DMA & memahami interface yang ada pada aplikasi I/O

DMA

Definisi

DMA adalah sebuah prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO).


Gambar 6-2. DMA Interface.

Transfer DMA

Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan/ destinasi transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke DMA controller, sehingga DMA controller dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU.

Tiga langkah dalam transfer DMA:

1. Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyedia kan data-data dari device, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang di transfer.

2. DMA controller memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.

3. DMA controller meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya.

Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama adalah metode yang sangat baku dan simple disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena DMA controller memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam progres, sistem mikroprosessor di-set idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer.

Metode yang kedua, mengikut-sertakan DMA controller untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena DMA controller harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka.



Gambar 6-3. DMA Controller.

Handshaking

Proses handshaking antara DMA controller dan device controller dilakukan melalui sepasang kabel yang disebut DMA-request dan DMA-acknowledge. Device controller mengirimkan sinyal melalui DMA-request ketika akan mentransfer data sebanyak satu word. Hal ini kemudian akan mengakibatkan DMA controller memasukkan alamat-alamat yang dinginkan ke kabel alamat memori, dan mengirimkan sinyal melalui kabel DMA-acknowledge. Setelah sinyal melalui kabel DMA-acknowledge diterima, device controller mengirimkan data yang dimaksud dan mematikan sinyal pada DMA-request.

Hal ini berlangsung berulang-ulang sehingga disebut handshaking. Pada saat DMA controller mengambil alih memori, CPU sementara tidak dapat mengakses memori (dihalangi), walau pun masih dapat mengaksees data pada cache primer dan sekunder. Hal ini disebut cycle stealing, yang walau pun memperlambat komputasi CPU, tidak menurunkan kinerja karena memindahkan pekerjaan data transfer ke DMA controller meningkatkan performa sistem secara keseluruhan.

Cara-cara Implementasi DMA

Dalam pelaksanaannya, beberapa komputer menggunakan memori fisik untuk proses DMA , sedangkan jenis komputer lain menggunakan alamat virtual dengan melalui tahap "penerjemahan" dari alamat memori virtual menjadi alamat memori fisik, hal ini disebut direct virtual-memory address atau DVMA.

Keuntungan dari DVMA adalah dapat mendukung transfer antara dua memory mapped device tanpa intervensi CPU.

Interface Aplikasi I/O

Ketika suatu aplikasi ingin membuka data yang ada dalam suatu disk, sebenarnya aplikasi tersebut harus dapat membedakan jenis disk apa yang akan diaksesnya. Untuk mempermudah pengaksesan, sistem operasi melakukan standarisasi cara pengaksesan pada peralatan I/O. Pendekatan inilah yang dinamakan interface aplikasi I/O.

Interface aplikasi I/O melibatkan abstraksi, enkapsulasi, dan software layering. Abstraksi dilakukan dengan membagi-bagi detail peralatan-peralatan I/O ke dalam kelas-kelas yang lebih umum. Dengan adanya kelas-kelas yang umum ini, maka akan lebih mudah untuk membuat fungsi-fungsi standar (interface) untuk mengaksesnya. Lalu kemudian adanya device driver pada masing-masing peralatan I/O, berfungsi untuk enkapsulasi perbedaan-perbedaan yang ada dari masing-masing anggota kelas-kelas yang umum tadi. Device driver mengenkapsulasi tiap -tiap peralatan I/O ke dalam masing-masing 1 kelas yang umum tadi (interface standar). Tujuan dari adanya lapisan device driver ini adalah untuk menyembunyikan perbedaan-perbedaan yang ada pada device controller dari subsistem I/O pada kernel. Karena hal ini, subsistem I/O dapat bersifat independen dari hardware.

Karena subsistem I/O independen dari hardware maka hal ini akan sangat menguntungkan dari segi pengembangan hardware. Tidak perlu menunggu vendor sistem operasi untuk mengeluarkan support code untuk hardware-hardware baru yang akan dikeluarkan oleh vendor hardware.

Peralatan Block dan Karakter

Peralatan block diharapkan dapat memenuhi kebutuhan akses pada berbagai macam disk drive dan juga peralatan block lainnya. Block device diharapkan dapat memenuhi/mengerti perintah baca, tulis dan juga perintah pencarian data pada peralatan yang memiliki sifat random-access.

Keyboard adalah salah satu contoh alat yang dapat mengakses stream-karakter. System call dasar dari interface ini dapat membuat sebuah aplikasi mengerti tentang bagaimana cara untuk mengambil dan menuliskan sebuah karakter. Kemudian pada pengembangan lanjutannya, kita dapat membuat library yang dapat mengakses data/pesan per-baris.

Peralatan Jaringan

Karena adanya perbedaan dalam kinerja dan pengalamatan dari jaringan I/O, maka biasanya sistem operasi memiliki interface I/O yang berbeda dari baca, tulis dan pencarian pada disk. Salah satu yang banyak digunakan pada sistem operasi adalah interface socket.

Socket berfungsi untuk menghubungkan komputer ke jaringan. System call pada socket interface dapat memudahkan suatu aplikasi untuk membuat local socket, dan menghubungkannya ke remote socket. Dengan menghubungkan komputer ke socket, maka komunikasi antar komputer dapat dilakukan.

Jam dan Timer

Adanya jam dan timer pada hardware komputer, setidaknya memiliki tiga fungsi, memberi informasi waktu saat ini, memberi informasi lamanya waktu sebuah proses, sebagai trigger untuk suatu operasi pada suatu waktu. Fungsi fungsi ini sering digunakan oleh sistem operasi. Sayangnya, system call untuk pemanggilan fungsi ini tidak di-standarisasi antar sistem operasi Hardware yang mengukur waktu dan melakukan operasi trigger dinamakan programmable interval timer. Dia dapat di set untuk menunggu waktu tertentu dan kemudian melakukan interupsi. Contoh penerapannya ada pada scheduler, dimana dia akan melakukan interupsi yang akan memberhentikan suatu proses pada akhir dari bagian waktunya.

Perangkat Keras I/O

Perangkat Keras I/O

Secara umum, terdapat beberapa jenis seperti device penyimpanan (disk, tape), transmission device (network card, modem), dan human-interface device (screen, keyboard, mouse). Device tersebut dikendalikan oleh instruksi I/O. Alamat-alamat yang dimiliki oleh device akan digunakan oleh direct I/O instruction dan memory-mapped I/O.

Beberapa konsep yang umum digunakan ialah port, bus (daisy chain/ shared direct access), dan controller (host adapter). Port adalah koneksi yang digunakan oleh device untuk berkomunikasi dengan mesin. Bus adalah koneksi yang menghubungkan beberapa device menggunakan kabel-kabel. Controller adalah alat-alat elektronik yang berfungsi untuk mengoperasikan port, bus, dan device.

Langkah yang ditentukan untuk device adalah command-ready, busy, dan error. Host mengeset command-ready ketika perintah telah siap untuk dieksekusi oleh controller. Controller mengeset busy ketika sedang mengerjakan sesuatu, dan men clear busy ketika telah siap untuk menerima perintah selanjutnya. Error diset ketika terjadi kesalahan.

Polling

Busy-waiting/ polling adalah ketika host mengalami looping yaitu membaca status register secara terus-menerus sampai status busy di-clear. Pada dasarnya polling dapat dikatakan efisien. Akan tetapi polling menjadi tidak efisien ketika setelah berulang-ulang melakukan looping, hanya menemukan sedikit device yang siap untuk men-service, karena CPU processing yang tersisa belum selesai.



Interupsi

Mekanisme Dasar Interupsi

Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah controller telah mengirimkan sebuah sinyal ke interrupt request line (membangkitkan sebuah interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi mengenai state terkini CPU--contohnyanilai instruksi pointer, dan memanggil interrupt handler agar handler tersebut dapat melayani controller atau alat yang mengirim interupsi tersebut.

Fitur Tambahan pada Komputer Modern

Pada arsitektur komputer modern, tiga fitur disediakan oleh CPU dan interrupt controller (pada perangkat keras) untuk dapat menangani interrupsi dengan lebih bagus. Fitur-fitur ini antara lain adalah kemampuan menghambat sebuah proses interrupt handling selama prosesi berada dalam critical state, efisiensi penanganan interupsi sehingga tidak perlu dilakukan polling untuk mencari device yang mengirimkan interupsi, dan fitur yang ketiga adalah adanya sebuah konsep multilevel interupsi sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi (diimplementasikan dengan interrupt priority level system).

Pengenalan Internet


Apa itu Internet

Media Informasi tanpa batas yang belakangan populer dengan sebutan Cyberspace, seperti halnya dunia nyata (ada hitam-putihnya), didunia maya juga ada hal positif dan negatifnya. Internet bisa memberikan informasi yang sifatnya mendidik, positif dan bermanfaat bagi kemaslahatan ummat manusia, tapi juga bisa dijadikan sebagai lahan kejelekan dan kemaksiatan. Hanya moral, mental, etika dan keimanan masing-masinglah yang menentukan batas-batasnya.

Interconnected Network - atau yang lebih populer dengan sebutan Internet - adalah sebuah sistem komunikasi global yang menghubungkan komputer-komputer dan jaringan-jaringan komputer di seluruh dunia. Setiap komputer dan jaringan terhubung, secara langsung maupun tidak langsung, ke beberapa jalur utama yang disebut internet backbone dan dibedakan satu dengan yang lainnya menggunakan unique name yang biasa disebut dengan alamat IP 32 bit. Contoh: 202.155.4.230 . Komputer dan jaringan dengan berbagai platform yang mempunyai perbedaan dan ciri khas masing-masing (Unix, Linux, Windows, Mac, dll) bertukar informasi dengan sebuah protokol standar yang dikenal dengan nama TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP/IP tersusun atas 4 layer (network access, internet, host-to-host transport, dan application) yang masing-masing memiliki protokolnya sendiri-sendiri.
Intrarnet - adalah sebuah sistem komunikasi khusus yang menghubungkan komputer-komputer dan jaringan-jaringan komputer yang bersifat lokal. Misalnya : Jaringan di sekolah, gedung perkantoran, dan lain-lain.

Layanan internet memperlihatkan perkembangan yang sangat pesat, karena menawarkan beberapa daya tarik atau keunggulan dibandingkan media lain. Keunggulan tersebut, antara lain:

Komunikasi murah
Sumber informasi besar
Tantangan baru untuk berusaha
Keterbukaan “tanpa sensor”
Jangkauan yang tidak terbatas

Perkembangan Internet



Pada awal dibangunnya, jaringan komputer dimanfaatkan oleh angkatan bersenjata Amerika untuk mengembangkan senjata nuklir. Amerika khawatir jika negaranya diserang maka komunikasi menjadi lumpuh. Untuk itulah mereka mencoba komunikasi dan menukar informasi melalui jaringan komputer. Melalui Proyek ARPA (Advanced Research Project Agency) yang di sebut ARPANET.
Setelah angkatan bersenjata Amerika, dunia pendidikan pun merasa sangat perlu mempelajari dan mengembangkan jaringan komputer. Salah satunya adalah Universitas of California at Los Angeles (UCLA). Akhirnya tahun 1970 internet banyak digunakan di unversitas-universitas di Amerika dan berkembang pesat sampai saat ini. Agar para pengguna komputer dengan merek dan tipe berbeda dapat saling berhubungan, maka para ahli membuat sebuah protokol (semacam bahasa) yang sama untuk dipakai di internet. Namanya TCP (Transmission Control Protocol, bahasa Indonesianya Protokol Pengendali Transmisi) dan IP (Internet Protocol). Kalau di gambarkan dengan kehidupan nyata Protokol itu ibarat Lampu Merah, yang mengatur Lalu lintas kendaraan, dan Protokol sesungguhnya mengatur lalu lintas informasi atau data .
Didalam Internet ada Istilah Web Site disebut juga site, situs, situs web atau Portal . Merupakan Kumpulan halaman web yang berhubungan antara satu dengan yang lainnya. Halaman pertama web disebut dengan Homepage. Sedangkan halaman demi halaman secara mandiri disebut dengan Web Page.

Sebuah komputer dapat terhubung dengan komputer lainnya melalui suatu jaringan atau yang biasa di sebut dengan Network. Jaringan ini dimulai dari yang sangat sederhana hingga yang paling kompleks. Untuk menghubungkan sebuah Komputer ke dalam jaringan Internet, maka harus menggunakan layanan khusus yang disebut ISP (Internet Service Provider). Di Indonesia banyak Perusahaan-perusahaan pelayanan Jasa Internet (ISP) antara lain; PT. Telkom, PT. Indosat, IDOLA dan masih banyak lagi. Nah agar Komputermu bisa terkoneksi internet kamu harus mendaftarkan diri ke ISP sesuai dengan ISP yang ada di kota tempat tinggalmu. Jika ingin mengakses Internet tanpa mendaftar diri terlebih dahulu, bisa menggunakan akses instant yang di sediakan oleh Telkom, sehingga biaya ISP-nya bisa di padukan langsung lewat biaya telepon tersebut. Selain itu, ada teknologi lain yang di tawarkan tanpa dikenakan biaya pulsa telpon, yaitu dengan mengunakan ISP yang menyediakan layanan lewat Wireless ataupun gelombang Radio.