Pertemuan 6-organisasi-input-dan-output1

ORGANISASI KOMPUTER

MATA KULIAH:

PRODI PENDIDIKAN TEKNIK INFORMATIKA DAN KOMPUTER

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

ORGANISASI

INPUT/OUTPUT

BY: AYU ANGGRIANI H_092904010 1

2013

CREATED BY: FRANS RUMENGAN D.

1129040049PTIK 02 2011

PENDAHULUAN

Salah satu fitur dasar suatu computer adalah kemampuannya untuk

mempertukarkan data dengan perangkat lain. Kemampuan komunikasi ini

memungkinkan operator manusia, misalnya, untuk menggunakan keyboard

dan layar display untuk mengolah teks dan grafik.

Berbagai cara operasi I/O dilakukan. Pertama-tama, kita akan

membahas persoalan tersebut dari sudut pandang programmer. Kemudian

kita akan membahas beberapa detil hardware yang berkaitan dengan bus

dan antar muka I/O dan memperkenalkan beberapa standar bus umum

yang telah digunakan.

3

ORGANISASI I/O

Merupakan peralatan antarmuka (interface) bagisistem bus atau switch

sentral dan mengontrolsatu atau lebih perangkat peripheral.

Tidak hanya sekedar modul penghubung, tetapisebuah piranti yang berisi

logika dalammelakukan fungsi komunikasi antara peripheral dan bus

komputer.

4

MENGAKSES PERANGKAT I/O

Pengaturan sederhana untuk menghubungkan perangkat I/O ke suatu

computer adalah dengan menggunakan pengaturan bus tunggal, bus tersebut

meng-enable semua perangkat yang dihubungkan padanya untuk

mempertukarkan informasi. Biasanya, pengaturan tersebut terdiri dari tiga set

jalur yang digunakan untuk membawa alamat, data dan sinyal control. Tiap

perangkat I/O ditetapkan dengan satu set alamat yang unik. Pada saat

processor meletakkan suatu alamat pada jalur alamat, perangkat yang

mengenali alamat ini merespon perintah yang dinyatakan pada jalur kendali.

5

INTERRUPT

Suatu interrupt lebih daripada mekanisme sederhana untuk

mengkoordinasikan transfer I/O. secara umum, interrupr meng-enable

transfer control dari satu program ke program lain. Untuk dapat diinisiasi

dengan suatu event yang eksternal terhadap computer tersebut.

6

INTERRUPT HARDWARE

Suatu perangkat I/O meminta interrupt dengan mengaktifkan

jalur bus yang disebut interrupt-request. Kebanyakan computer tampaknya

memiliki beberapa perangkat I/O yang dapat meminta interrupt. Pada

saat perangkat meminta suatu interrupt dengan menutup switch-nya, maka

tegangan pada jalur interrupt-request INTR1 hingga INTR2 tidak aktif, yaitu

jika semua switch terbuka, maka tegangan pada jalur interrupt-request

akan setara dengan Vdd. Ini adalah keadaan jalur tidak aktif . pada saat

perangkat meminta suatu interrupt dengan menutup switch-nya, maka

tegangan pada jalur tersebut jatuh ke 0, menyebabkan sinyal interrupt

request, INTR, yang diterima oleh processor menjadi 1.

7

ENABLING DAN DISABLING INTERRUPT

Dengan mengasumsikan bahwa interrupt di-enable, berikut ini adalah

skenario yang biasa:

Perangkat memunculkan interrupt request

Prosesor menginterupsi program yang sedang dieksekusi

Interrupt di-disable dengan mengubah bit control dalam PS(kecuali

dalam hal edge-triggered interrupt)

Perangkat diberitahu bahwa requestnya telah dikenali,dan sebagai

respon,perangkat tersebut menonaktifkan sinyal interrupt requestnya.

Tindakan yang dimina oleh interrupt tersebut dilakukan oleh routine

interrupt service.

Interrupt di-enable dan eksekusi program yang interupsi dimulai lagi.

8

MENANGANI BANYAK PERANGKAT

Pada saat suatu request diterima melalui jalur interrupt request.

Informasi tambahan diperlukan untuk mengidentifikasi perangkat tertentu

yang mengaktifkan jalur tersebut.

Informasi yang diperlukan untuk menentukan apakah suatu

perangkat meminta interrupt,teredia dalam status registernya. Pada saat

suatu perangkat memunculkan interrupt request, maka salah satu skema

poling mudah untuk di implementasikan .kerugian utamanya adalah waktu

yang di habiskan mengetahui bit IRQ semua perangkat yang mungkin

tidak meminta pelayanan apapun.

9

1. VECTORED INTERRUPT

2. INTERRUPT NESTING

3. REQUEST SERENTAK

Pendekatan alternative adalah dengan menggunakan vectored interrupt,yang

akan kita deskripsikan berikutnya:

10

EXCEPTION

Suatu interrupt adalah event yang meyebabkan eksekusi satu program

ditunda dan eksekusi program lain dimulai. Sejauh ini kita hanya

menangani interrupt yang disebabkan oleh request yang diterima selama

transfer data I/O. akan tetapi, mekanisme interrupt digunakan dalam

sejumlah situasi lain.

1. PEMULIHAN DARI ERROR

2. DEBUGGING

3. PRIVILIGE EXCEPTION

11

PENGGUNAAN INTERRUPT DALAM SISTEM OPERASI

Dalam suatu komputer yang memiliki mode supervisor dan user,

prosesor mengalihkan operasinya ke mode supervisor pada saat

menerima interrupt request. Prosesor melakukannya dengan men-set bit

dalam prosesor status register setelah menyimpan isi lama register

tersebut pada stack. Sehingga, pada saat program aplikasi memanggil

OS melalui instruksi software interrupt, prosesor secara otomatis beralih

ke mode supervisor, memberi OS akses penuh ke resourch computer.

12

CONTOH PROSESOR

STRUKTUR INTERRUPT ARM

Posesor ARM memiliki mekanisme exception-handling yang

sederhana tetapi sangat berguna. Terdapat lima source untuk

exception, hanya dua diantaranya merupakan jalur interrupt-

request eksternal, IRQ dan FIQ(Fast Interrupt Request). Exception

tersebut adalah pembatalan eksternal karena error bus dan usaha

untuk mengeksekusi instruksi yang tak terdefinisikan

13

Exception ditangani menurut struktur prioritas berikut:

Reset (prioritas tertinggi)

Data abort

FIQ

IRQ

Prefetch abort

Undefined instruction (prioritas terendah)

14

68000 memiliki delapan tingkat prioritas interrupt. Prioritas yang

sedang digunakan prosesor dalam bekerja pada waktu tertentu di-encode

dalam tiga bit word status prosesor.

Prosesor secara otomatis menyimpan isi program counter dan word

status prosesor pada saat interupsi.PC push ke stack prosesor diikuti oleh PS,

menggunakan register A7 sebagai stack pointer.

Prosesor 68000 menggunakan vectored interrupt. Pada saat

menerima interrupt request, prosesor menerima alamat awal routine interrupt-

service dari interrupt vector yang disimpan dalam memori utama. Terdapat

256 interrupt vector, bernomor dari 0 hingga 255.

STUKTUR INTERRUPT 68000

15

Tiap vector terdiri dari 32 bit yang membentuk alamat awal yang diminta.

Pada saat suatu perangkat meminta interrupt, maka perangkat tersebut dapat

menunjuk ke vector yang sebaiknya digunakan dengan mengirim bilangan

vector 8-bit ke prosesor sebagai respon yerhadap sinyal interrupt acknowledge.

16

STRUKTUR INTERRUPT PENTIUM

Arsitektur IA-32, yang merupakan contoh prosesor Pentium,

menggunakan dua jalur interrupt request, nonmaskable interrupt(NMI)

dan maskable interrupt, yang juga disebut user interrupt request, INTR.

Interrupt request pada NMI selalu diterima oleh prosesor. Request

pada INTR hanya diterima jika memiliki tingkat privilege yang lebih

tinggi dari salah pada program yang sedang dieksekusi, sebagaimana

yang akan kita jelaskan dengan singkat. Interrupt INTR dapat juga di-

enable atau disable dengan men-set bit interrupt-enable dalam

prosesor ststus register.

17

Prosesor Pentium memiliki struktur privilege yang rumit, dengan bagian yang

berbeda dari system operasi melakukan eksekusi pada salah satu dari empat

privilige. Segmen yang berbeda dalam ruang alamat prosesor digunakan

pada tiap tingkat.

Pada saat interrupt request diterima atau saat terjadi exception, proseso

melakukan tindakan berikut:

1. Mem-push prosesor status register , current segmen register (CS) dan

instruction pointer (EIP) ke dalam stack prosesor yang ditunjuk oleh prosesor

stack pointer, ESP.

2. Dalam hal exception yang dihasilkan dari kondisi eksekusi abnormal,

prosesor mem-push suatu kode ke stack yang mendeskripsikan penyebab

exception tersebut.

18

3. Prosesor mengosongkan flag interrupt-enable, jika tepat, sehingga

interrupt lebih lanjut dari source yang sama di-disable.

4. Prosesor mengambil alamat awal routine interrupt-service dari interrupt

descriptor table berdasarkan bilangan vector interrupt dan me-load

nilai ini kedalam EIP, kemudian melanjutkan eksekusi.

19

DIRECT MEMORY ACCESS

Transfer DMA dilakukan oleh sirkuit kontrol yang merupakan bagian

dariantar muka perangkat I/O. kita menyebut sirkuit ini sebagai DMA.

Kontroler DMA melakukan fungsi yang biasanya dilakukan oleh prosesor

pada saat mengakses memori utama.

Sekalipun kontroler DMA dapat mentransfer data tanpa intervensi

prosesor, operasinya harus berada dibawah control program yang dieksekusi

oleh prosesor. Untuk menginisiasi transfer suatu blok word, prosesor mengirim

alamat awal, jumlah word dalam blok, dan arah transfer.

20

Akses memori oleh prosesor dan kontroler DMA saling berhubungan.

Request dari perangkat DMA untuk menggunakan bus selalu mendapat

prioritas lebih tinggi daripada request dari prosesor. Antar perangkat DMA

yang berbeda-beda, prioritas tertinggi diberikan untuk peripheral high-

speed seperti disk, antar muka jaringan high-speed, atau perangkat display

grafik. Karena prosesor menghasilkan siklus akses memori yang paling

banyak, kontroler DMA dapat disebut “mencuri” siklus memori dari prosesor.

Karenanya, teknik interweaving ini biasanya disebut cycle stealing.

21

BUS ARBITRATION

Perangkat yang diizinkan untuk menginisiasi transfer data pada bus

setiap saat disebut bus master. Pada saat master terakhir melepaskan control

bus, perangkat lain dapat menerima status ini. Bus arbitration adalah proses

memilih perangkat berikutnya sebagai bus master dan mentransfer bus

masterchip kepada perangkat tersebut.

Terdapat dua pendekatan untuk bus arbitration: centralized dan

distributed.

1. CENTRALIZED ARBITRATION

2. DISTRIBUTED ARBITRATION

22