MACHINTOSH GENK
1. M. TSANAUDDIN FARID (14523076)
2. RIZKY AGUNG WICHAKSONO (14523097)
3. M . ADYTHIA DWI SAPUTRA (14523145)
4. SHOFWAN HANIF (14523150)
5. NENDRI RAMADHANI (14523201)

MANAJEMEN I/O

Manajemen I/O sering disebut device manager. Menyediakan “device driver” yang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca file pada hard-disk, CD-ROM dan floppydisk.

Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O :

1    A. Buffer : menampung sementara data dari/ke perangkat I/O.

2    B. Spooling :

·      Melakukan penjadwalan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).

·   Menyediakan “driver” untuk dapat melakukan operasi “rinci” untuk perangkat keras I/O tertentu.

             ·      Manajemen perangkat masukan/keluaran merupakan aspek perancangan sistem

                 operasi terluas dan kompleks karena sangat beragamnya perangkat dan aplikasinya.

Beberapa fungsi manajemen input/ouput (I/O) :

1.   Mengirim perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan.

2.   Menangani interupsi perangkat I/O.

3.   Menangani kesalahan perangkat I/O.

4.   Menyediakan interface ke pemakai.

Klasifikasi perangkat I/O

Perangkat I/O dapat dikelompokkan berdasarkan :

      a. Sifat aliran datanya, yang terbagi atas :

            1. Perangkat Berorientasi Blok.

Yaitu menyimpan, menerima, dan mengirim informasi sebagai blok-blok berukuran tetap yang berukuran 128 sampai 1024 byte dan memiliki alamat tersendiri, sehingga memungkinkan membaca atau menulis blok-blok secara independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok-blok lain. Contoh : disk,tape,CD ROM, optical disk.

            2. Perangkat berorientasi aliran karakter.

Yaitu perangkat yang menerima, dan mengirimkan aliran karakter tanpa membentuk suatu struktur blok. Contoh : terminal, line printer, pita kertas, kartu-kartu berlubang, interface jaringan, mouse.

        b. Sasaran komunikasi, yang terbagi atas :

            1. Perangkat yang terbaca oleh manusia.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan manusia.Contoh : VDT (video display terminal) : monitor, keyboard, mouse.

            2. Perangkat yang terbaca oleh mesin.

Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat elektronik.Contoh : Disk dan tape, sensor, controller.

            3. Perangkat komunikasi.

Perangkat yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh.

Contoh : Modem.

            Faktor-faktor yang membedakan antar perangkat :

            a. Kecepatan transmisi data (data rate).

            b. Jenis aplikasi yang digunakan.

            c.Tingkat kerumitan dalam pengendalian.

            d.Besarnya unit yang ditransfer.

            e.Representasi atau perwujudan data.

            f.Kondisi-kondisi kesalahan.Teknik pemograman perangkat I/O

 Terdapat 3 teknik pemrograman, yaitu :

1.      I/O terprogram atau polling system.

Ketika perangkat I/O menangani permintaan, perangkat men-set bit status di register status perangkat. Perangkat tidak memberitahu ke pemroses saat tugas telah selesai dilakukan sehingga pemroses harus selalu memeriksa register tersebut secara periodik dan melakukan tindakan berdasar status yang dibaca. Software pengendali perangkat (driver) dipemroses harus mentransfer data ke/dari pengendali. Driver mengeksekusi perintah yang berkomunikasi dengan pengendali (adapter) di perangkat dan menunggui sampai operasi yang dilakukan perangkat selesai.Driver berisi kumpulan instruksi :

a.  Pengendalian.

Berfungsi mengaktifkan perangkat eksternal dan memberitahu yang perlu dilakukan. Contoh : unit tape magnetik diinstruksikan untuk kembali ke posisi awal, bergerak ke record berikut, dan sebagainya.

                        b.  Pengujian.

Berfungsi memeriksa status perangkat keras berkaitan dengan perangkat I/O.

c                     c.  Pembacaan/penulisan

Berfungsi membaca/menulis untuk transfer data antara register pemroses dan perangkat eksternal.Masalah utama I/O terprogram adalah pemroses diboroskan untuk menunggu dan menjagai operasi I/O. Diperlukan teknik lain untuk meningkatkan efisiensi pemroses.

          2.     I/O dikendalikan interupsi.

        Teknik I/O dituntun interupsi mempunyai mekanisme kerja sebagai berikut :

a.       Pemroses memberi instruksi ke perangkat I/O kemudian melanjutkan melakukan pekerjaan lainnya.

b.       Perangkat I/O akan menginterupsi meminta layanan saat perangkat telah siap bertukar data dengan pemroses.

c.       Saat menerima interupsi perangkat keras (yang memberitahukan bahwa perangkat siap melakukan transfer), pemroses segera mengeksekusi transfer data.

         Keunggulan :

1               .      Pemroses tidak disibukkan menunggui dan menjaga perangkat I/O untuk memeriksa status

                     perangkat.

          Kelemahan :

a              .       Rate transfer I/O dibatasi kecepatan menguji dan melayani operasi perangkat.

b              .      Pemroses terikat ketat dalam mengelola transfer I/O. Sejumlah intruksi harus dieksekusi

                    untuk tiap transfer I/O. 

   3.   Dengan DMA (direct memory access).

                DMA berfungsi membebaskan pemroses menunggui transfer data yang dilakukan   

          perangkat I/O. Saat pemroses ingin membaca atau menulis data, pemroses memerintahkan

          DMA controller dengan mengirim informasi berikut :

-                             -  Perintah penulisan/pembacaan.

-                              -  Alamat perangkat I/O.

-                               -  Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.

-                               -  Jumlah word (byte) yang ditulis/dibaca.

             Setelah mengirim informasi-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 mengirim sinyal interupsi ke pemroses. Sehingga 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.

       Keunggulan :

       - Penghematan waktu pemroses.

             -    Peningkatan kinerja I/O.

Evolusi fungsi perangkat I/O

Sistem komputer mengalami peningkatan kompleksitas dan kecanggihan komponen-komponennya, yang sangat tampak pada fungsi-fungsi I/O sebagai berikut :

a.         Pemroses mengendalikan perangkat I/O secara langsung.

Masih digunakan sampai saat ini untuk perangkat sederhana yang dikendalikan mikroprosessor sehingga menjadi perangkat berintelijen (inteligent device).

b.         Pemroses dilengkapi pengendali I/O (I/O controller).

Pemroses menggunakan I/O terpogram tanpa interupsi, sehingga tak perlu memperhatikan rincian-rincian spesifik antarmuka perangkat.

c.         Perangkat dilengkapi fasilitas interupsi.

Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu menunggu selesainya operasi I/O, sehingga meningkatkan efisiensi pemroses.

d.         I/O controller mengendalikan memori secara langsung lewat DMA.

Pengendali dapat memindahkan blok data ke/dari memori tanpa melibatkan pemroses kecuali diawal dan akhir transfer.

e.         Pengendali I/O menjadi pemroses terpisah.

Pemroses pusat mengendalikan.memerintahkan pemroses khusus I/O untuk mengeksekusi program I/O di memori utama. Pemroses I/O mengambil dan mengeksekusi intruksi-intruksi ini tanpa intervensi pemroses pusat. Dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan hanya diinterupsi ketika seluruh barisan intruksi diselesaikan.

f.          Pengendali I/O mempunyai memori lokal sendiri.

Perangkat I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang minimum.Arsitektur ini untuk pengendalian komunikasi dengan terminal-terminal interaktif. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan pengendalian terminal.Evolusi bertujuan meminimalkan keterlibatan pemroses pusat, sehingga pemroses tidak disibukkan dengan tugas I/O dan dapat meningkatkan kinerja sistem.

Prinsip manajemen perangkat I/O
Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu :

a.         Efisiensi.

Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.

b.         Generalitas (device independence).

Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.

Software diorganisasikan berlapis. Lapisan bawah berurusan menyembunyikan kerumitanperangkat keras untuk lapisan-lapisan lebih atas. Lapisan lebih atas berurusanmemberi antar muka yang bagus, bersih, nyaman dan seragam ke pemakai. Masalah-masalah manajemen I/O adalah :

a.   Penamaan yang seragam (uniform naming).

Nama berkas atau perangkat adalah string atau integer, tidak bergantung pada perangkat sama sekali.

b.   Penanganan kesalahan (error handling).

Umumnya penanganan kesalahan ditangani sedekat mungkin dengan perangkat keras.

c                 .       Transfer sinkron vs asinkron.

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, program kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di buffer.

d                .      Sharable vs dedicated.

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

Hirarki manajemen perangkat I/O
Hirarki manajemen perangkat I/O :

a.         Interrupt handler.

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

b.         Device drivers.

Semua kode bergantung perangkat ditempatkan di device driver. Tiap device driver menangani satu tipe (kelas) perangkat dan bertugas menerima permintaan abstrak perangkat lunak device independent diatasnya dan melakukan layanan permintaan.

Mekanisme kerja device driver :

-                                  - Menerjemahkan perintah abstrak menjadi perintah konkret.

-                                  -  Setelah ditentukan perintah yang harus diberikan ke pengendali, device driver mulai menulis               ke register-register pengendali perangkat.

-                                  -  Setelah operasi selesai dilakukan perangkat, device driver memeriksa status kesalahan yang

                    terjadi.

-                                 -  Jika berjalan baik, device driver melewatkan data ke perangkat lunak device independent.

-                                  - Kemudian device driver melaporkan status operasinya ke pemanggil.

c.         Perangkat lunak device independent.

Bertujuan membentuk fungsi-fungsi I/O yang berlaku untuk semua perangkat dan memberi antarmuka seragam ke perangkat lunak tingkat pemakai. Fungsi-fungsi lain yang dilakukan :

             - Sebagai interface seragam untuk seluruh device driver.

             - Penamaan perangkat.

             - Proteksi perangkat.

             - Memberi ukuran blok perangkat agar bersifat device independent.

             - Melakukan buffering.

             - Alokasi penyimpanan pada block devices.

             - Alokasi dan pelepasan dedicated devices.

             - Pelaporan kesalahan.

d.         Perangkat lunak level pemakai.

                      Kebanyakan perangkat lunak I/O terdapat di sistem operasi. Satu bagian kecil berisi

             pustaka-pustaka yang dikaitkan pada program pemakai dan berjalan diluar kernel. System

             calls I/O umumnya dibuat sebagai prosedur-prosedur pustaka. Kumpulan prosedur pustaka

             I/O merupakan bagian sistem I/O. Tidak semua perangkat lunak I/O level pemakai berupa

             prosedur- prosedur pustaka. Kategori penting adalah sistem spooling. Spooling adalah cara

             khusus berurusan dengan perangkat I/O yang harus didedikasikan pada sistem

             multiprogramming.

Buffering I/O

          Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O, sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a. Single buffering.

          Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem untuk operasi.Untuk perangkat berorientasi blok.Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai, proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain. Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang dibaca tidak diperlukan.

Keunggulan :

Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering. Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.

Kelemahan :

-  Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer sistem ke proses

   pemakai.

-  Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk untuk swapping, maka

   membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang digunakan untuk swap out proses. Untuk

   menswap proses dan melepas memori utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana

   waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanaka Buffering keluaran serupa buffering

   masukan. Ketika data transmisi, data lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses

   pengirim menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk jika

   perlu.Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.

  

Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :

- Mode line at a time.

           Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal). Masukan pemakai

   adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu

   satu baris per waktu.

            Contoh mode ini adalah printer.Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses

   pemakai ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya. Untuk keluaran,

   proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses

   tidak perlu suspend kecuali bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.

- Mode byte at a time.

          Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah penting dan untuk

   peripheral lain seperti sensor dan pengendali.

b. Double buffering.

           Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer ke/dari satu buffer

    sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi) buffer lain. Teknik ini disebut double

    buffering atau buffer swapping. Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O.

    Peningkatan ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi aliran

     karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
     - Mode line at a time.

       Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya mengosongkan buffer

       ganda.

     - Mode byte at a time.

        Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal. Double buffering mengikuti         model producer-consumer.

c. Circular buffering.

           Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses. Jika kinerja proses

    tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar operasi I/O mengikuti proses. Double buffering

    tidak mencukupi jika proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah sering

    dapat dihindari dengan menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika lebih dari dua buffer yang

    digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu sebagai circulat buffer. Tiap bufferindividu adalah

    satu unit di circular buffer.

Manajemen I/O

Dalam sistem komputer manajemen i/o sangat diperlukan karena i/o adalah sarana user untuk bisa berkomunikasi dengan komputer. Contoh perangkat i/o seperti keyboard, mice, audio controllers, video controllers, disk drives, networking ports, dll. Manajemen i/o pun diperlukan agar user dapat langsung menggunakan perangkat i/o tanpa harus menginialisasi terlebih dahulu. Oleh karena itu, dalam setiap system operasi selalu terdapat i/o manager.

I/O HARDWARE

Piranti I/O (Device)

Piranti-piranti I/O yang terkoneksi ke komputer memiliki karakterisitk khas sesuai dengan fungsi dan teknologi yang digunakannya. Piranti I/O dapat berupa komponen elektris maupun mekanik. Contoh piranti I/O seperti monitor, keyboard, mouse, printer, scanner dan lain-lain.

Device Controller (Adapter)

Supaya piranti-piranti I/O dapat dikontrol dan berkomunikasi dengan sistem komputer, maka harus ada device controller yang berfungsi sebagai antarmuka antara piranti I/O dengan sistem internal komputer. Device controller ini merupakan sirkuit digital yang berfungsi mengontrol kerja komponen mekanik ataupun elektris lainnya dari piranti I/O.

Bus I/O

Bus I/O terdiri atas bus data, alamat dan kontrol yang berfungsi menghubungkan device controller dengan elemen internal komputer seperti processor dan memory. Selain itu terdapat juga bus I/O lanjutan atau ekspansi seperti bus parallel, serial, PS2 yang digunakan untuk berkomunikasi dengan piranti I/O yang bersifat mudah dipindah-pindahkan dan umumnya terletak di luar kotak komputer.

TEKNIK I/O

Programmed I/O atau SPooling

·         Processor bertanggung jawab atas pemeriksaan selesainya transfer data yang dilakukan oleh device controller.

·         Jika data sudah siap, maka processor juga bertanggung jawab atas pemindahan data dari dan ke memory utama.

Kebanyakan pemakaian piranti I/O bersifat eksklusif, yaitu hanya dapat melayani satu tugas pada suatu waktu.

Mekanisme spooling pada sistem multiprogramming:

·         Setiap proses akan tetap mengirim data ke piranti I/O sehingga prosesnya sendiri tidak dalam status blocked. Tapi karena piranti I/O sibuk, maka kernel I/O akan menampung dulu dan menempatkan dalam antrian.

·         Sekalipun program aplikasi yang mengirim data output telah selesai, data yang di-spooling oleh kernel I/O tidak akan hilang.

Interrupt - Driven I/O

·         Procesor hanya bertanggung jawab atas pemindahan data ke atau dari memory utama (hanya memberikan instruksi transfer data).

·         Device controller yang akan memberikan sinyal interupsi jika data sudah tersedia untuk disalinkan ke memory utama.

DMA (Direct Memory Access)

·         Processor dibebaskan dari pengontrolan transfer data I/O.

·         Sebagai gantinya, diperlukan tambahan perangkat keras DMA controller yang memiliki kendali atas bus internal dan jalur ke memory utama.

Pada saat CPU ingin membaca/tulis, CPU mengirimkan perintah ke modul DMA yang berisi :

1.                  Read/Write yang diminta

2.                  Alamat perangkat I/O yang dilibatkan

3.                  Lokasi awal blok memori data

4.                  Jumlah data yang akan ditransfer.

5.                  CPU melanjutkan pekerjaan lainnya

6.                  DMA controller memindahkan seluruh data, word per word secara langsung ke/dari memori tanpa harus melalui CPU.

7.                  Setelah selesai, DMA controller mengirimkan signal interrupt ke CPU

8.                  CPU hanya dilibatkan pada awal dan akhir pemindahan saja.

Konfigurasi pada DMA

1. Konfigurasi I

·         Hanya menggunakan single bus

·         DMA dan modul I/O terpisah

·         Setiap transfer harus mengakses bus 2 kali

2. Konfigurasi II

·         Hanya menggunakan single bus

·         DMA controller dan modul I/O terintegrasi

·         Satu DMA controller dapat mengangani lebih dari 1 modu I/O

·         Setiap transfer hanya perlu mengakses bus satu kali saja

3. Konfigurasi III

·         Digunakan bus I/O secara terpisah

·         Semua modul I/O cukup dilayani dengan sebuah DMA

·         Setiap transfer hanya perlu mengakses bus satu kali saja

I/O SOFTWARE

Kernel I/O subsystems.

Kernel menyediakan banyak service yang berhubungan dengan I/O. Pada bagian ini, kita akan mendeskripsikan beberapa service yang disediakan oleh kernel I/O subsystem, dan kita akan membahas bagaimana caranya membuat infrastruktur hardware dan device-driver. Service yang akan kita bahas adalah I/O scheduling, buffering, caching, pooling, reservasi device, error handling.

Interupsi Handler

Interupsi adalah suatu peristiwa yang menyebabkan eksekusi satu program ditunda dan program lain yang dieksekusi. Interrupt adalah sinyal dari peralatan luar dan permintaan dari program untuk melaksanakan suatu tugas khusus. Jika interrupt terjadi, maka program dihentikan dahulu untuk menjalankan rutin interrupt .Ketika program yang sedang berjalan tadi dihentikan, prosesor menyimpan nilai register yang berisi alamat program ke stack, dan mulai menjalankan rutin interupt.

Jenis Interupt :

·         Interupt Software

Interupt yang disebabkan oleh software yang sering disebut dengan system call.

·         Interupt Hardware

Interupt yang disebabkan oleh adanya akses pada perangkat keras seperti penekanan tombol keyboard atau menggerakkan mouse

Device Driver

Setiap device driver menangani satu tipe peralatan. Device driver bertugas menerima permintaan abstrak perangkat lunak device independent di atasnya dan melakukan layanan sesuai permintaan itu.

Mekanisme kerja device driver :

·         Menerjemahkan perintah-perintah abstrak menjadi perintah-perintah konkret.

·         Begitu telah dapat ditentukan perintah-perintah yang harus diberikan ke pengendali, device driver mulai menulis ke register-register pengendali peralatan.

·         Setelah operasi selesai dilakukan peralatan,device driver memeriksa kesalahan-kesalahanyang terjadi.

·         Jika semua berjalan baik, device drive rmelewatkan data ke perangkat lunak device independent.

·         Device melaporkan informasi status sebagai pelaporan kesalahan ke pemanggil.

Pustaka I/O aplikasi

Mengimplementasikan pustaka pengaksesan I/O atau API (Application Programming Interface) bagi aplikasi untuk melakukan operasi I/O. Memudahkan user karena pengaksesan ke berbagai macam piranti I/O dengan menggunakan operasi yang sama.

                                                             By: IOS

RITA NUR’AENI                            14523001

RIZQA AZ ZAHRA                         14523018

DEBI PUSPITA DAMAYANTI       14523021

MIKE RUSTIA PUTRI                    14523054

NURUL FATIKAH MUCHLIS        14523293