Organisasi dan Arsitektur Komputer

1. OrganisasidanArsitekturKomputer Tim Jurusan INTERKONEKSI BUS Sesi 10

2. Outline

3. Outline

4. Outline

5. TujuanIntruksional • Mampu menjelaskan fungsi dan piranti I/O. • Mampu menyebutkan dan membedakan Mode transfer data pada I/O.

6. I/O devices menjadikankomputerbergunabagimanusia • Perangkat input mungkinlambatdanharusmemilikicarauntukmemberitahukomputerapabilasiapmemberikan data. • Perangkat output harusmemilikicarauntukmenolak data berikutnyaapabilabelumsiap.

7. Kategori • User interface devices. • Perangkat input mendeteksi adanya perubahan pada lingkungan • Perangkat output memberi perubahan pada lingkungan. • Mass storage devices. • Menyimpan data dalam kuantitas yang besar (disks). • Gateways and networks. • Komputer berkomunikasi satu sama lain.

8. Perbedaan seputar kelas-kelas I/O • Complexity of control: Sebuah printer membutuhkanantarmukakontrol yang relatifsederhana. Sebuah disk jauhlebihkompleks. • Unit of transfer: Data mungkindikirimkansebagaisuatualiran byte ataukarakterataudikirimkandalamblok yang berukuranbesar. • Data representation: Perangkat yang berbedamungkinmenggunakanskemapengkodean data (data-encoding) yang berbeda, termasukdidalamnyaperbedaandalamkodekarakterdan parity yang digunakan. • Error conditions: Sifatdari error, bagaimana error tersebutdilaporkan, konsekuensidari error, danrespons yang diberikanberbedadarisatuperangkatdenganperangkat yang lain.

9. I/O Module • Adalah interface atau central switch untukmengendalikansatuataulebih peripheral atauperangkat input output. • Konektormekanisberisifungsilogikuntukkomunikasiantara bus dan peripheral.

10. Mengapa modul I/O diperlukan ? • Periferal yang beragam dengan beragam metode operasi. • Speed periferal yang lebih lambat dibanding CPU. • Format data dan panjang word periferal pun beragam.

11. Blok diagram I/O Module

12. Arus Data I/O • Data rate • Merupakankecepatan transfer data dalamkomunikasi data digital. • Memungkinkanterjadinyaperbedaanbesarnyatingkatanpengiriman • data

13. Fungsi modul I/O • Pengendali & pengaturan waktu (control & timing). • Komunikasi dengan CPU. • Komunikasi dengan perangkat. • Penyimpanan data sementara (data buffering). • Pendeteksi kesalahan.

14. Control & timing input data • CPU meminta modul memeriksa status perangkat. • Bila perangkat siap mengirim, CPU mengirim perintah pemindahan. • Modul menerima data dari perangkat. • Data dipindahkan dari modul ke CPU.

15. Komunikasi dengan CPU • Command decoding, signal perintah dari CPU ke control bus. • Pertukaran data antara CPU dengan modul melalui data bus. • Status reporting, CPU perlu status modul [busy atau ready]. • Address recognition, modul I/O perlu tahu address unik setiap periferal.

16. Komunikasi dengan perangkat • Perintah dari CPU, status, dan data.

17. Teknik Input/Output • Programmed (Teknik I/O Terprogram) • Interrupt-driven • Direct memory access (DMA) • IOP/C

18. Teknik I/O Terprogram • Teknik • CPU mengontrol I/O [status, perintah R/W, transfer data]. • CPU menunggumodul I/O aktif. • Modul I/O beroperasi, menetapkan status sertatidakmenginterupsi CPU. • CPU memeriksa status periodik, sambilmenungguatau ‘pergidankembalinanti’.

19. Teknik I/O Terprogram • Perintah • Control • Status condition test • Read [data dari periferal] • Write [data transmisi ke periferal]

20. Teknik I/O Terprogram • Pengadresan perangkat IO • (CPU viewpoint). Data ditransfer seperti akses memori • Tiap perangkat mendapat unique identifier. • Perintah CPU berisi identifier (adres).

21. Teknik I/O - interrupt-driven • Dikendalikan interupsi • CPU mengirim perintah I/O ke modul, kemudian mengerjakan proses lainnya. • Modul I/O akan menginterupsi CPU minta layanan bila perintah selesai dikerjakan. • CPU melayani interupsi dan setelah selesai melanjutkan kembali proses yang sedang dikerjakan sebelum diinterupsi.

22. Teknik I/O - interrupt-driven • CPU view-point • Mengirimkan perintah baca/tulis dan mengerjakan proses lain. • Memeriksa interupsi pada akhir tiap instruction cycle. • Jika diinterupsi akan melakukan save context (registers)dan process interrupt (Fetch data & store).

23. Teknik I/O - interrupt-driven • Masalah Desain: • Bagaimana mengidentifikasi modul mengirim interupsi ? • Bagaimana menangani multiple interrupts ?

24. Teknik I/O - interrupt-driven • Identifikasi interupsi modul dengan cara: • Satu saluran/modul. • Software poll, CPU memeriksa modul bergiliran. • Daisy Chain / Hardware poll • Interrupt Acknowledge dikirimkan pada chain. • Module yang melakukan interupsi mengirimkan vector pada bus. • CPU menggunakan vector to untuk mengidentifikasi handler routine.

25. Teknik I/O - interrupt-driven • Contoh PC Bus • 80x86 memiliki satu interrupt line, sistem berbasis 8086 memakai 8259A interrupt controller yang memiliki 8 interrupt lines.

26. Teknik I/O - interrupt-driven • Runtutan events • 8259A menerimainterupsi. • 8259A memeriksaprioritas. • 8259A memberisinyal 8086 (membangkitkan INTR line). • CPU mengirimkanpesan Acknowledges. • 8259A menyimpan correct vector pada data bus. • CPU memprosesinterupsi.

27. Teknik I/O Terprogram

28. Teknik I/O Terprogram

29. Teknik I/O - interrupt-driven

30. Teknik I/O - DMA • Interrupt-driven & programmed I/O membutuhkan intervensi aktif CPU, transfer rate terbatas dan CPU terikat.

31. Teknik I/O - DMA • Modul tambahan pada bus. • DMA controller mengambil alih peran CPU. • DMA (bus mastering) ~ teknik implementasi beberapa komponen untuk transfer data langsung ke dan dari memori tanpa lewat CPU. • DMA mengurangi CPU overhead karena mekanisme transfer data tidak butuh pengawasan CPU.

32. Teknik I/O - DMA • Cara Kerja standar • CPU memerintahkan DMA controller untuk • Read/Write. • Memeriksa adres perangkat. • Mencari adres dan mengambil data untuk ditransfer. • CPU mengerjakan proses-proses lain. • DMA controller melakukan transfer data. • DMA controller mengirimkan interupsi jika selesai.

33. Teknik I/O - DMA • Cara lain, transfer cycle stealing • DMA controller mengambil alih siklus bus, kirim 1 word, dan tidak ada interupsi. • CPU tidak mengubah konteks,dan CPU suspended sebelum mengakses bus (misal sebelum operand / data fetch atau data write).

34. Teknik I/O – IOP/C • Evolusi fungsi I/O • Semula CPU langsung mengendalikan periferal. • Kemudian ada penambahan modul I/O terprogram, sebagai pengendali. • Selanjutnya penambahan modul I/O interrupt driven, sebagai pengendali. • Modul I/O akses langsung ke memori melalui DMA. • Kemampuan modul I/O ditingkatkan jadi prosesor, dan tidak tergantung CPU. Modul I/O memiliki memori lokal.

35. Teknik I/O – IOP/C • IO Processor • Adalah prosesor yang terpisah dari CPU dan dirancang untuk menangani proses input/output • Sinkron dengan clock sistem dan prosesor utama. Akan menerima kontrol awal dari prosesor utama pada saat instruksi input-output dibaca dari memori. Pada saat I/O prosesor mengendalikan proses input output, prosesor utama tetap pada kondisi two-state waiting loop sampai instruksi input-output dikerjakan di mana kemudian kontrol dikembalikan ke prosesor utama.