MANAJEMEN DEVICE130210006 - WANDRO130210013 - ADHI KUSUMA FOTHERA130210017 - TAN DESSKY130210019 - WHISMANTO130210026 - HENDRY130210049 - PITER130210146 - HENDRA PUTRA KURNIAWAN130210385 - JUFRIYANTO

PENGANTAR• Salah satu tugas system operasi adalah mengkontrol operasi-

operasi piranti input/output atau device pada system computer. Sistem operasi mengontrol operasi piranti I/O dengan mengirimkan instruksi ataupun memeriksa status piranti I/O bersangkutan. Selain mengontrol operasi I/O, sistem operasi harus menyediakan antar muka yang mudah dan seragam untuk memudahkan operasi I/O serta menyembunyikan detail perbedaan operasi antar piranti I/O.

ORGANISASI SISTEM I/OSecara fisik, organisasi sistem I/O pada sistem komputer dapat dibedakan atas :• Piranti I/O (device): Piranti – piranti I/O yang terkoneksi ke

komputer mempunyai karakteristik khas sesuai dengan fungsi dan teknologi yang digunakannya. Contoh piranti I/O seperti monitor, keyboard, mouse, printer dan scanner.• Device controller (adapter): berfungsi sebagai antarmuka antara

piranti I/O denga sistem internal komputer. Device controller ini merupakan sirkuit digital yang berfugsi mengontrol kerja komponen mekanik ataupun elektris lainnya dari piranti I/O.

• Bus I/O: terdiri atas bus data, alamat dan kontrol yang berfungsi menghubungkan device controller dengan elemen internal komputer seperti prosessor dan memori. 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 (movable) dan umumnya terletak di luar kotak computer.

• Sistem I/O komputer dapat pula ditinjau dari segi organisasi sistem perangkat lunaknya. Sistem perangkat lunak I/O dirancang dalam struktur berlapis dan umumnya terdiri atas lapisan:

 • Lapisan intterupt handler: lapisan yang menangani terjadinya

interupsi dan pengalihan eksekusi ke rutin penanganan interupsi, intterupt handler, yang bersesuaian.• Lapisan device driver: lapisan yang mengimplementasi secara

khusus rincian operasi dari masing – masing jenis pengendali piranti I/O atau device controller.

• Lapisan subsistem I/O atau kernel I/O: Lapisan ini menyediakan antarmuka atau fungsi I/O yang generik bagi komponen lain sistem operasi maupun aplikasi.• Lapisan pustaka I/O apikasi: Lapisan ini mengimplementasi

pustaka pengaksesan I/O atau API (aplication programming interface) bagi aplikasi untukmelakukan operasi I/O.

PERANGKAT KERAS I/O• Peranti I/O• Masing – masing peranti I/O memiliki karakteristik seperti gambar di bawah

ini.

• Untuk membedakan karakteristik antara peranti I/O yang satu dengan yang lainnya adalah :

1. Modus transfer data: peranti I/O dapat dibedakan sebagai peranti I/O dengan modus transfer per karakter ataupun per blok.

Pada peranti I/O karakter, unit terkecil transfer data peranti I/O adalah per karakter.

Peranti I/O blok, unit terkeci transfer data peranti I/O adalah per blok data.

Contoh peranti I/O per karakter adalah terminal keyboard, sedangkan contoh peranti I/O per blok adalah disk magnetik.

• 2. Metode akses

• Berdasarkan kategori ini, peranti I/O dapat dibedakan sebagai peranti I/O dengan metode akses skuensial dan metode akses acak.

• Pada peranti I/O dengan metode akses sekuensial, pengaksesan, baik baca ataupun tulis, harus dilakukan secara berurutan. Ini berarti untuk membaca suatu data yang terletak pada akhir harus melewati seluruh bagian data dari awal sampai posisi akhir tersebut, contohnya modem.

• Sementara pada peranti I/O dengan metode akses acak, pengaksesan dapat langsung melompat ke posisi yang dikehendaki, contohnya CD ROM dan disk.

• 3. Jadwal transfer

• Berdasarkan kategori ini, peranti I/O dapat dibedakan atas peranti I/O sinkron dan peranti I/O asinkron.

• Peranti I/O sinkron berarti transfer data hanya dapat dilakukan pada interval waktu tertentu, seperti tape disk.

• Sementara peranti I/O asinkron dapat melakukan transfer data sewaktu – waktu dan kapan saja seperti pada peranti keyboard.

• 4. Sharing

• Berdasarkan kategori ini, peranti I/O dapat dibedakan atas peranti I/O teredikasi (dedicated) dan peranti I/O yang digunakan bersama (shared).

• Peranti I/O yang terdedikasi berarti peranti I/O tersebut hanya dapat digunakan oleh suatu proses pada suatu waktu seperti halnya tape

disk.

• Sementara peranti I/O shared dapat digunakan bersama seperti halnya peranti keyboard

• 5. Kecepatan akses

• Berdasarkan kategori ini peranti I/O dapat dibedakan berdasarkan spektrum atau jangkauan kecepatan akses peranti I/O tersebut.

• Kecepatan suatu peranti I/O tergantung pada sejumlah aspek seperti:

• Latency, yang meliputi waktu tunggu di antrian, waktu untuk menunggu kesiapan peranti I/O, kemudian

• Seek time, yaitu waktu untuk mencari lokasi data,

• Transfer rate, yaitu kecepatan transmisi data dari/ke memori, serta

• Waktu tunda antara operasi yang satu dengan operasi berikutnya.

• Modus operasi I/O

• Berdasarkan kategori ini, peranti I/O dapat dibedakan sebagai peranti I/O read-only, write-only, serta read-write. Peranti I/O read-only hanya dapat melalukan operasi input saja seperti CDROM. Peranti I/O write-only dapat melakukan operasi output saja seperti graphic controller. Peranti I/O read-write dapat melakukan operasi input dan output seperi peranti peyimpanan atau disk.

• Peranti I/O dapat dibedakan berdasarkan fungsionalaitas sebagai berikut :

• 1. Peranti antar muka pengguna: peranti yang menjembatani interaksi langsung antara pengguna, umumnya manusia dengan sistem komputer, yang dapat dibedakan lebih lanjut menjadi peranti input, seperti keyboard, mouse, scaner dan seperti peranti output seperti monitor, printer.

• 2. Peranti transmisi: peranti yang berfungsi untuk mentransmisikan data secara internal maupun eksternal ke perangkat komputasi lainnya. Contohnya adalah NIC (network interface card) dan modem.

• 3. Peranti penyimpanan data: peranti yag berfungsi untuk penyimpanan data. Contohnya adalah hardisk, flash memory, CDROM, DVDROM, serta floppy disk.

PERANGKAT KERAS I/O• Device controller

• Device controller merupakan bagian dari organisasi fisik sistem I/O yang berfungsi sebagai pengendali sistem digital terhadap peranti I/O dan juga bertanggung jawab atas komunikasi data antara peranti I/O dan sistem internal komputer.

• Device controller disisi perangkat keras dan device driver di sisi perangkat lunak, merupakan tandem yang mengabstraksi sepenuhnya pengaksesan ke peranti fisik I/O.

• Port controller merupakan device controller khusus yang mengatur pengiriman data antara bus I/O internal, misalnya PCI bus, dengan bus eksternal, seperti bus paralel, bus serial, dan bus USB.

PERANGKAT KERAS 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 prosessor dan memori. Selain itu, untuk sejumlah peranti I/O diperlukan bus ekspansi untuk menghubungkan sistem internal komputer dengan peranti I/O.

PERANGKAT KERAS I/O• Pengelamatan peranti I/O

• Untuk mengakses peranti I/O, yaitu membaca atau menulis data ke peranti I/O maka peranti I/O butuh diberi alamat khusus pada register – register pada device controller-nya. Ada 2 macam metode untuk memberi pegalamatan pada peranti I/O :

• Dirrect-mapped I/O addressing

• Pada pengelamatan ini, peranti I/O memiliki ruang alamat yang terpisah dari alamat memori. Jadi sistem komputernya akan memiliki ruang alamat memori dan ruang alamat peranti I/O yang berdiri sendiri – sendiri.

• Memory-mapped I/O addressing

• Peranti I/O memiliki alamat yang merupakan bagian dari ruang alamat memori secara global. Dalam model ini, bagian tertentu dari ruang alamat memori memiliki alokasi khusus sebagai alamat dari peranti – peranti I/O. 

PERANGKAT KERAS I/O• Metode transfer data

• Salah satu hal yang cukup penting dalam menentukan kinerja sistem I/O adalah mekanisme transfer data dari peranti I/O ke bagian internal sistem komputer.

• Programmed I/O atau pooling

• Prosessor bertanggung jawab atas pemeriksaan atas selesainya operasi transfer data yang dilakukan oleh device controller serta bertaggung jawab atas pemindahan data dari atau ke memori utama.

• Jika data telah siap di transfer maka prosessor akan memindahkan data ke memori. Pemindahan data ke memori perlu dikendalikan oleh prosessor karena device controller tidak punya kendali atau hak akses langsung terhadap jalur ke memori utama. Teknik ini tidak efisien untuk transfer blok data yang besar.

• Interrupt – driven I/O

• Prosessor hanya bertanggung jawab atas pemindahan data ke atau dari memori utama. Jadi prosessor memberikan instruksi tranfer data ke device controller dan melanjutkan instruksi proses lainnya.

• Prosessor tidak perlu memeriksa ketersediaan data ke device controller, justru device controller akan mengeluarkan sinyal interupsi ke prosessor jika data sudah tersedia untuk disalinkan ke memori utama.

• DMA (direct memory access)

• Metode transfer ini membebaskan prosessor sepenuhnya dari pengontrolan transfer data I/O. Sebagai gantinya diperlukan tabahan perangkat keras DMA controller yang memiliki kendali atas bus iternal dan jalur ke memori utama. Jika data sudah ditransfer ke memori utama, DMA controller akan menginterupsi prosessor sebagai informasi bahwa data I/O yang diminta oleh proses sebelumnya telah tersedia di memori utama.

• Langkah – langkah transfer data dari disk dengan teknik DMA dan dijelaskan sebagai berikut :

• Pertama, suatu proses yang sedang berjalan melakukan operasi I/O dengan memanggil salah satu fungsi device driver untuk melakukan transfer data dari disk ke buffer X di memori utama.

• Device driver menginstruksikan disk controller untuk transfer data sebesar c byte dari disk ke lokasi buffer x di memori utama.

• Disk controller akan menginisialisasi transfer DMA. DMA controller mengirimkan DMA request ke prosessor. Prosessor akan mengisi DMA controller dengan informasi transfer data, dan DMA akan mengirimkan sinyal DMA acknowledge, sebagai ijin untuk memakai bus sistem prosessor memory bus).

• Selanjutnya DMA controller akan mengatur perpindahan setiap word data dari disk controller ke lokasi buffer x ke memori utama. Dalam aktivitas ini terjadi kompetesi pemakaian bus sistem dengan proses yang sedang menggunakan prosessor.

• Jika sudah selesai, DMA mengeluarkan sinyal interupt kepada prosessor dan mengembalikan hak pemakaian bus sistem ke prosessor.

PERANGKAT LUNAK I/O

• Tujuan perancangan perangkat lunak I/O

• Organisasi perangkat lunak sistem I/O pada sistem komputer disusun secara berlapis. Ini berkaitan dengan tujuan dari sistem perangkat lunak I/O yang antara lain : 

• Device independece

• Tujuan ini dicapai dengan membangun lapisan bawah perangkat lunak sistem I/O, yaitu interupt handler dan device driver sehingga lapisan perangkat lunak I/O diatasnya tidak membutuhkan pengetahuan tentang rincian operasi peranti I/O yang beragam.

• Uniform naming

• Tujuan lain yang hendak dicapai adalah penamaan yang seragam untuk berkas yang disimpan di berbagai jenis media penyimpanan yang berbeda.

• Error handling

• Tujuan lain yang ingin dicapai adalah bagaimana menangani kesalahan, terutama kesalahan baca yang ditemui pada operasi I/O. Kesalahan ditangani pada semua lapisan perangkat lunak system I/O. Jika device controller masih menemukan kesalahan data, maka ditingkat ini juga kesalahan akan dikoreksi. Jika setelah itu masih ditemukan adanya kesalahan, maka device driver juga turut berperan dalam mengoreksi kesalahan baca yang terjadi.

• Transfer sinkron vs asinkron

• Suatu operasi dikatakan sinkron apabila operasi tersebut dapat melanjutkan eksekusinya hanya setelah permintaannya terpnuhi. Dan pada operasi asinkron operasi tersebut dapat berjalan sekalipun permintaannya masih belum terpenuhi atau masih diproses.

• Pada transfer data asinkron, prosesor memulai transfer data dan menjalankan proses lainnya sampai mendapat sinyal bahwa operasi transfer data sudah selesai. Kebanyakan peranti I/O menggunakan transfer data asikron. Pada transfer sinkron, prosesor akan berhenti sampai data yag diperlukan tersedia di buffer memori.

• Shareable vs dedicated device

• Suatu peranti I/O dikatakan shareable jika dapat digunakan oleh beberapa pengguna pada saat bersamaan.

• Sebaliknya pada peranti I/O dedicated, hanya satu pengguna yang dapat menggunakan peranti I/O pada suatu waktu sampai tugasnya selesai.

• Komponen perangkat lunak system I/O pada system computer, yaitu : interrupt handler, device driver dan kernel I/O.

• Lapisan interupt handler: bertujuan untuk mencapai operasi I/O yang asinkron. Lapisan perangkat lunak ini menangani terjadinya interupsi dan pengalihan eksekusi ke rutin penanganan iterupsi, interrupt handler, yang bersesuaian.

• Lapisan device driver

• Lapisan device driver membantu perangkat lunak system I/O untuk mencapai ketidaktergantungan dengan keberagaman peranti I/O. Jadi setiap device controller akan ditangani oleh suatu device driver yang khusus.

• Lapisan pustaka I/O aplikasi

• Lapisan ini mengimplementasi pustaka pengaksesan I/O atau API (aplication programming interface) bagi aplikasi untuk melakukan operasi I/O.

MANAJEMEN DEVICE

• Manajemen device memiliki fungsi – fungsi yng diimplementasikan pada lapisa kernel I/O. Fungsi – fungsi tersebut adalah :

• 1. Scheduling

• Salah satu fungsi manajemen device yang melakukan penjadwalan penggunaan suatu peranti I/O. Jika suatu proses akan menggunakan suatu peranti I/O maka proses tersebut akan melakukan system call kepada system operasi. Kernel I/O bertugas untuk melakukan penjadwalan I/O request jika peranti I/O sudah menyelesaikan I/O request sebelumnya.

• 2. Buffering

• Yaitu menampung sementara data operasi I/O, baik operasi baca ataupun tulis di memori utama. Pada mekanisme buffering, data yang hendak dibaca atau ditulis ke peranti I/O disalin ke memori utama sebelum dipindahkan ke tujuan akhirnya. Beberapa keuntungan dari mekanisme buffering adalah:

• A. Mengatasi perbedaan kecepatan antar peranti I/O

• B. Mengatasi perbedaan banwith transfer antar peranti I/O

• C. Mempertahankan semantic penyalinan data

• 3. Caching

• Caching merupakan salah satu kunci dalam meningkatkan kecepatan pengaksesan peranti I/O.

• Pada mekanisme caching, data yang akan diakses dari peranti I/O akan disalin ke memori utama dan disebut dengan cache memory, bahkan sebelum data tersebut akan digunakan oleh proses.

• Pada saat operasi baca terhadap operasi I/O maka kernel I/O akan memeriksa apakan data yang hendak dibaca sudah ada di cache memory. Jika sudah ada maka data akan diambil dari memori, cache memory tanpa harus membaca dari peranti I/O lagi. Pengaksesan peran I/O hanya terjadi jika data yang hendak diakses ternyata belum ada di cache memory.

• 4. Spooling

• Pada mekanisme spooping setiap proses akan tetap mengirimkan data ke piranti I/O bersangkutan sehingga prosesnya sendiri tidak blocked. Tapi karena piranti I/O -nya sedang sibuk maka kernel I/O akan menampung dahulu data yang akan dikirimkan ke piranti I/O dan menempatkannya dalam suatu antrian. Jika piranti I/O -nya sudah tidak sibuk maka data yang telah di spooling oleh kernel I/O tidak akan hilang.

• 5. Device reservation• Karena kebanyakan pemakaian piranti I/O bersifat eksklusif

maka kernel I/O juga harus memastikan selama pengaksesan piranti I/O oleh suatu proses, tidak ada intervensi dari proses lainnya. Krnel I/O bertanggung jawab memelihara dan mengaudit status serta pemakaian suatu piranti I/O sehingga tidak terjadi pemakaian yang tumpang tindih. Selain itu, kernel I/O memastikan pemakaian dan reservasi suatu piranti I/O tidak membuat kondisi deadlock terhadap system computer.

• Error handling

• Pada operasi I/O, data dapat rusak di piranti I/O ataupun selama proses pengiriman. Kernel bertugas pula menangani kerusakan – kerusakan data yang masih dapat diperbaiki. Selain itu, pengiriman data I/O amatlah rentan terhadap kesalahan. Kernel I/O bertugas untuk memulihkan keadaan yang bermasalah dan mencatat atau melaporkan kesalahan kepada pengguna.

TERIMA KASIH