Manajemen I/O - Sistem Operasi PDF

SISTEM OPERASI S1 PENDIDIKAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Pengenalan materi Manajemen I/O Outline Klasifikasi Input/Output Interkoneksi antar I/O Teknik manajemen I/O Definisi Perangkat I/O ▪Perangkat I/O (Input/Output) adalah komponen penting dari si...

SISTEM OPERASI S1 PENDIDIKAN TEKNOLOGI INFORMASI UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA Pengenalan materi Manajemen I/O Outline Klasifikasi Input/Output Interkoneksi antar I/O Teknik manajemen I/O Definisi Perangkat I/O ▪Perangkat I/O (Input/Output) adalah komponen penting dari sistem komputer yang berfungsi sebagai media penghubung antara komputer dan lingkungan eksternal. ▪Perangkat I/O memungkinkan komputer untuk menerima data dari pengguna atau lingkungan (input) dan mengirimkan informasi ke pengguna atau perangkat lain (output). ▪Perangkat I/O melibatkan berbagai mekanisme untuk berinteraksi dengan CPU dan memori, termasuk penggunaan driver, interrupts, dan teknik manajemen data. ▪Sebagian besar kode dalam OS dikhususkan untuk melakukan manajemen I/O. Karena pentingnya kinjerjadi dari sistem mengingat banyaknya perangkat I/O/ Sumber: Operating System Concepts oleh Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin, dan Greg Gagne Perangkat I/O Bentuk umum dari sistem computer modern terdiri dari CPU, memory dan berbagai macam controller yang terhubung bersama dengan bus. Dalam sistem operasi, setiap controller perangkat memiliki driver. Karena input ouput itu banyak maka supaya controller dapat berinteraksi memerlukan driver. Driver yang biasanya kita install di PC ketika kita menghubungkan suatu perangkat baru. Operasi I/O Bentuk umum dari sistem computer modern terdiri dari CPU, memory dan berbagai macam controller yang terhubung bersama dengan bus. Dalam sistem operasi, setiap controller perangkat memiliki driver. Karena input ouput itu banyak maka supaya controller dapat berinteraksi Operasi I/O Klasifikasi Perangkat I/O Berdasarkan Fungsi Operasi 1. Perangkat Input: Mengambil data dari lingkungan eksternal dan mengirimkannya ke sistem komputer, misalnya keyboard, mouse, dan scanner. 2. Perangkat Output: Mengirimkan data dari sistem komputer ke lingkungan eksternal, misalnya monitor, printer, dan speaker. 3. Perangkat Input/Output: Beberapa perangkat dapat berfungsi baik sebagai input maupun output, seperti harddisk Klasifikasi Perangkat I/O Berdasarkan Mode Transfer Data: 1. Perangkat Block: Perangkat yang mentransfer data dalam blok besar yang ukurannya tetaap. biasanya digunakan untuk penyimpanan, seperti hard disk dan SSD. 2. Perangkat Character/Stream: Perangkat yang mentransfer data sebagai aliran karakter atau byte, seperti keyboard dan mouse. Data dikirimkan satu per satu sesuai dengan masukan pengguna. Klasifikasi Perangkat I/O Berdasarkan keterbacaannya 1. Human readable: komunikasi dengan manusia, contoh: monitor, keyboard, mouse 2. Machine readable: komunikasi dengan perangkat elektronik, contoh: sensor, controller 3. Communication: komunikasi dengan perangkat jarak jauh, contoh: modem Perangkat I/O I/O unit terdiri atas komponen: 1. Electronic: device controller (chip, circuit-card dalam PCI) dimana skala elektronik ini untuk menggabungkannya harus diembeded. 2. Mechanical: device I/O (monitor, keyboard, USB printer) Kecepatan transfer data perangkat I/O Definisi Manajemen I/O Manajemen I/O, sering disebut device manager, adalah bagian dari sistem operasi yang bertugas mengatur komunikasi antara perangkat keras (seperti disk, keyboard, printer) dan perangkat lunak. Tujuan utama dari manajemen I/O adalah untuk memastikan operasi I/O berjalan efisien, mengurangi waktu tunggu, dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan dengan meminimalkan bottleneck dalam transfer data. Fungsi Manajemen I/O 1. Mengirim perintah ke perangkat I/O agar menyediakan layanan. 2. Menangani kesalahan 3. Menangani interupsi perangkat Iada perangkat I/O 4. Menyediakan interface ke user Teknik Manajemen I/O 1. Polling IO 2. Interupts IO 3. Direct Memory Access Polling I/O Polling I/O adalah metode yang digunakan oleh CPU untuk mengelola komunikasi dengan perangkat I/O (Input/Output) melalui pemantauan atau pemeriksaan rutin. Dalam polling, CPU secara berkala memeriksa status perangkat untuk mengetahui apakah perangkat siap untuk menerima atau mengirim data. Ini dilakukan tanpa interupsi, sehingga CPU terus memeriksa perangkat dalam suatu siklus. Polling I/O 1.Memeriksa Status Perangkat. CPU mengirimkan instruksi untuk membaca status perangkat I/O. Misalnya, CPU memeriksa apakah buffer perangkat input sudah berisi data atau apakah perangkat output siap menerima data. 2.Menunggu Kesiapan Perangkat. Jika perangkat belum siap (misalnya, tidak ada data yang tersedia di buffer), CPU akan memeriksa lagi setelah interval tertentu. 3.Melanjutkan Operasi. Ketika perangkat siap, CPU mengakses perangkat tersebut dan melakukan operasi (membaca atau menulis data). 4.Mengulangi Proses. CPU kembali memulai proses polling untuk perangkat yang sama atau perangkat lain. Polling I/O terus dilakukan dalam loop, menyebabkan CPU "menunggu aktif" (busy-waiting) hingga perangkat siap. Hal ini mengakibatkan CPU tidak dapat mengerjakan tugas lain selama waktu tersebut. Polling I/O Contoh : Terdapat perangkat input yaitu Keyboard, CPU memeriksa secara berkala untuk melihat apakah ada tombol yang ditekan. ◦ Jika tombol ditekan, CPU kemudian membaca data dari keyboard. ◦ Jika tidak, CPU terus memeriksa hingga ada aktivitas dari keyboard. Polling tidak efisien untuk sistem dengan banyak perangkat. Interrupt I/O Interrupt I/O adalah metode di mana perangkat I/O mengirim sinyal interupsi ke CPU saat perangkat tersebut siap untuk mengirim atau menerima data, sehingga CPU tidak perlu terus- menerus memeriksa status perangkat (seperti dalam metode polling). Dengan cara ini, CPU bisa mengerjakan tugas lain sementara menunggu perangkat I/O siap. Interrupt I/O 1. Inisiasi Operasi. CPU memulai operasi dengan mengirimkan permintaan ke perangkat I/O untuk melakukan tugas tertentu, seperti membaca atau menulis data. 2. Menunggu Interupsi. Setelah memulai operasi, CPU melanjutkan tugas lain dan tidak memeriksa status perangkat I/O. 3. Interupsi dari Perangkat. Ketika perangkat I/O selesai dengan tugas atau siap untuk menerima data, perangkat tersebut mengirim sinyal interupsi ke CPU. 4. Menangani Interupsi. CPU menghentikan tugas yang sedang dikerjakan sementara dan memproses interupsi dengan menjalankan Interrupt Service Routine (ISR), yaitu kode yang dirancang khusus untuk menangani interupsi tersebut. 5. Melanjutkan Tugas Awal. Setelah interupsi selesai ditangani, CPU kembali ke tugas yang sempat dihentikan. Interrupt I/O Ketika data diketik pada keyboard, keyboard tidak terus-menerus memeriksa apakah CPU siap membaca data (seperti pada polling). Sebaliknya, saat tombol ditekan, keyboard mengirimkan sinyal interupsi ke CPU. CPU kemudian berhenti sejenak untuk memproses masukan dari keyboard dan kembali melanjutkan tugasnya setelah selesai. Polling I/O vs Interrupt I/O ▪Interrupt I/O: CPU hanya berhenti ketika perangkat mengirimkan sinyal interupsi, sehingga lebih efisien dan memungkinkan CPU menjalankan tugas lain. ▪Polling I/O: CPU secara berkala memeriksa status perangkat, menyebabkan pemborosan siklus CPU, terutama jika perangkat lambat. Direct Memory Access Direct Memory Access (DMA) adalah teknik dalam sistem komputer yang memungkinkan perangkat I/O mengakses memori utama secara langsung tanpa keterlibatan langsung dari CPU selama transfer data. DMA memungkinkan transfer data yang lebih cepat dan efisien, terutama untuk perangkat yang membutuhkan volume transfer data besar, seperti hard disk, kartu jaringan, dan kartu grafis. Ilustrasi DMA - Disk DMA DMA bekerja dengan cara mengalihkan kontrol transfer data dari CPU ke DMA controller. DMA controller adalah perangkat khusus yang bertanggung jawab untuk menangani transfer data antara memori dan perangkat I/O. Berikut adalah langkah-langkah dasar dalam operasi DMA: 1.CPU Menginisiasi Transfer. CPU pertama-tama mengirimkan permintaan ke DMA controller untuk memulai transfer data antara perangkat I/O dan memori. 2.DMA Controller Mengambil Alih Kontrol. Setelah diinisiasi, DMA controller mengambil alih tugas transfer data dari CPU. CPU kemudian bebas untuk melakukan tugas lain tanpa terganggu oleh proses transfer data. 3.Transfer Data Langsung. DMA controller melakukan transfer data langsung antara perangkat I/O dan memori utama, baik untuk membaca data dari perangkat atau menulis data ke perangkat. Transfer ini dilakukan melalui bus tanpa keterlibatan CPU. 4.Mengirim Sinyal Interupsi ke CPU. Setelah transfer selesai, DMA controller mengirim sinyal interupsi ke CPU untuk memberi tahu bahwa operasi DMA telah selesai. CPU kemudian melanjutkan tugas selanjutnya, seperti memproses data yang baru ditransfer. Mode Operasi DMA 1. Burst Mode: DMA controller mentransfer seluruh blok data dalam satu kali jalan, menggunakan bus memori terus-menerus hingga selesai. Mode ini cepat tetapi bisa menyebabkan bus blocking, di mana perangkat lain harus menunggu hingga transfer selesai. 2. Cycle Stealing Mode: DMA controller mentransfer data satu siklus pada satu waktu, memberi akses pada perangkat lain selama periode transfer. Ini lebih lambat daripada burst mode, tetapi mengurangi blocking pada bus. 3. Transparent Mode: Transfer DMA terjadi hanya saat CPU tidak memerlukan bus, sehingga DMA tidak mengganggu operasi CPU. Mode ini paling lambat, tetapi ideal untuk sistem dengan kebutuhan real-time yang ketat. DMA Perangkat yang biasanya memanfaatkan DMA: Hard Disk: Membaca dan menulis data ke memori dengan cepat tanpa keterlibatan CPU. Kartu Jaringan (Network Cards). Memindahkan data jaringan langsung ke memori sistem untuk mengurangi beban CPU. Kartu Grafis (GPU): Menggunakan DMA untuk transfer data grafis antara memori dan kartu grafis dengan cepat. Polling I/O Tugas 1. Jika Anda sudah berhasil melakukan instalasi driver dari suatu perangkat, apakah perangkat tersebut sudah menjadi bagian dari sistem operasi? Jelaskan jawaban Anda dengan argument dan referensi 2. Buat mindmap konsep Manajemen I/O supaya lebih memperdalam pemahaman Anda. 3. Dikumpulkan dalam bentuk PDF di LMS H-1 pembelajaran di kelas 4. Didiskusikan bersama, terdapat poin tambahan untuk yang menjelaskan di depan. Terima Kasih