Sistem I/O

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)

Menyimpan informasi dan menukarkan (menerima / mengirim) informasi sebagai blok-blok berukuran tetap. Tiap blok mempunyai alamat tersendiri. Ukuran blok dapat beragam antara 128 s/d 1024 byte.

Ciri utamanya adalah : dimungkinkan membaca / menulis blok-blok secara independent, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain.

Contohnya : disk, tape, CD ROM, Optical disk

b.   Perangkat berorientasi karakter (character-oriented devices)

Mengirim atau menerima karakter dan tanpa peduli membentuk suatu struktur blok, not addresable dan tidak mempunyai operasi seek.

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 yang tidak teramati secara blok dan juga tidak menghasilkan / menerima aliran karakter. Clock menyebabkan interupsi pada interval-interval yang didefinisikan.

-       Memory mapped screen,

-       sensor

2.    Sasaran komunikasi

Berdasarkan sasaran komunikasi dibedakan menjadi :

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

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan manusia.

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

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

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan perangkat elektronik.

Contohnya : disk, tape, sensor, controller, aktuator

c.    Untuk komunikasi

Perangkat yang cocok untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh.

Contohnya : modem

 Device Controller

Unit I/O berupa :

a.    Komponen elektronik

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

Contoh : unit tape megnetik diinstruksikan untuk kembali ke posisi awal, bergerak ke record berikutnya dan sebagainya.

b.    Komponen mekanik

Contohnya : head, motor stepper, printer

 Direct Memory Access (DMA)

DMA berfungsi membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan I/O device. Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan DMA Controller dengan mengirimkan informasi berikut :

-        perintah penulisan / pembacaan

-        alamat I/O device

-        awal lokasi memori yang ditulis / dibaca

-        jumlah word / byte yang ditulis / dibaca

setelah mengirimkan informasi itu ke DMA Controller, pemroses dapat melanjutkan kerja lain. Pemroses mendelegasikan operasi I/O ke DMA. DMA mentransfer seluruh data yang diminta ke / dari memori secara langsung tanpa melewati pemroses. Ketika transfer data selesai, DMA mengirimkan sinyal interupsi ke pemroses. Pemroses hanya dilibatkan pada awal dan akhir transfer data.

Operasi transfer antara perangkat dan memori utama dilakukan sepenuhnya oleh DMA, lepas dari pemroses dan hanya melakukan interupsi bila operasi telah selesai.

Keuntungan DMA :

-       peningkatan kinerja prosesor atau 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.

   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

Device independence / tidak bergantung pada device yang digunakan

b.    Penamaan yang seragam / Uniform Naming

Penamaan file berkas atau perangkat adalah string atau integer dan harus sederhana, tidak bergantung pada device

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

c.    Penanganan kesalahan / Error Handling

Error harus ditangani sedekat mungkin dengan hardware

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

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

Kebanyakan I/O adalah asinkron. Pemroses mulai transfer dan mengabaikan untuk melakukan kerja lain sampai interupsi tiba.

Program pemakai sangat lebih mudah ditulis jika operasi I/O berorientasi blok. Setelah perintah read, pemrogram kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di buffer. Terserah sistem operasi untuk menangani operasi yang sesungguhnya interrupt driver.

e.    Sharable vs Dedicated Device

Beberapa perangkat dapat dipakai bersama seperti disk, tapi ada juga perangkat yang hanya satu pemakai yang dibolehkan memakai pada satu saat.

Misal : 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.

 

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

3.    Device Independent Operating System Software

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

Fungsi dasar dari software device-independent :

-       membentuk fungsi I/O yang berlaku untuk semua device

-       menyediakan interface uniform / seragam ke user level software

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/OSoftware

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 terlebih dahulu kemudian panggil write)

Disk

Tiga kelebihan disk dari main memory untuk penyimpanan :

1.    kapasitas penyimpanan yang tersedia lebih besar

2.    harga per-bit-nya lebih rendah

3.    informasi tidak hilang meskipun power off

 Perangkat Keras Disk

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

Tiga 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

 Algoritma Penjadwalan Akses Lintas Disk

Pada sistem multiprogramming, banyak proses yang melakukan permintaan read/write record disk. Proses membuat permintaan lebih cepat dibandingkan yang dapat dilayani disk, membentuk antrian permintaan layanan disk. Diperlukan penjadwalan disk agar memperoleh kerja optimal.

Terdapat dua tipe penjadwalan disk, yaitu :

1.    Penjadwalan untuk optimasi seek, karena waktu seek lebih tinggi satu orde dibandingkan waktu rotasi, maka kebanyakan algoritma penjadwalan berkonsentrasi meminimumkan seek kumpulan atau antrian permintaan layanan disk.

2.    Penjadwalan untuk optimasi rotasi, penjadwalan disk melibatkan pemeriksaan terhadap permintaan yang belum dilayani untuk menentukan cara paling efisien melayani permintaan-perminataan, dan memeriksa hubungan posisi di antrian permintaan. Antrian disusun kembali sehingga permintaan akan dilayani dengan pergerakan mekanis minimum.

Adapun beberapa metode yang digunakan :

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

Disk drive melayani satu permintaan pada sauatu saat dan melayaninya sesuai urutan kedatangannya. Permintaan yang duluan tiba, dilayani duluan.

Contoh : 40 silinder dengan urutan 11, 1, 36, 1, 16, 34, 9, 12

 

        b.    Algoritma Pungut / Pick Up Algorithm

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

      d.    Algoritma Lift Singkat / LOOK Algorithm

 

1.1.  I/O Error Handling / Penanganan Kesalahan I/O

Error yang umum terjadi adalah :

1.    Error pemrograman

Kesalahan disebabkan pemrograman. Misalnya : request sektor yang tidak ada. Penanganannya : pembetulan program untuk komersial software, batalkan operasi dan berharap tidak akan terjadi lagi

2.    Error checksum transient

Kesalahan disebabkan adanya debu diantara head dengan permukaan disk. Penanganannya : lakukan operasi berulang-ulang dan menandai sector yang rusak.

3.    Error checksum permanent

Kesalahan disebabkan kerusakan disk. Misalnya harus dibuat daftar blok-blok buruk agar data tidak ditulisi di blok-blok buruk.

4.    Error seek

Kesalahan ini ditanggulangi dengan mengkalibrasi disk supaya berfungsi kembali. Misalnya lengan harusnya ke silinder 6 ternyata ke 7. Penanganannya : kalibrasi ulang.

5.    Error controller

Kesalahan ini ditanggulangi dengan menukar pengendali yang salah dengan pengendali yang baru. Misalnya controller menolak perintah akses. Penanganannya : 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.

sumber:
nryulia.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/3906/BAB6.doc‎