arsitektur dan organisasi komputer -...

Download ArsiteKTUR dan organisasi komputer - ocw.upj.ac.idocw.upj.ac.id/files/Handout-TIF203-Arsitektur-dan-Organisasi... · Arsitektur dan Organisasi Komputer I/O ... • CPU menunggu hingga

If you can't read please download the document

Post on 07-Feb-2018

228 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 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 Direct Memory Access

  • 10/8/2014

    8

    29

    DMA Function Melibatkan modul tambahan pada sistem bus modul DMA

    Modul DMA mampu menirukan prosesor dan bahkan mengambil alih kontrol sistem dari prosesor.

    Modul DMA harus menggunakan bus hanya ketika prosesor tidak memerlukannya atau modul DMA harus memaksa prosesor untuk menghentikan operasi untuk sementara cycle stealing

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Direct Memory Access (2)

    DMA Operation

    read/write yang diminta,

    alamat perangkat I/O

    alamat awal blok memori data

    jumlah

    datayang akan dikirimkan

    30 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Direct Memory Access (3)

    CPU

    RAM

    Device-1

    Device-2

    Device-n

    DMA Module

    interrupt

    data transfer

    request r/w

    status checking

    /r/w data

    31 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    DMA Cycle Stealing

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

    32

    DMA Configuration 1

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Direct Memory Access (5)

    Single-bus, detached DMA

    Semua modul berbagi bus sistem

    Pengiriman data menggunakan bus data sebanyak 2 kali: I/O DMA memori

    CPU menunda sebanyak 2 kali

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

  • 10/8/2014

    9

    33

    DMA Configuration - 2

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Direct Memory Access (6)

    Single-bus, integrated DMA controller

    Controller dapat menangani > 1 perangkat I/O

    Pengiriman data menggunakan bus data sebanyak 1 kali: I/O-DMA memori

    CPU menunda sebanyak 1 kali

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

    34

    DMA Configuration - 3

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.4 Direct Memory Access (7)

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

    35 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    DMA Configuration 3 (2)

    Separate I/O Bus

    Bus mendukung semua perangkat aktif DMA

    Pengiriman data menggunakan bus data sebanyak 1 kali: DMA memori

    CPU menunda sebanyak 1 kali

    7.4 Direct Memory Access (8)

    36

    I/O Channels Evolution of I/O Function

    1. CPU mengontrol peripheral secara langsung

    2. CPU menggunakan I/O terprogram

    3. CPU menggunakan Interupsi (interrup-driven I/O)

    4. Modul I/O diberi akses langsung melalui DMA

    5. Modul I/O ditingkatkan kemampuannya untuk dapat melakukan pengolahan instruksi I/O Channel I/O

    6. Modul I/O dilengkapi dengan memori internal processor I/O

    Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 I/O Channels

  • 10/8/2014

    10

    37 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    I/O Channels Characteristics

    1. Merupakan perluasan dari konsep DMA

    2. Memiliki kemampuan untuk melakukan pengolahan instruksi I/O.

    3. Memiliki kendali penuh terhadap operasi I/O.

    4. Memiliki special-purpose processor untuk mengeksekusi Instruksi I/O yang disimpan dalam memori utama.

    7.5 I/O Channels (1)

    38 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    I/O Channels Architecture

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

    Selector

    7.5 I/O Channels (2)

    39 Arsitektur dan Organisasi Komputer Sumber: William Stalling, 2010, Computer Organization and Architecture: Designing for Performance, 8th edition

    Multiplexor

    40 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband

    Advantages Firewire Over I/O Interfaces 1. High speed.

    2. Low Cost.

    3. Easy to implement.

    4. Menghubungkan banyak periphreal, komputer dan non-komputer.

    Disadvantages Firewire Over I/O Interfaces

    1. Jangkauan

  • 10/8/2014

    11

    41 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (1)

    Firewire - Configuration 1. Serial transmission

    2. Menggunakan operasi I/O daisy chain

    3. Dapat menghubungkan 63 perangkat hanya menggunakan 1 port.

    4. Memiliki hingga 1022 bus yang dapat tehubung satu dengan lainnya menggunakan bridge.

    5. Konfigurasi otomatis

    6. Tidak memiliki bus terminator

    7. A tree-structured configuration

    42 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (2)

    Firewire 3 Layer of Firewire

    1. Physical Layer, mendefinisikan media transmisi yang diizinkan oleh firewire

    2. Link Layer, bertanggung jawab dalam transmisi data

    3. Transaction Layer, mendefinisikan protokol request-response yang menyembunyikan lowerlayer rincian firewire dari aplikasi.

    43 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (3)

    Firewire Physical Layer

    Data rates from 25 to 400 Mbps

    Two forms of arbitration Based on tree structure

    Root acts as arbiter

    First come first served

    Natural priority controls simultaneous requests

    Fair arbitration

    Urgent arbitration

    44 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (3)

    Firewire Link Layer

    Two transmission types Asynchronous Variable amount of data and several bytes of transaction data

    transferred as a packet To explicit address

    Acknowledgement returned

    Isochronous Variable amount of data in sequence of fixed size packets at

    regular intervals Simplified addressing No acknowledgement

  • 10/8/2014

    12

    45 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (5)

    Infiniband

    I/O specification aimed at high end servers

    Version 1 released early 2001

    Architecture and spec. for data flow between processor and intelligent I/O devices

    Intended to replace PCI in servers

    Increased capacity, expandability, flexibility

    46 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (6)

    Infiniband - Architecture

    Remote storage, networking and connection between servers

    Attach servers, remote storage, network devices to central fabric of switches and links

    Greater server density

    Scalable data centre

    Independent nodes added as required

    47 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    7.5 The External Interface: Firewire & Infiniband (7)

    I/O distance from server up to 17 m using copper

    300 m multimode fibre optic

    10 km single mode fibre

    Up to 30 Gbps

    48 Arsitektur dan Organisasi Komputer

    InfiniBand Architecture

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

  • 10/8/2014

    13

    PART 2: THE COMPUTER SYSTEM

    CHAPTER 7: INPUT/OUTPUT

    - THANK YOU -