Teknik Input Output

Perangkat I/O membantu kita berinteraksi dengan komputer agar dapat memberi dan menerima data, program dan hasil, ke / dari komputer.
Setiap perangkat I/O memiliki I/O driver yang merupakan sekumpulan program I/O untuk berbagai operasi pada perangkat I/O yang spesifik. I/O driver dari semua perangkat I/O dikenal dengan BIOS. 

Terdapat tiga teknik dalam operasi I/O, yaitu :

1. I/O Terprogram (Programmed I/O)
2. Interrupt Driven I/O
3. Direct Memory Access (DMA)

1. I/O Terprogram (Programmed I/O)

• CPU langsung mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan dengan menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan program tertentu
• Karakteristik :

1. Terdapat program untuk memulai-mengarahkan- menghentikan  operasi I/O
2. Membutuhkan perangkat keras register
   Register status, register buffer register point
   buffer dan register counter data
3. perlu waktu proses yang menyita waktu pemanfaatan CPU

PERINTAH-PERINTAH I/O 

• Untuk mengeksekusi instruksi yg berkaitan dengan I/O, CPU menerbitkan address
• Identifikasi modul(& device if >1 per module)
• Perintahnya
• Control – untuk mengaktivasi peripheral dan membertitahu tugas yang harus dilakukan
• Menggulung ulang atau memajukan sebuah record (spin up disk)
• Test – mengecek status
• Aktif? ,  Error?
• Read/Write
• Modul akan menstanfer data lewat buffer dari/ke device

METODE PENGAKSESAN SISTEM I/O 

• Memory mapped I/O
• Terdapat ruang alamat tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O
• CPU memperlakukan regiter status dan register data modul I/O sebagai lokai memori read/write
• Tidak ada perintah khusus untuk I/O
• Memory Isolated I/O
• Terpisah ruang alamat
• Port-port I/O hanya dapat diakses dengan perintah I/O khusus
• Perintah khusus untuk I/O

2. Interrupt Driven I/O

• CPU akan bereaksi ketika suatu piranti mengeluarkan permintaan untuk pelayanan
•  Karakteristik :
1. Lebih efesian dalam pemanfaatan CPU
2. Menunggu interupsi dari piranti I/O
3. Ada 2 metode pemilihan prioritas layanan :
4. polling dan vector interrupt

Operasi Dasar Interrupt Driven I/O

• CPU mengeluarkan perintah read
• Modul I/O mendapatkan data dari peripheral saat CPU mengerjakan perintah lain
• Modul I/O akan menginterupsi CPU
• CPU meminta data
• Modul I/O akan mentransfer data

Design Issues

• How do you identify the module issuing the interrupt?
• How do you deal with multiple interrupts?
• i.e. an interrupt handler being interrupted

IDENTIFIKASI MODUL INTERRUPT
(dalam suatu perancangan)

• Saluran Interrupt berjumlah banyak (Multiple Interrupt Lines)
• Masing-masing interrupt mempunyai prioritas
• Prioritas tinggi dapat menginterupsi prioritas rendah
• Software poll
• Pada saat CPU mengetahui adanya interupt maka CPU akan menuju ke routine layanan interrupt yg tugasnya melakukan poll seluruh modul I/O
• Poll berbentuk baris perintah yg terpisah
• Kerugian : lambat
• Daisy Chain or Hardware poll
• Saluran Interrupt Acknowledgeadalah daisy chain yg melalui modul-modul
• Module memberikan respon dengan maletakkan vektor (word) pada saluran data
• CPU menggunakan vektor untuk mengidentifikasikan routine layanan
• Arbitrasi Bus
• Memanfaatkan interrupt bervektor
• Modul I/O harus memperoleh kontrol bus sebelum modul menggunakan saluran permintaan interrupt
• PCI & SCSI

Example - PC Bus

• 80x86 has one interrupt line
• 8086 based systems use one 8259A interrupt controller
• 8259A has 8 interrupt lines

Sequence of Events

• 8259A accepts interrupts
• 8259A determines priority
• 8259A signals 8086 (raises INTR line)
• CPU Acknowledges
• 8259A puts correct vector on data bus
• CPU processes interrupt

PC Interrupt Layout

ISA Bus Interrupt System

• ISA bus chains two 8259As together
• Link is via interrupt 2
• Gives 15 lines
• 16 lines less one for link
• IRQ 9 is used to re-route anything trying to use IRQ 2
• Backwards compatibility
• Incorporated in chip set

ISA Interrupt Layout

3. Direct Memory Access (DMA)

• DMA meliputi modul2 tambahan pada sistem bus
• Modul DMA mampu menirukan CPU dan mengambil alih kontrol sistem dari CPU
• Metode transfer data secara langsung antara memori dan piranti dan pengendalian CPU
• Hanya dapat dilakukan pada piranti I/O berkecepatan tinggi dan mampu mentransfer data besar dalam waktu singkat

OPERASI DMA

• Pada saat CPU ingin membaca/tulis, CPU mengirimkan perintah ke modul DMA yang berisi:
• Read/Write yang diminta
• Alamat perangkat I/O yang dilibatkan
• Lokasi awal blok memori data
• Jumlah data yg akan ditransfer
• CPU melanjutkan pekerjaan lainnya
• DMA controller memindahkan seluruh data, word per word secara langsung ke/dari memori anpa harus melalui CPU, setelah selesai
• DMA controller mengirimkan signal interrupt ke CPU
• CPU hanya dilibatkaan pada AWAL dan AKHIR pemindahan saja.

DMA Transfer
Cycle Stealing

• DMA controller takes over bus for a cycle
• Transfer of one word of data
• Not an interrupt
• CPU does not switch context
• CPU suspended just before it accesses bus
• i.e. before an operand or data fetch or a data write
• Slows down CPU but not as much as CPU doing transfer

Aside

• What effect does caching memory have on DMA?
• Hint:  how much are the system buses available?

DMA Configurations (1)

• Pada Bus tunggal, dimana semua modul menggunakan bersama bus sistem yang sama
• Fungsi modul DMA sebagai pengganti CPU
• Menggunakan I/O terprogram untuk pertukaran data antara memori dengan modul I/O melalui modul I/O
• Harga cukup murah dan efisien
• Setiap transfer sebuah word membutuhkan 2 siklus bus

DMA Configurations (2)

• Single Bus, Diintegrasikan modul DMA dengan sebuah atau lebih modul I/O yg tidak melibatkan sistem bus
• Modul DMA dapat mengontrol >1 device
• Masing-masing transfer menggunakan bus sekali saja
• DMA to memory

DMA Configurations (3)

• Menghubungkan modul-modul I/O ke modul DMA dengan menggunakan sebuah bus I/O
• Dapat mengurangi jumlah interface I/O didalam modul DMA menjadi satu buah

\