ArsiteKTUR dan organisasi komputer - UPJ Arsitektur dan Organisasi Komputer 21 Arsitektur dan Organisasi

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of ArsiteKTUR dan organisasi komputer - UPJ Arsitektur dan Organisasi Komputer 21 Arsitektur dan...

  • 10/8/2014

    1

    ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER

    PRIO HANDOKO, S.KOM., M.T.I.

    PART 2: THE COMPUTER SYSTEM

    CHAPTER 7: INPUT/OUTPUT

    Kompetensi Dasar

    Arsitektur dan Organisasi Komputer 3

    CHAPTER 7: INTERNAL MEMORY

    Mahasiswa memahami interaksi antara I/O dan processor

    Agenda

    • External Devices

    • I/O Modules

    Arsitektur dan Organisasi Komputer 4

    • I/O Operation • Programmed I/O

    • Interrupt-Driven I/O

    • Direct Memory Access

    • I/O Channels and Processors

    • The External Interface: Firewire and Infiniband

    CHAPTER 7: INTERNAL MEMORY

  • 10/8/2014

    2

    I/O Introduction

    5

    1. Sistem komputer berhubungan dunia luar.

    2. Terdapat permasalahan yang muncul berkenaan dengan I/O:

    1. format data dan panjang word berbeda dengan sistem komputer;

    2. kecepatan transfer data peripheral < CPU dan RAM

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    I/O Introduction (2)

    6

    3. Dibutuhkan sebuah arsitektur yang:

    1. dirancang untuk menyediakan alat yang sistematis untuk mengontrol interaksi dengan dunia luar;

    2. menyediakan:

    1. sistem operasi serta informasi yang diperlukan

    untuk mengatur aktivitas I/O secara efektif; 2. antar muka ke CPU dan memory, melalui sistem

    bus;

    3. antar muka ke satu atau lebih peripherals

    dengan link data yang sesuai.

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    I/O Introduction (3)

    Sumber: William Stalling, 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th edition

    7.1 External Devices

    8

    Perangkat eksternal secara luas digolongkan kedalam 3 kategori :

    1. Human Readable

    2. Machine Readable

    3. Communication

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

  • 10/8/2014

    3

    9 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.1 External Devices (2)

    Sumber: William Stalling, 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th edition

    Block Diagram of an External Device

    10 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    Typical I/O Device Data Rates

    7.2 I/O Module

    11

    Module Function 1. Control & Timing, mengkoordinasikan lalu

    lintas antara sumber daya internal dan perangkat eksternal.

    2. CPU Communication, melakukan komunikasi antara CPU dan perangkat eksternal. 1. Command Decoding 2. Data 3. Status Reporting 4. Address Recognition

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.2 I/O Module (2)

    12

    3. Device Communication, komunikasi yang melibatkan perintah, informasi status, dan data.

    4. Data Buffering, menampung data sementara.

    5. Error Detection, sebuah mekanisme pelaporan kesalahan proses I/O ke CPU.

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

  • 10/8/2014

    4

    13 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    Block Diagram of an I/O Module

    Sumber: William Stalling, 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th edition

    7.3 I/O Operation

    14

    Terdapat 3 buah teknik yang berkenaan dengan operasi I/O.

    1. Programmed I/O

    2. Interrupt-Driven I/O

    3. Direct Memory Access

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (2)

    15

    Programmed I/O

    • CPU memiliki kontrol langsung terhadap operasi I/O, termasuk: • mengetahui status perangkat;

    • mengirimkan perintah R/W; dan

    • melakukan pengiriman data.

    • CPU menunggu hingga modul I/O menyelesaikan operasinya

    • Memboroskan waktu CPU

    Arsitektur dan Organisasi Komputer 16 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (3)

    Cara Kerja Programmed I/O

    1. CPU requests I/O operation

    2. I/O module performs operation

    3. I/O module sets status bits

    4. CPU checks status bits periodically

    5. I/O module does not inform CPU directly

    6. I/O module does not interrupt CPU

    7. CPU wait until I/O operation finish

  • 10/8/2014

    5

    17 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (4)

    I/O Command - Programmed I/O

    1. CPU menerbitkan alamat

    • Modul I/O & perangkat eksternal tertentu

    2. CPU memberikan perintah I/O:

    • Control

    • Test

    • Read

    • Write

    18

    I/O Instruction – Programmed I/O

    1. Bentuk dari instuksi tergantung kepada cara perangkat eksternal dialamatkan.

    2. Setiap perangkat diberikan penanda unik (alamat).

    3. Perintah CPU mengandung penanda unik perangkat .

    4. Modul I/O harus menterjemahkan alamat tersebut

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (4)

    7.3 I/O Operation (5)

    19

    Interrupt-Driven I/O • Menghilangkan waktu menunggu CPU terhadap

    proses I/O

    • CPU tidak perlu secara periodik melakukan pengecekkan status modul I/O

    • Interupsi akan diberikan ketika modul I/O telah siap untuk bertukar data dengan CPU

    • Modul I/O telah siap  interrupt  CPU menanggapi  menangguhkan proses selanjutnya  transfer data  finish  melajutkan kembali proses yang ditangguhkan

    Arsitektur dan Organisasi Komputer 20 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (6)

    Interrupt-Driven I/O – I/O Module Viewpoint • CPU memberikan perintah baca kepada

    modul I/O

    • Modul I/O menerima perintah tersebut dan melakukan pembacaan data dari perangkat yang dimaksud

    • Ketika data telah tersimpan pada data register modul I/O, modul I/O akan mengirimkan sinyal interrupt kepada CPU dan menunggu

  • 10/8/2014

    6

    21 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (7)

    • Ketika CPU meminta data, modul I/O menyimpan data tersebut pada bus data, kemudian bersiap untuk melakukan operasi I/O lainnya.

    22 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (8)

    Interrupt-Driven I/O – CPU Viewpoint • CPU memberikan perintah baca kepada modul

    I/O

    • Modul I/O menerima perintah tersebut dan melakukan pembacaan data dari perangkat yang dimaksud

    • CPU mengerjakan pekerjaan yang lain

    • Setiap kali CPU telah menyelesaikan 1 siklus pengolahan  CPU cek interrupt  ada  CPU menyimpan konteks pengolahan (PC dan register)  menanggapi interrupt

    23 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (9)

    Interrupt-Driven I/O – Interrupt Processing

    Sumber: William Stalling, 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th edition

    24 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (11)

    Interrupt-Driven I/O – Design Issues

    • How does the processor determine which device issued the interrupt?

    • How does the processor decide which one to process? If multiple interrupt accured.

    • 4 teknik yang umum digunakan:

    1. Multiple interrupt lines

    2. Software poll

    3. Daisy Chain (Hardware poll, vectored)

    4. Bus Arbitration (vector)

  • 10/8/2014

    7

    25 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (11)

    Interrupt-Driven I/O – Design Issues

    1. Multiple Interrupt Lines, menyediakan banyak jalur interupsi antara CPU dan modul I/O.

    2. Software Poll. 1. mengumpulkan setiap modul I/O untuk menentukan

    modul I/O yang menyebabkan interrupt;

    2. CPU menempatkan alamat modul I/O tertentu pada bus alamat;

    3. modul I/O akan memberi respon apabila modul I/O memberikan interrupt;

    26 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (12)

    4. karena setiap modul I/O memiliki register status yang dapat dialamatkan, maka CPU akan membaca register status setiap modul I/O untuk mengidentifikasikan modul yang mengirimkan interrupt;

    5. ketika modul I/O yang tepat ditemukan, maka device- service routine diberikan kepada perangkat tersebut.

    3. Daisy Chain. 1. semua modul I/O berbagi interrupt request line;

    2. sinyal interrupt acknowledge line dikirimkan secara

    berantai (chained) melalui modul-modul; 3. ketika CPU mengetahui adanya interrupt, CPU

    menerbitkan interrupt acknowledge;

    27 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.3 I/O Operation (13)

    4. sinyal interrupt acknowledge merambat melalui serangkaian modul I/O hingga ke modul yang memberikan interrupt;

    5. modul yang memberikan interrupt menanggapi dengan dengan menempatkan word pada bus data (vector);

    6. Bus Arbitration, modul I/O harus memperoleh kontrol bus sebelum menggunakan interrupt request line.

    28

    Kekurangan programmed I/O dan interrupt- driven I/O: 1. baik interrupt-driven I/O maupun programmed

    I/O membutuhkan keterlibatan CPU;

    2. kecepatan pengiriman data dibatasi oleh kecepatan transfer I/O;

    3. prosesor ditentukan oleh pengaturan transfer I/O, dimana sejumlah instruksi harus dieksekusi untuk setiap transfer I/O.

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Di