan berbagai hal, antara lain exception, page fault, interupsi yang dikirimkan oleh pengendali perangkat, dan system call. Exception ialah suatu kondisi dimana terjadi sesuatu, atau dari sebuah operasi didapat hasil tertentu yang dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih, contohnya pembagian dengan 0 (nol), pengaksesan alamat memori yang restricted atau bahkan tidak valid, dan lain-lain. System call ialah sebuah fungsi pada aplikasi (perangkat lunak) yang dapat mengeksekusikan instruksi khusus berupa interupsi perangkat lunak atau trap. DMA Definisi DMA ialah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). DMA Transfer Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke pengendali DMA, sehingga pengendali DMA dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU. Tiga langkah dalam transfer DMA: Prosesor 18

19 menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari perangkat, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang ditransfer. Pengendali DMA memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer. Pengendali DMA meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya. Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama ialah metode yang sangat baku dan sederhana disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena pengendali DMA memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam prosres, sistem mikroprosessor di-set idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer. Metode yang kedua, mengikut-sertakan pengendali DMA untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena pengendali DMA harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka. Handshaking DMA Handshaking Proses handshaking antara pengendali DMA dan pengendali perangkat dilakukan melalui sepasang kabel yang disebut DMA-request dan DMA-acknowledge. Pengendali perangkat mengirimkan sinyal melalui DMA-request ketika akan mentransfer data sebanyak satu word. Hal ini kemudian akan mengakibatkan pengendali DMA memasukkan alamat-alamat yang dinginkan ke kabel alamat memori, dan mengirimkan sinyal melalui kabel DMA-acknowledge. Setelah sinyal melalui kabel DMA-acknowledge diterima, pengendali perangkat mengirimkan data yang dimaksud dan mematikan sinyal pada DMA-request. Hal ini berlangsung berulang-ulang sehingga disebut handshaking. Pada saat pengendali DMA mengambil alih memori, CPU sementara tidak dapat mengakses memori (dihalangi), walau pun masih dapat mengaksees data pada cache primer dan sekunder. Hal ini disebut cycle stealing, yang walau pun memperlambat komputasi CPU, tidak menurunkan kinerja karena memindahkan pekerjaan data transfer ke pengendali DMA meningkatkan performa sistem secara keseluruhan. Cara-cara Implementasi DMA DMA Cara Implementasi Direct Virtual-Memory Access Dalam pelaksanaannya, beberapa komputer menggunakan memori fisik untuk proses DMA, sedangkan jenis komputer lain menggunakan alamat virtual dengan melalui tahap "penerjemahan" dari alamat memori virtual menjadi alamat memori fisik, hal ini disebut Direct Virtual-Memory Address atau DVMA. Keuntungan dari DVMA ialah dapat mendukung transfer antara dua memori mapped device tanpa intervensi CPU. Suatu papan tombol komputer adalah suatu yang dimodelkan setelah mesin ketik. Papan tombol dirancang untuk masukan karakter dan teks, dan juga untuk mengendalikan operasi dari komputer. Secara phisik, papan tombol komputer adalah suatu pengaturan segi empat atau near-rectangular tombol, atau " kunci". Papan tombol yang secara khas sudah mempunyai karakter mengukir atau mencetak pada atas kunci. Dalam banyak kasus, masing-masing tekanan dari suatu kunci sesuai dengan lambang yang tertulis tunggal. Bagaimanapun, untuk menghasilkan beberapa lambang memerlukan menekan dan memegang beberapa kunci yang secara serempak, atau di dalam urutan. Kunci lain tidak menghasilkan lambing apapun, tetapi sebagai gantinya mempengaruhi operasi dari komputer, atau papan tombol itu sendiri. 19