Input dan Output

INPUT / OUTPUT

1.             Prinsip Perangkat Keras I/O

Batasan : bagaimana hardware tersebut di program

Manajemen perangkat I/O mempunyai beragam fungsi, diantaranya :

-       mengirimkan perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan

-       menangani interupsi perangkat I/O

-       menangani kesalahan pada perangkat I/O

-       menyediakan interface ke pemakai

1.1.                 I/O Device

Perangkat I/O dapat dibedakan berdasarkan :

1.             Sifat aliran data

Berdasarkan aliran data dibedakan menjadi :

a.             Perangkat berorientasi blok (block-oriented devices)

Contohnya : disk, tape, CD ROM, Optical disk

b.             Perangkat berorientasi karakter (character-oriented devices)

Contohnya : terminals, line printer, punch card, network interfaces, pita kertas, mouse

Klasifikasi diatas tidak mutlak, karena ada beberapa perangkat yang tidak termasuk kategori diatas, misalnya : Clock, Memory Mapped Screen, Sensor

2.             Sasaran komunikasi

Berdasarkan sasaran komunikasi dibedakan menjadi:

a.             Perangkat yang terbaca oleh manusia (human readable device)

Contohnya :  VDT (Video Display Terminal) terdiri dari monitor, keyboard (+mouse)

b.             Perangkat yang terbaca oleh mesin (machine readable device)

Contohnya : disk, tape, sensor, controller

c.             Untuk komunikasi

Contohnya : modem

1.2.                 Device Controller

Unit I/O berupa :

a.             Komponen elektronik

Device controller / adapter adalah untuk mengaktif-kan perangkat eksternal dan memberitahukan yang perlu dilakukan oleh perangkat / driver.

Contoh : unit tape megnetik diinstruksikan kembali ke posisi awal, bergerak ke record berikutnya

b.         Komponen mekanik

Contohnya : head, motor stepper, printer

1.3.                 Direct Memory Access (DMA)

DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke / dari memori secara langsung tanpa melewati pemroses.

Keuntungan DMA :

-       Memaksimalkan / meningkatkan kinerja I/O

-       Meminimasikan over head

Pada waktu data di tranfer dari controller ke memori, sektor berikut akan lewat dibawah head dan bits sampai ke controller. Controller sederhana tidak dapat melakukan I/O dalam waktu yang bersamaan, maka dilakukan interleaving (skip blok), memberi waktu untuk tranfer data ke memori. Interleaving ini terjadi pada disk, bukan pada memori.

2.             Prinsip Software I/O

Ide Dasar : mengorganisasikan software dalam beberapa layer dimana level bawah menyembunyikan akses / kepelikan hardware untuk level diatasnya. Level atas membuat interface yang baik ke user.

Tujuan Software I/O

a.             Konsep dalam desain software I/O

b.             Penamaan yang seragam / Uniform Naming

Contoh :  seluruh disks dapat dibuat dengan hirarki sistem file (menggunakan NPS)

c.              Penanganan kesalahan / Error Handling

Contoh : pertama controller, device driver, dst. Dan jika tidak bisa ditangani beri pesan

d.             Synchronous (blocking) vs Asynchronous (Interrupt Driver) transfer

e.              Sharable vs Dedicated Device

Contoh : disk untuk sharable dan printer untuk dedicated

Tujuan  diatas dapat dicapai dengan memisahkan software I/O menjadi 4 layers, yaitu :

1.             Interrupt Handler

Interrupt harus disembunyikan agar tidak terlihat rutin berikutnya. Device driver di blok saat perintah I/O diberikan dan menunggu interupsi. Ketika interupsi terjadi, prosedur penanganan interupsi bekerja agar device driver keluar dari state blocked.

2.             Device Drivers

Seluruh kode device dependent terletak di device driver. Tiap device driver menangani satu tipe / satu kelas device. Tugas dari device driver untuk menerima permintaan abstrak dari software device independent diatasnya dan melakukan layanan sesuai permintaan / mengeksekusinya.

3.             Device-Independent I/O Software

I/O device-independent adalah : software I/O yang tak bergantung pada perangkat keras.

Fungsi dari software I/O device-independent yang biasa dilakukan :

a.             Interface seragam untuk seluruh device-driver

b.             Penamaan device

c.             Proteksi device

d.            Memberi ukuran blok device agar bersifat device-independent

e.             Melakukan Buffering

f.              Alokasi penyimpanan pada blok devices

g.             Alokasi dan pelepasan dedicated devices

h.             Pelaporan kesalahan

4.             User-Space I/O Software

Sebagian besar software I/O berada di dalam sistem operasi yang di link dengan user program. System call termasuk I/O, biasanya dalam bentuk prosedur (library procedures). Contoh : count = write(fd,buffer,nbytes)

I/O prosedur dengan level lebih tinggi. Contoh : printf (memformat output dahulu kemudian panggil write)

Yang tidak mempunyai library procedure, contohnya : spooling directory dan daemon (proses khusus) pada proses mencetak, transfer file, USENET.

3.    Disk

3.1.                 Perangkat Keras Disk

Disk diorganisasikan menjadi silinder-silinder dengan tiap permukaan terdapat head yang ditumpuk secara vertikal. Track terbagi menjadi sektor-sektor.

3 faktor yang mempengaruhi waktu read/write block disk:

1.              seek time (waktu menggerakkan lengan ke silinder)

2.              rotational delay (waktu sector berputar ke head)

3.              transfer time

yang sangat dominan adalah seek time, jadi performance dapat ditingkatkan dengan mengurangi waktu rata-rata seek

Proses seek pada disk driver : seek ke lebih dari satu disk secara bersamaan, read/write bersama dengan seek, read / write dalam waktu yang bersamaan dari dua drive

3.2.                 Algoritma Penjadwalan Akses Lintas Disk

Pada sistem multiprogramming, permintaan read/write lebih banyak dibandingkan dengan yang dilayani sehingga memerlukan penjadwalan disk.

Terdapat dua tipe penjadwalan disk, yaitu :

1.             penjadwalan untuk optimasi seek

2.             penjadwalan untuk optimasi rotasi

Beberapa metode yang digunakan (dalam kasus ini menggunakan contoh : 40 silinder dengan urutan 11,1,36,1,34,9,12) :

a.             Algoritma Pertama Tiba Pertama Dilayani (PTPD) / First Come, First Served (FCFS) Algorithm 

Algoritma Pungut / Pick Up Algorithm

b.             Algoritma Waktu Cari Terpendek Dipertamakan (WCTD) / Shortest Seek Time First (SSTF)

c.             

Algoritma Lift Singkat / LOOK Algorithm

d.             Algoritma Lift Singkat Searah / C-LOOK Algorithm

e.              Algoritma Lift Lengkap / SCAN Algorithm

f.               Algoritma Lift Lengkap Searah / C-Scan Algorithm

Error yang umum terjadi adalah :

1.             Error pemrograman

Misalnya request sektor yang tidak ada, ditangani dengan membetulkan program untuk komersial software, batalkan operasi dan berharap tidak akan terjadi lagi.

2.             Error checksum transient

Misalnya karena debu antara head dengan permuka-an disk, ditangani dengan melakukan operasi berulang-ulang dan menandai sector yang rusak.

3.             Error checksum permanent

Misalnya karena kerusakan disk, ditangani dengan membuat daftar blok-blok buruk agar data tidak ditulis di blok-blok buruk tersebut.

4.             Error seek

Misalnya lengan harusnya ke silinder 6 ternyata ke 7, ditangani dengan mengkalibrasi ulang disk supaya berfungsi kembali.

5.             Error controller

Misalnya controller menolak perintah akses, ditangani dengan menukar pengendali yang salah dengan pengendali yang baru atau di-reset.

6.             Track at time caching

Kontroller mempunyai memori untuk menyimpan informasi track dimana ia berada, permintaan pembacaan blok track tersebut dilakukan tanpa pergerakan mekanik.

3.3.                 RAM Disk

RAM disk adalah disk driver yang disimulasikan pada memori akses acak (RAM). RAM disk sepenuhnya mengeliminasi waktu tunda yang disebabkan pergerakan mekanis dalam seek dan rotasi. RAM disk berguna untuk aplikasi yang memerlukan kinerja disk yang tinggi.

Device blok adalah media penyimpanan dengan 2 perintah : R(read) dan W(write). Normalnya blok-blok disimpan de disk berputar yang memerlukan mekanisme fisik.

Idenya adalah meniru driver dengan mengalokasikan terlebih dahulu satu bagian memori utama untuk menyimpan blok-blok data.

Keuntungannya : berkecepatan tinggi karena pengaksesan sesaat, tidak ada waktu tunda seek dan waktu tunda rotasi. Sangat cocok untuk menyimpan program atau data yang sering diakses.

4.             Terminal

Semua komputer memerlukan terminal untuk komunikasi antar peralatan.

4.1.                 Terminal Hardware

Terminal hardware terbagi atas 2 kategori dasar, yaitu :

1.             terminal interface melalui RS-232

RS-232 menghubungkan keyboard, monitor menggunakan serial interface, 1 bit dalam 1 waktu, dan menggunakan 25 pin konektor, dimana 1 pin untuk transmisi data, 1 pin untuk receive data dan 1 pin untuk ground, 22 pin yang lain digunakan untuk fungsi control atau ada pin yang tidak digunakan.

RS-232 dapat dikategorikan lagi menjadi :

a.             hardcopy / printer, dimana tipe karakter dari keyboard ditransmisikan ke komputer, dan kemudian di cetak di kertas / printer.

b.             Dumb CRT terminal / glass tty (teletype = terminal)

c.             Intelligent CRT terminals, terdiri dari CPU dan memory, dan untuk program yang kompek digunakan EPROM atau ROM.

d.            Blit, adalah terminal dengan powerful microprocessor

2.             terminal memory-mapped

adalah interface melalui video RAM / video controller yang digunakan untuk monitor.

4.2.                 Terminal Software

Terminal Software terdiri dari :

1.             Input Software

2.             Output Software