Programmed I/O

Share

Pada I/O terprogram, data saling dipertukarkan antara CPU dan modul I/O. CPU mengeksekusi program yang memberikan operasi I/O kepada CPU secara langsung, seperti pemindahan data, pengiriman perintah baca maupun tulis, dan monitoring perangkat.   Kelemahan teknik ini adalah CPU akan menunggu sampai operasi I/O selesai dilakukan modul I/O sehingga akan membuang waktu, apalagi CPU lebih cepat proses operasinya. Dalam teknik ini, modul I/O tidak dapat melakukan interupsi kepada CPU terhadap proses – proses yang diinteruksikan padanya. Seluruh proses merupakan tanggung jawab CPU sampai operasi lengkap dilaksanakan. 

Untuk melaksanakan perintah – perintah I/O, CPU akan mengeluarkan sebuah alamat bagi modul I/O dan perangkat peripheralnya sehingga terspesifikasi secara khusus dan sebuah perintah I/O yang akan dilakukan. Terdapat empat klasifikasi perintah I/O, yaitu: 

1.      Perintah control.

Perintah ini digunkan untuk mengaktivasi perangkat peripheral dan memberitahukan tugas yang diperintahkan padanya.

2.      Perintah test.

Perintah ini digunakan CPU untuk menguji berbagai kondisi status modul I/O dan peripheralnya. CPU perlu mengetahui perangkat peripheralnya dalam keadaan aktif dan siap digunakan, juga untuk mengetahui operasi – operasi I/O yang dijalankan serta mendeteksi kesalahannya.

3.      Perintah read.

Perintah pada modul I/O untuk mengambil suatu paket data kemudian menaruh dalam buffer internal. Proses selanjutnya paket data dikirim melalui bus data setelah terjadi sinkronisasi data maupun kecepatan transfernya.

4.      Perintah write.

Perintah ini kebalikan dari read. CPU memerintahkan modul I/O untuk mengambil data dari bus data untuk diberikan pada perangkat peripheral tujuan data tersebut. 

Dalam teknik I/O terprogram, terdapat dua macam inplementasi perintah I/O yang tertuang dalam instruksi I/O, yaitu: memory-mapped I/O dan isolated I/O.   Dalam memory-mapped I/O, terdapat ruang tunggal untuk lokasi memori dan perangkat I/O. CPU memperlakukan register status dan register data modul I/O sebagai lokasi memori dan menggunakan instruksi mesin yang sama untuk mengakses baik memori maupun perangkat I/O. Konskuensinya adalah diperlukan saluran tunggal untuk pembacaan dan saluran tunggal untuk penulisan. Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namun memakan banyak ruang memori alamat.   Dalam teknik isolated I/O, dilakukan pemisahan ruang pengalamatan bagi memori dan ruang pengalamatan bagi I/O. Dengan teknik ini diperlukan bus yang dilengkapi dengan saluran pembacaan dan penulisan memori ditambah saluran perintah output. Keuntungan isolated I/O adalah sedikitnya instruksi I/O.

Perangkat I/O terprogram merupakan perangkat I/O komputer yang dikontrol oleh program.  Contohnya,  perintah mesin in, out, move. Perangkat I/O terprogram tidak sesuai, untuk pengalihan data dengan kecepatan tinggi karena dua alasan yaitu:

1.      Memerlukan overhead (ongkos) yang tinggi, karena beberapa perintah program harus  dieksekusi  untuk  setiap  kata  data  yang  dialihkan  antara  peralatan eksternal dengan memori utama.

2.      Banyak peralatan periferal  kecepatan tinggi  memiliki  mode operasi  sinkron, yaitu pengalihan data dikontrol oleh  clock frekuensi  tetap,  tidak tergantung CPU.

Teknik Pemrograman I/O 

Terdapat 3 teknik, 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 mengekseksui 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.       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 :

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

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

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

   Keunggulan :

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

   Kelemahan :

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

2.      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 :

a.       Perintah penulisan/pembacaan.

b.      Alamat perangkat I/O.

c.       Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.

d.      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 :

a.       Penghematan waktu pemroses.

b.      Peningkatan kinerja I/O.