Pertemuan 5: Sistem I/O dan Interupsi

Sub-CPMK 2.3 - Menguraikan Mekanisme Sistem Input/Output

Jenis

Teori

SKS

3 (2 Teori + 1 Praktikum)

Sub-CPMK

2.3

Tools

Simulator Interupsi

Tujuan Pembelajaran

Memahami arsitektur sistem I/O

Komponen dan mekanisme transfer data antara CPU dan perangkat I/O

Menguasai konsep interupsi

Jenis-jenis interupsi dan mekanisme handling-nya

Implementasi DMA

Direct Memory Access untuk transfer data efisien

Simulasi sistem I/O

Praktikum dengan simulator interupsi dan I/O handling

Teori: Sistem I/O

Arsitektur Sistem I/O

Sistem I/O menghubungkan CPU dengan perangkat eksternal melalui mekanisme yang terkoordinasi.

Diagram Sistem I/O

CPU

Processor

Memory

Main Memory

I/O Controller

Device Interface

Peripheral

I/O Devices

Bus System: Data Bus, Address Bus, Control Bus

Jenis-jenis Interupsi

🔄

Hardware Interrupt

Dibangkitkan oleh perangkat keras eksternal (keyboard, mouse, disk)

⚡

Software Interrupt

Dibangkitkan oleh program (system calls, exceptions)

🚨

Exception

Kesalahan proses (division by zero, page fault)

⏰

Timer Interrupt

Dibangkitkan oleh timer untuk multitasking

Interrupt Handling Process

Interrupt Occurs - Perangkat mengirim sinyal interupsi
Finish Current Instruction - CPU menyelesaikan instruksi saat ini
Save Context - Menyimpan state program yang sedang berjalan
Identify Interrupt - Mengidentifikasi sumber interupsi
Execute ISR - Menjalankan Interrupt Service Routine
Restore Context - Mengembalikan state program sebelumnya
Resume Execution - Melanjutkan eksekusi program

Simulator Interupsi

CPU & Interrupt Simulator

CPU STATUS

Program Counter

0x0040

Instruction Reg

MOV A, B

Status

RUNNING

Int Mask

0xFF

Interrupt Queue:
No interrupts pending

Generate Interrupt

Priority Level

Current Operation: Ready to simulate...

Interrupt Vector Table

0x00: Divide Error Handler
0x04: Keyboard Interrupt
0x08: Timer Interrupt
0x0C: Disk I/O Handler
0x10: Network Handler

Metode Transfer I/O

Perbandingan berbagai teknik transfer data antara CPU dan perangkat I/O:

Programmed I/O

Low Efficiency

CPU terkontrol penuh terhadap transfer data. CPU menunggu sampai I/O operation selesai.

Simple implementation
High CPU utilization
Suitable for slow devices

Interrupt-Driven I/O

Medium Efficiency

CPU bebas bekerja selama I/O operation, kemudian diinterupsi ketika selesai.

Better CPU utilization
Overhead interrupt handling
Good for medium-speed devices

DMA

High Efficiency

Direct Memory Access - transfer data langsung antara device dan memory tanpa CPU.

Highest efficiency
Complex implementation
Ideal for high-speed devices

Direct Memory Access (DMA)

Mekanisme transfer data langsung antara perangkat I/O dan memory tanpa melibatkan CPU.

I/O Device

Disk/Network

→ DMA Transfer →

Memory

RAM

DMA Operation Steps:

Request: Device meminta DMA transfer
Acknowledge: DMA controller mengakui request
Address Setup: DMA controller setup memory address
Transfer: Data ditransfer langsung ke memory
Completion: DMA menginterupsi CPU ketika selesai

Keuntungan DMA:

Mengurangi beban CPU
Transfer data lebih cepat
Efisiensi bandwidth memory
Mendukung multiple concurrent transfers

Latihan Praktikum

Exercise 1: Interrupt Handling

Gunakan simulator untuk:

Generate 3 interrupts dengan priority berbeda
Perhatikan urutan processing berdasarkan priority
Analisis perubahan Program Counter dan Status Register

Exercise 2: I/O Method Analysis

Bandingkan tiga metode I/O untuk scenario berikut:

Transfer file 1MB dari disk ke memory
Keyboard input setiap 100ms
Network packet reception

Exercise 3: DMA Configuration

Rancang DMA setup untuk:

Video card memory transfer
Network interface card
Audio device buffer

Exercise 4: Interrupt Priority

Analisis skenario interrupt conflict:

Timer interrupt vs Disk I/O interrupt
Network packet vs Keyboard input
Error handling vs Normal operation