Input/Output

Input/Output

Permasalahan Input/Output

•          Jenis Perangkat I/O bermacam-macam, hal ini mengakibatkan

—     Adanya perbedaan jumlah pengiriman data

—     Perbedaan kecepatan pengiriman data

—     Perbedaan format data

•          Semua perangkat I/O lebih lambat dibandingkan CPU dan RAM

•          Membutuhkan modul I/O

Modul Input/Output

•          Berfungsi sebagai

—     Interface terhadap CPU and Memory

—     Interface terhadap satu atau lebih periferal

Model Umum Modul I/O

Pengelompokan Peralatan External

•          Human readable, perangkat yang dapat dengan mudah dibaca manusia

—     Screen, printer, keyboard

•          Machine readable, perangkat yang dapat dibaca hanya oleh mesin

—     Monitoring and control

•          Communication, perangkat untuk kebutuhan komunikasi data.

—       Modem

—       Network Interface Card (NIC)

Block Diagram  dari Peralatan External

Fungsi Modul I/O

•          Pengendalian dan pewaktuan

•          Komunikasi dengan CPU

•          Komunikasi dengan peralatan

•          Penampungan Data

•          Pendeteksian kesalahan (Error Detection)

Langkah pengaksesan I/O

•          CPU meminta modul I/O untuk memeriksa status perangkat yang terhubung

•          Modul I/O memberikan jawaban tentang status perangkat

•          Bila keadaan perangkat “siap”, maka CPU meminta pemindahan data

•          Modul I/O menerima  data dari peralatan/device

•          Modul I/O memindahkan data ke CPU

Diagram Modul I/O

Komunikasi dengan CPU

•          Command Decoding, menterjemahkan perintah CPU

•          Data, mempertukarkan data antara CPU dengan modul I/O melalui bus data

•          Status Reporting, melaporkan status yang terjadi para peralatan I/O, misal error dan ready

•          Address recognition,

Teknik-teknik Input Output

•          Programmed

•          Interrupt driven

•          Direct Memory Access (DMA)

Tiga Teknik untuk memasukkan sebuah blok data

Programmed I/O

•          CPU mengontrol I/O secara menyeluruh

—     Mendeteksi status

—     Memberikan perintah Read/write

—     Memindahkan data

•          CPU menunggu modul I/O menyelesaikan operation-nya

•          Membuang waktu CPU secara percuma

Programmed I/O – detail

•          CPU meminta I/O untuk beroperasi

•          Modul I/O melakukan operasi

•          Modul I/O mengatur nilai bit status

•          CPU memeriksa bit status secara periodik

•          Modul I/O tidak memberitahukan statusnya kepada CPU secara langsung

•          Modul I/O tidak menginterupsi CPU

•          CPU mungkin nunggu atau akan kembali ke proses setelah beberapa saat.

Perintah-perintah I/O

•          CPU mengeluarkan address yang akan diakses.

—     Identifies module (& device if >1 per module)

•          CPU mengeluarkan perintah.

—     Control - telling module what to do

–        e.g. spin up disk

—     Test - check status

–        e.g. power? Error?

—     Read/Write

–        Module transfers data via buffer from/to device

Addressing I/O Devices

•          Under programmed I/O data transfer is very like memory access (CPU viewpoint)

•          Each device given unique identifier

•          CPU commands contain identifier (address)

Pemetaan I/O (I/O Mapping)

•          Memory mapped I/O

—     Devices and memory share an address space

—     I/O looks just like memory read/write

—     No special commands for I/O

–        Large selection of memory access commands available

•          Isolated I/O

—     Separate address spaces

—     Need I/O or memory select lines

—     Special commands for I/O

—     Limited set

Interrupt Driven I/O

•          Untuk mengatasi waktu tunggu CPU

•          CPU tidak perlu berulang kali memeriksa status perangkat/device

•          Modul I/O akan memberikan interupsi ke CPU manakala peralatan telah siap.

Operasi Dasar Interrupt Driven I/O

•          CPU memberikan perintah baca/read

•          Modul I/O mengambil data dari peripheral sementara itu CPU tidak bekerja

•          Modul I/O memberikan interupsi kepada CPU

•          CPU meminta data

•          Modul I/O mentransfer data

Simple Interrupt Processing

Interupt Driven dipandang dari CPU

•          Mengeluarkan perintah baca/read

•          Lakukan pekerjaan yang lain

•          Periksa adakah interupsi pada setiap akhir siklus instruction

•          Bila ada interupsi :

—     Save context (registers)

—     Process interrupt

–        Fetch data & store

Direct Memory Access

•          Interrupt driven and programmed I/O membutuhkan intervensi CPU secara active

—     Transfer rate is limited

•          Bagaimana untuk transfer data dalam jumlah besar ?

—     DMA is the answer

Fungsi DMA

•          DMA adalah modul-modul tambahan pada bus system

•          Modul DMA mampu menirukan CPU, bahkan mengambil alih kontrol CPU terkait dengan pengaksesan data.

Typical DMA Module Diagram

DMA Operation

•          Informasi dari CPU yang diberikan kepada DMA controller :

—     Perintah Read/Write

—     Alamat Peralatan (Device address)

—     Alamat awal dari blok memori untuk data

—     Jumlah data yang akan dipindahkan

•          CPU melakukan pekerjaan lainya

•          DMA controller  akan melakukan aktifitas pemindahan

•          DMA controller akan memberikan interupsi tatkala tugas dia selesai

DMA Transfer Cycle Stealing

•          DMA Transfer Cycle Stealing adalah proses pengambil alihan system bus oleh DMA controller untuk proses pemindahan data.

•          Pemindahan data dilakukan secara satu word

•          Tidak terjadi interupsi, sehingga CPU tidak melakukan switch context

•          CPU ditahan sesaat sebelum dia mengakses bus

—     i.e. before an operand or data fetch or a data write

•          Aktifitas ini memperlambat kerja CPU namun tidak selambat bila CPU sendiri yang melakukan transfer data.

DMA Configurations (1)

•          Single Bus, Detached DMA controller

•          Each transfer uses bus twice

—     I/O to DMA then DMA to memory

•          CPU is suspended twice

DMA Configurations (2)

•          Single Bus, Integrated DMA controller

•          Controller may support >1 device

•          Each transfer uses bus once

—     DMA to memory

•          CPU is suspended once

DMA Configurations (3)

•          Separate I/O Bus

•          Bus supports all DMA enabled devices

•          Each transfer uses bus once

—     DMA to memory

•          CPU is suspended once

Saluran I/O

•          Perangkat I/O makin lama makin canggih

•          CPU memerintahkan  I/O controller untuk melakukan transfer data

•          I/O controller melakukan transfer data secara tuntas

•          Meningkatkan kecepatan sistem

—     Mengurangi beban kerja CPU

—     Kerja prosesor menjadi lebih cepat

Arsitektur Saluran I/O

Antarmuka Eksternal

•          Interface paralel

•          Interface Serial

   

Ke system bus                                       Ke Pheriferal                      Ke System Bus                                    Ke Pheriferal

Konfigurasi Modul IO

•          Konfigurasi antara modul IO di dalam sebuah sistem komputer dan perangkat eksternal dapat berbentuk :

—      point to point

–        Contoh : keyboard, printer, modem eksternal

—      multi point

–        Contoh : CD ROM, video, audio

Small Computer System Interface (SCSI

•          Dipopulerkan oleh Macintosh tahun 1984

•          SCSI merupakan interface standar untuk CD-ROM, peralatan audio, dan perangkat penyimpan eksternal berukuran besar.

•          SCSI menggunakan interface paralel dengan 6,16,32 atau 64 saluran data.

•          Memiliki dua konektor ; input dan output.

•          Seluruh perangkat berfungsi secara independen.

•          Signal dan Fase

•          Pertukaran signal pada bus SCSI terjadi antara inisiator dan target.

•          Aktifitas pada bus SCSI terjadi dalam rangkaian fase-fase sebagai berikut :

•          Bus free

•          Arbitration

•          Selection

•          Reselection

•          Command

•          Data

•          Status

•          Message

•          Signal dan Fase

•          Pertukaran signal pada bus SCSI terjadi antara inisiator dan target.

•          Aktifitas pada bus SCSI terjadi dalam rangkaian fase-fase sebagai berikut :

•          Bus free : mengindikasikan bahwa tidak terdapat perangkat yang menggunakan bus dan bus siap digunakan

•          Arbitration : Mengizinkan sebuah perangkat untuk mendapatkan kontrol bus sehingga perangkat tersebut dapat mengawali atau melanjutkan proses IO

•          Selection : Mengizinkan sebuah inisiator memilih target untuk membentuk suatu fungsi seperti perintah Read/Write

•          Reselection : Mengizinkan traget tersambung lagi dengan inisiator untuk melanjutkan operasi yang sebelumnya dimulai oleh inisiator namun dihentikan oleh target.

•          Command

•          Data

•          Status

•          Message

IEEE 1394 FireWire

•          High performance serial bus

•          Fast

•          Low cost

•          Easy to implement

•          Also being used in digital cameras, VCRs and TV

FireWire Configuration

•          Daisy chain

•          Up to 63 devices on single port

—     Really 64 of which one is the interface itself

•          Up to 1022 buses can be connected with bridges

•          Automatic configuration

•          No bus terminators

•          May be tree structure

Simple FireWire Configuration

FireWire 3 Layer Stack

•          Physical

—     Transmission medium, electrical and signaling characteristics

•          Link

—     Transmission of data in packets

•          Transaction

—     Request-response protocol

FireWire Protocol Stack

FireWire - Physical Layer

•          Data rates from 25 to 400Mbps

•          Two forms of arbitration

—     Based on tree structure

—     Root acts as arbiter

—     First come first served

—     Natural priority controls simultaneous requests

–        i.e. who is nearest to root

—     Fair arbitration

—     Urgent arbitration

FireWire - Link Layer

•          Two transmission types

—     Asynchronous

–        Variable amount of data and several bytes of transaction data transferred as a packet

–        To explicit address

–        Acknowledgement returned

—     Isochronous

–        Variable amount of data in sequence of fixed size packets at regular intervals

–        Simplified addressing

–        No acknowledgement

FireWire Subactions

Read more »