INTERUPSI

Interupsi

Mekanisme Dasar Interupsi

Ketika CPU mendeteksi bahwa sebuah controller telah mengirimkan sebuah sinyal keinterrupt request line (membangkitkan sebuah interupsi), CPU kemudian menjawab interupsi tersebut (juga disebut menangkap interupsi) dengan menyimpan beberapa informasi mengenai state terkini CPU--contohnya nilai 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 prosesinterrupt 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 multilevelinterupsi sedemikian rupa sehingga terdapat prioritas dalam penanganan interupsi (diimplementasikan dengan interrupt priority level system).

Interrupt Request Line

Pada peranti keras CPU terdapat kabel yang disebut interrupt request line, kebanyakan CPU memiliki dua macam interrupt request line, yaitu nonmaskable interrupt dan maskable interrupt. Maskable interrupt dapat dimatikan/ dihentikan oleh CPU sebelum pengeksekusian deretan critical instruction (critical instruction sequence) yang tidak boleh diinterupsi. Biasanya, interrupt jenis ini digunakan olehdevice controller untuk meminta pelayanan CPU.

Interrupt Vector dan Interrupt Chaining

Sebuah mekanisme interupsi akan menerima alamat interrupt handling routine yang spesifik dari sebuah set, pada kebanyakan arsitektur komputer yang ada sekarang ini, alamat ini biasanya berupa sekumpulan bilangan yang menyatakan offset pada sebuah tabel (biasa disebut interrupt vector). Tabel ini menyimpan alamat-alamatinterrupt handler spesifik di dalam memori. Keuntungan dari pemakaian vektor adalah untuk mengurangi kebutuhan akan sebuah interrupt handler yang harus mencari semua kemungkinan sumber interupsi untuk menemukan pengirim interupsi.
Akan tetapi, interrupt vector memiliki hambatan karena pada kenyataannya, komputer yang ada memiliki device (dan interrupt handler) yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah alamat pada interrupt vector. Karena itulah, digunakanlah teknik interrupt chaining dimana setiap elemen dari interrupt vectormenunjuk/ merujuk pada elemen pertama dari sebuah daftar interrupt handler. Dengan teknik ini, overhead yang dihasilkan oleh besarnya ukuran tabel dan inefisiensi dari penggunaan sebuah interrupt handler (fitur pada CPU yang telah disebutkan sebelumnya) dapat dikurangi, sehingga keduanya menjadi kurang lebih seimbang.

Penyebab Interupsi

Interupsi dapat disebabkan berbagai hal, antara lain exception, page fault, interupsi yang dikirimkan oleh device controllers, dan system call Exception adalah suatu kondisi dimana terjadi sesuatu/ dari sebuah operasi didapat hasil tertentu yang dianggap khusus sehingga harus mendapat perhatian lebih, contoh nya pembagian dengan 0 (nol), pengaksesan alamat memori yang restricted atau bahkan tidak valid, dan lain-lain. System call adalah sebuah fungsi pada aplikasi (perangkat lunak) yang dapat mengeksekusikan instruksi khusus berupa software interrupt atau trap.

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. Sumber: . . .

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 DMAcontroller 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 daridevice, 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, atauBurst 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. Sumber: . . .

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 satuword. 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 DMAcontroller 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 controllermeningkatkan 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।

Klasifikasi perangkat I/O


Perangkat I/O dapat dikelompokkan berdasarkan :
a. Sifat aliran datanya, yang terbagi atas :
a.1 Perangkat berorientasi blok.
    Yaitu menyimpan, menerima, dan mengirim informasi sebagai blok-blok
    berukuran tetap yang berukuran 128 sampai 1024 byte dan memiliki
    alamat tersendiri, sehingga memungkinkan membaca atau menulis blok-
    blok secara independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang
    blok tanpa harus melewati blok-blok lain. Contoh : disk,tape,CD ROM,
    optical disk.
a.2 Perangkat berorientasi aliran karakter.
    Yaitu perangkat yang menerima, dan mengirimkan aliran karakter tanpa
    membentuk suatu struktur blok. Contoh : terminal, line printer, pita
    kertas, kartu-kartu berlubang, interface jaringan, mouse.
b. Sasaran komunikasi, yang terbagi atas :.
b.1 Perangkat yang terbaca oleh manusia.
    Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan manusia.
    Contoh : VDT (video display terminal) : monitor, keyboard, mouse.
b.2 Perangkat yang terbaca oleh mesin.
    Perangkat yang digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat
    elektronik.
    Contoh : Disk dan tape, sensor, controller.
b.3 Perangkat komunikasi.
    Perangkat yang digunakan untuk komunikasi dengan perangkat jarak jauh.
    Contoh : Modem.


Faktor-faktor yang membedakan antar perangkat :
o Kecepatan transmisi data (data rate).
o Jenis aplikasi yang digunakan.
o Tingkat kerumitan dalam pengendalian.
o Besarnya unit yang ditransfer.
o Representasi atau perwujudan data.
o Kondisi-kondisi kesalahan.



7.3 Teknik pemograman perangkat I/O




Terdapat 3 teknik, yaitu :
a. 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.1 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.
a.2 Pengujian.
    Berfungsi memeriksa status perangkat keras berkaitan dengan perangkat
    I/O.
a.3 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.


b. I/O dikendalikan interupsi.
Teknik I/O dituntun interupsi mempunyai mekanisme kerja sebagai berikut :
o Pemroses memberi instruksi ke perangkat I/O kemudian melanjutkan
  melakukan pekerjaan lainnya.
o Perangkat I/O akan menginterupsi meminta layanan saat perangkat telah
  siap bertukar data dengan pemroses.
o Saat menerima interupsi perangkat keras (yang memberitahukan bahwa
  perangkat siap melakukan transfer), pemroses segera mengeksekusi
  transfer data.
Keunggulan :
o Pemroses tidak disibukkan menunggui dan menjaga perangkat I/O untuk
  memeriksa status perangkat.
Kelemahan :
o Rate transfer I/O dibatasi kecepatan menguji dan melayani operasi
  perangkat.
o Pemroses terikat ketat dalam mengelola transfer I/O. Sejumlah intruksi
  harus dieksekusi untuk tiap transfer I/O.


c. 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 :
o Perintah penulisan/pembacaan.
o Alamat perangkat I/O.
o Awal lokasi memori yang ditulis/dibaca.
o 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 :
o Penghematan waktu pemroses.
o Peningkatan kinerja I/O.



7.4 Evolusi fungsi perangkat I/O


Sistem komputer mengalami peningkatan kompleksitas dan kecanggihan
komponen-komponennya, yang sangat tampak pada fungsi-fungsi I/O sebagai
berikut :
a. Pemroses mengendalikan perangkat I/O secara langsung.
Masih digunakan sampai saat ini untuk perangkat sederhana yang
dikendalikan mikroprosessor sehingga menjadi perangkat berintelijen
(inteligent device).
b. Pemroses dilengkapi pengendali I/O (I/O controller).
Pemroses menggunakan I/O terpogram tanpa interupsi, sehingga tak perlu
memperhatikan rincian-rincian spesifik antarmuka perangkat.
c. Perangkat dilengkapi fasilitas interupsi.
Pemroses tidak perlu menghabiskan waktu menunggu selesainya operasi I/O,
sehingga meningkatkan efisiensi pemroses.
d. I/O controller mengendalikan memori secara langsung lewat DMA.
Pengendali dapat memindahkan blok data ke/dari memori tanpa melibatkan
pemroses kecuali diawal dan akhir transfer.
e. Pengendali I/O menjadi pemroses terpisah.
Pemroses pusat mengendalikan.memerintahkan pemroses khusus I/O untuk
mengeksekusi program I/O di memori utama. Pemroses I/O mengambil dan
mengeksekusi intruksi-intruksi ini tanpa intervensi pemroses pusat.
Dimungkinkan pemroses pusat menspesifikasikan barisan aktivitas I/O dan
hanya diinterupsi ketika seluruh barisan intruksi diselesaikan.
f. Pengendali I/O mempunyai memori lokal sendiri.
Perangkat I/O dapat dikendalikan dengan keterlibatan pemroses pusat yang
minimum.


Arsitektur ini untuk pengendalian komunikasi dengan terminal-terminal
interaktif. Pemroses I/O mengambil alih kebanyakan tugas yang melibatkan
pengendalian terminal.
Evolusi bertujuan meminimalkan keterlibatan pemroses pusat, sehingga
pemroses tidak disibukkan dengan tugas I/O dan dapat meningkatkan kinerja
sistem.



7.5 Prinsip manajemen perangkat I/O


Terdapat dua sasaran perancangan I/O, yaitu :
a. Efisiensi.
Aspek penting karena operasi I/O sering menimbulkan bottleneck.
b. Generalitas (device independence).
Manajemen perangkat I/O selain berkaitan dengan simplisitas dan bebas
kesalahan, juga menangani perangkat secara seragam baik dari cara proses
memandang maupun cara sistem operasi mengelola perangkat dan operasi I/O.


Software diorganisasikan berlapis. Lapisan bawah berurusan menyembunyikan
kerumitan perangkat keras untuk lapisan-lapisan lebih atas. Lapisan lebih
atas berurusan memberi antar muka yang bagus, bersih, nyaman dan seragam ke
pemakai.
Masalah-masalah manajemen I/O adalah :
a. Penamaan yang seragam (uniform naming).
Nama berkas atau perangkat adalah string atau integer, tidak bergantung
pada perangkat sama sekali.
b. Penanganan kesalahan (error handling).
Umumnya penanganan kesalahan ditangani sedekat mungkin dengan perangkat
keras.
c. Transfer sinkron vs asinkron.
Kebanyakan I/O adalah asinkron. Pemroses mulai transfer dan mengabaikan
untuk melakukan kerja lain sampai interupsi tiba. Program pemakai sangat
lebih mudah ditulis jika operasi I/O berorientasi blok. Setelah perintah
read, program kemudian ditunda secara otomatis sampai data tersedia di
buffer.
d. Sharable vs dedicated.
Beberapa perangk dapat dipakai bersama seperti disk, tapi ada juga
perangkat yang hanya satu pemakai yang dibolehkan memakai pada satu saat.
Contoh : printer.



7.6 Hirarki manajemen perangkat I/O


Hirarki manajemen perangkat I/O :
a. Interrupt handler.
Interupsi harus disembunyikan agar tidak terlihat rutin berikutnya.
Device driver di blocked saat perintah I/O diberikan dan menunggu
interupsi. Ketika interupsi terjadi, prosedur penanganan interupsi
bekerja agar device driver keluar dari state blocked.


b. Device drivers.
Semua kode bergantung perangkat ditempatkan di device driver. Tiap device
driver menangani satu tipe (kelas) perangkat dan bertugas menerima
permintaan abstrak perangkat lunak device independent diatasnya dan
melakukan layanan permintaan.
Mekanisme kerja device driver :
o Menerjemahkan perintah abstrak menjadi perintah konkret.
o Setelah ditentukan perintah yang harus diberikan ke pengendali, device
  driver mulai menulis ke register-register pengendali perangkat.
o Setelah operasi selesai dilakukan perangkat, device driver memeriksa
  status kesalahan yang terjadi.
o Jika berjalan baik, device driver melewatkan data ke perangkat lunak
  device independent.
o Kemudian device driver melaporkan status operasinya ke pemanggil.


c. Perangkat lunak device independent.
Bertujuan membentuk fungsi-fungsi I/O yang berlaku untuk semua perangkat
dan memberi antarmuka seragam ke perangkat lunak tingkat pemakai.
Fungsi-fungsi lain yang dilakukan :
o Sebagai interface seragam untuk seluruh device driver.
o Penamaan perangkat.
o Proteksi perangkat.
o Memberi ukuran blok perangkat agar bersifat device independent.
o Melakukan buffering.
o Alokasi penyimpanan pada block devices.
o Alokasi dan pelepasan dedicated devices.
o Pelaporan kesalahan.


d. Perangkat lunak level pemakai.
Kebanyakan perangkat lunak I/O terdapat di sistem operasi. Satu bagian
kecil berisi pustaka-pustaka yang dikaitkan pada program pemakai dan
berjalan diluar kernel. System calls I/O umumnya dibuat sebagai prosedur-
prosedur pustaka. Kumpulan prosedur pustaka I/O merupakan bagian sistem
I/O. Tidak semua perangkat lunak I/O level pemakai berupa prosedur-
prosedur pustaka. Kategori penting adalah sistem spooling. Spooling
adalah cara khusus berurusan dengan perangkat I/O yang harus
didedikasikan pada sistem multiprogramming.



7.7 Buffering I/O


Buffering adalah melembutkan lonjakan-lonjakan kebutuhan pengaksesan I/O,
sehingga meningkatkan efisiensi dan kinerja sistem operasi.
Terdapat beragam cara buffering, antar lain :
a. Single buffering.
Merupakan teknik paling sederhana. Ketika proses memberi perintah untuk
perangkat I/O, sistem operasi menyediakan buffer memori utama sistem
untuk operasi.
Untuk perangkat berorientasi blok.
Transfer masukan dibuat ke buffer sistem. Ketika transfer selesai,
proses memindahkan blok ke ruang pemakai dan segera meminta blok lain.
Teknik ini disebut reading ahead atau anticipated input. Teknik ini
dilakukan dengan harapan blok akan segera diperlukan. Untuk banyak tipe
komputasi, asumsi ini berlaku. Hanya di akhir pemrosesan maka blok yang
dibaca tidak diperlukan.
Keunggulan :
Pendekatan in umumnya meningkatkan kecepatan dibanding tanpa buffering.
Proses pemakai dapat memproses blok data sementara blok berikutnya sedang
dibaca. Sistem operasi dapat menswap keluar proses karena operasi
masukan berada di memori sistem bukan memori proses pemakai.
Kelemahan :
o Merumitkan sistem operasi karena harus mencatat pemberian buffer-buffer
  sistem ke proses pemakai.
o Logika swapping juga dipengaruhi. Jika operasi I/O melibatkan disk
  untuk swapping, maka membuat antrian penulisan ke disk yang sama yang
  digunakan untuk swap out proses. Untuk menswap proses dan melepas
  memori  utama tidak dapat dimulai sampai operasi I/O selesai, dimana
  waktu swapping ke disk tidak bagus untuk dilaksanakan.
Buffering keluaran serupa buffering masukan. Ketika data transmisi, data
lebih dulu dikopi dari ruang pemakai ke buffer sistem. Proses pengirim
menjadi bebas untuk melanjutkan eksekusi berikutnya atau di swap ke disk
jika perlu.
Untuk perangkat berorientasi aliran karakter.


Single buffering dapat diterapkan dengan dua mode, yaitu :
o Mode line at a time.
  Cocok untuk terminal mode gulung (scroll terminal atau dumb terminal).
  Masukan pemakai adalah satu baris per waktu dengan enter menandai akhir
  baris. Keluaran terminal juga serupa, yaitu satu baris per waktu.
  Contoh mode ini adalah printer.
  Buffer digunakan untuk menyimpan satu baris tunggal. Proses pemakai
  ditunda selama masukan, menunggu kedatangan satu baris seluruhnya.
  Untuk keluaran, proses pemakai menempatkan satu baris keluaran pada
  buffer dan melanjutkan pemrosesan. Proses tidak perlu suspend kecuali
  bila baris kedua dikirim sebelum buffer dikosongkan.
o Mode byte at a time.
  Operasi ini cocok untuk terminal mode form, dimana tiap ketikan adalah
  penting dan untuk peripheral lain seperti sensor dan pengendali.


b. Double buffering.
Peningkatan dapat dibuat dengan dua buffer sistem.Proses dapat ditransfer
ke/dari satu buffer sementara sistem operasi mengosongkan (atau mengisi)
buffer lain. Teknik ini disebut double buffering atau buffer swapping.
Double buffering menjamin proses tidak menunggu operasi I/O. Peningkatan
ini harus dibayar dengan peningkatan kompleksitas. Untuk berorientasi
aliran karakter, double buffering mempunyai 2 mode alternatif, yaitu :
o Mode line at a time.
  Proses pemakai tidak perlu ditunda untuk I/O kecuali proses secepatnya
  mengosongkan buffer ganda.
o Mode byte at a time.
  Buffer ganda tidak memberi keunggulan berarti atas buffer tunggal.
  Double buffering mengikuti model producer-consumer.


c. Circular buffering.
Seharusnya melembutkan aliran data antara perangkat I/O dan proses.
Jika kinerja proses tertentu menjadi fokus kita, maka kita ingin agar
operasi I/O mengikuti proses. Double buffering tidak mencukupi jika
proses melakukan operasi I/O yang berturutan dengan cepat. Masalah
sering dapat dihindari denga menggunakan lebih dari dua buffer. Ketika
lebih dari dua buffer yang digunakan, kumpulan buffer itu sendiri diacu
sebagai circulat buffer. Tiap buffer individu adalah satu unit di
circular buffer.





a. Disk.
Perangkat keras dan parameter kinerja disk.
Disk diorganisasikan menjadi silinder-silinder dengan tiap permukaan
terdapat head yang ditumpuk secara vertical. Track terbagi menjadi
sektor-sektor.
Waktu yang dibutuhkan untuk membaca dan menulis disk dipengaruhi oleh :
o Waktu pencarian (seek time).
  Merupakan faktor yang dominan. Waktu yang diperlukan untuk sampai ke
  posisi track yang dituju, yaitu : S = Sc + di , dimana :
  Sc adalah waktu penyalaan awal (initial startup time).
   d adalah waktu yang bergerak antar-antar track.
   i adalah jarak yang ditempuh (dalam ukuran ruang antar track).
  Untuk track terdekat, S1 = Sc + d lebih kecil dibanding waktu yang
  diperlukan untuk satu putaran.Untuk memudahkan perhitungan maka
  dipakai s rata-rata,yaitu :


     j-1
  S = å Si pdi,
      i=1


   Si adalah waktu tempuh untuk jarak ke-1.
  Pdi adalah probabilitas menempuh jarak ke-1.
  Seek time rata-rata biasanya diinformasikan oleh pabrik pembuat.
o Waktu rotasi (rotational latency).
  Waktu yang diperlukan mekanisme akses mencapai blok yang diinginkan.
  Rumus untuk mendapatkan r adalah :
  R=1/2*((60*1000)/rpm).
  Rpm atau jumlah putaran permenit, biasa diinformasikan oleh pabrik
  pembuat.
o Waktu transfer (t).
  Tergantung pada kecepatan rotasi dan kepadatan rekaman. Transfer rate
  (t) adalah kecepatan transfer data sesaat, data ini diberikan oleh
  pembuat. Maka dapat dihitung :
  > Waktu transfer per rekord (TR, record transfer time).
    TR (waktu untuk transfer rekord dengan panjang rekord, R), yaitu :
    TR=R/t.
  > Waktu transfer per blok (btt).
    Bit (block transfer time,waktu yang diperlukan untuk transfer 1 blok),
    yaitu : btt=B/t.
  > Bulk transfer time (t').
    Didalam kasus pembacaan/penulisan secara sekuens besar maka harus
    melewati gap dan daerah-daerah bukan data. Pada akhir tiap silinder,
    seek akan terjadi dan selama seek time, tidak ada data yang
    ditransfer.
  Untuk keperluan didefinisikan bulk transfer time (t'), yaitu :
  t'=(R)/(((R+W)/t)+s'), dimana :
  R adalah ukuran rekord.
  W adalah ruang yang disiakan.
 s' adalah seek time untuk sekuen.
  t adalah transfer mode.


Algoritma penjadwalan disk
Pada sistem multiprogramming, banyak proses yang melakukan permintaan
membaca dan menulis rekord-rekord disk. Proses-proses membuat permintaan-
permintaan lebih cepat dibanding yang dapat dilayani disk, membentuk
antrian permintaan layanan disk. Diperlukan penjadwalan disk agar
memperoleh kinerja yang optimal.


Terdapat dua tipe penjadwalan disk, yaitu :
1. Optimasi seek.
2. Optimasi rotasi (rotational latency).
Karena waktu seek lebih tinggi satu orde dibanding waktu rotasi, maka
kebanyakan algoritma penjadwalan berkonsentrasi meminimumkan seek kumpulan
atau antrian permintaan layanan disk. Meminimumkan latency biasanya
berdampak kecil pada kinerja seluruh sistem. Penjadwalan disk melibatkan
pemeriksaan terhadap permintaan-permintaan yang belum dilayani untuk
menentukan cara paling efisien melayani permintaan-permintaan. Penjadwal
disk memeriksa hubungan posisi diantara permintaan-permintaan. Antrian
permintaan disusun kembali sehingga permintaan-permintaan akan dilayani
dengan pergerakan mekanis minimum.


Beberapa kriteria penjadwalan disk, yaitu :
o Throughput, yaitu berusaha memaksimumkan.
o Waktu tanggap rata-rata, nilai ini diusahakan minimum.
o Variansi waktu tanggap, diusahakan minimum.


Beberapa algoritma penjadwalan disk, antara lain :
> First come first serve (FCFS).
  Disk driver melayani satu permintaan sesuai urutan kedatangannya,
  merupakan metode yang adil. Saat rate permintaan sangat berat, FCFS
  dapat menghasilkan waktu tunggu sangat panjang. Dengan FCFS, sangat
  sedikit usaha optimasi waktu seek. FCFS dapat menyebabkan banyak waktu
  untuk seek silinder yang paling dalam ke silinder paling luar.
  Ketika permintaan-permintaan terdistribusi seragam pada permukaan-
  permukaan disk, penjadwalan FCFS menghasilkan pola seek yang acak. FCFS
  mengabaikan keterhubungan posisi diantara permintaan-permintaan yang
  menunggu di antrian. FCFS tidak membuat upaya optimasi pola seek.
  FCFS dapat diterima ketika beban disk masih ringan, tetapi begitu beban
  tumbuh cenderung menjenuhi perangkat dan menyebabkan waktu tanggap
  membesar.


> Shortest seek first (SSF).
  Algoritma ini melayani permintaan seek track terdekat dari track dimana
  head berada.
  Kekurangan : lengan disk akan berkutat ditengah disk. Permintaan di
  daerah ekstrim (pinggir) akan menunggu sampai fluktuasi statistik
  menyebabkan tidak ada permintaan track-track tengah. Terdapat konflik
  antara meminimalkan waktu tanggao dengan fairness (adil).


> Elevator (SCAN).
  Yaitu head bergerak searah sampai tidak ada permintaan ke arah itu,
  kemudian berbalik arah. Diperlukan bit tambahan untuk mencatat arah
  gerak head. Kebaikan : batas atas jumlah gerak adalah tetap yaitu dua
  kali jumlah silinder.


> Elevator dimodifikasi (C-SCAN).
  Lengan head hanya bergerak searah, setiap kali mencapai silinder
  tertinggi, maka head akan bergerak ke silinder terendah dan dilanjutkan
  terus head bergerak searah. Ada kontroller yang dapat mengetahui pada
  track mana ia berada, dengan ini dapat dibuat optimasi untuk mencari
  sektor yang ada pada track tersebut.


> N-step scan.
  Lengan disk bergerak maju mundur seperti algoritma SCAN, tapi dengan
  semua permintaan yang tiba selama menyapu dalam satu arah dikumpulkan
  dulu dan disusun kembali agar layanan optimal selama penyapuan balik.


> Exchenbach scheme.
  Pergerakan lengan disk sirkular seperti C-SCAN, tapi dengan beberapa
  kekecualian penting setiap silinder dilayani tepat satu track informasi
  baik terdapat permintaan atau tidak untuk silinder itu. Permintaan-
  permintaan disusun untuk layanan dalam silinder itu untuk mendapatkan
  keunggulan posisi secara rotasi (agar dapat diterapkan optimasi rotasi),
  tapi jika terdapat dua permintaan dengan sektor-sektor yang overlap dalam
  satu silinder, hanya satu permintaan yang dilayani pada satu kesempatan.


  Penanganan masalah operasi disk
  Beberapa tipe kesalahan saat operasi disk dikategorikan sebagai berikut :
  o Programming error.
    Kesalahan disebabkan programming. Driver memerintahkan mencari track,
    membaca sektor, menggunakan head atau mentransfer ke atau dari memori
    yang tak ada. Biasanya tiap controller memeriksa parameter sehingga
    tidak melakukan operasi yang tak valid. Kesalahan ini seharusnya
    tidak pernah ada.
  o Transient checksum error.
    Kesalahan disebabkan adanya debu diantara head dengan permukaan disk.
    Untuk mengeliminasi kesalahan ini maka dilakukan pengulangan operasi
    pada disk.
  o Permanent checksum error.
    Kesalahan disebabkan kerusakan disk.
  o Seek error.
    Kesalahan ini ditanggulangi dengan mengkalibrasi disk supaya berfungsi
    kembali.
  o Controller error.
    Kesalahan ini ditanggulangi dengan menukar pengendali yang salah
    dengan pengendali yang baru.
  o Track at time caching.
    Kontroller mempunyai memori untuk menyimpan informasi track dimana
    ia berada, permintaan pembacaan blok track dilakukan tanpa pergerakan
    mekanik.


b. Clock
Perangkat keras clock.
Komputer dilengkapi dengan RTC (real time clock). Tipe perangkat clock,
terdiri dari :
> Clock yang ditimbulkan impulse tegangan listrik.
  Clock in menginterupsi 50-60 interupt tiap detik sesuai dengan
  frekuensi listrik.
> Programmable interval timer (PIT).
  Clock ini terdiri dari crystal oscilator, counter, dan holding register.
  Dua keunggulan PIT, yaitu :
  >> Mempunyai akurasi tinggi.
  >> Frekuensi interupsi dapat diatur secara perangkat lunak.
     Dengan crystal oscilator 2 MHz, menggunakan 16 bit holding registe,
     interupsi yang terjadi dapat diatur antara 1 ms sampai 65.536 ms.
  PIT biasa digunakan sebagai :
  >> Waktu sistem.
  >> Pembangkit band rate.
  >> Penghitung kejadian.
  >> Pembangkit musik.
  >> Dan diberagam aplikasi yang memerlukan pewaktuan.
  Ketika digunakan untuk pewaktuan PIT menghasilkan interupsi secara
  periodik. PIT bekerja dengan menghitung pulsa eksternal yang diberikan
  crystal oscilator. Keluaran PIT berupa pulsa yang diteruskan secara
  langsung ke IRQm(Interupt Request) sehingga menimbulkan interupsi ke
  pemroses. Periode waktu antara dua interupsi timer berturutan dapat
  diprogram dengan memasukkan nilai ke holding register. Interval
  interupsi mempunyai rumus sebagai berikut :
  Interval = (periode clock) x (nilai holding register).
  Contoh :
  Dikehendaki interval pewaktuan setiap 10 ms.
  Frekuensi crystal oscilator adalah 2 MHz.
  Berapa nilai yang harus dimasukkan ke holding register ?
  Perhitungan :
  Periode clock = 1/(2x106) = 0.5 x 10-6 = 0,5mms.
  Nilai yang harus diberikan ke holding register = (10x10-3)/(0.5x10-6)=
  20x103.
  Agar PIT menimbulkan interupsi dengan waktu interval 10 ms, maka
  holding register diset dengan nilai 20.000.


  Metode pemrograman PIT.
  Terdapat dua mode pemograman PIT, yaitu :
  1. One shot mode.
     Setiap kali PIT diinisialisasi maka dikopikan nilai holding register
     ke counter.Counter diturunkan setiap terjadi pulsa crystal oscilator.
     Ketika counter bernilai 0, PIT membuat interupsi ke pemroses dan
     berhenti. PIT menunggu diinisialisasi secara eksplisit oleh
     perangkat lunak. Mode ini hanya untuk menghasilkan satu kejadian
     tunggal, diperlukan ketika clock diaktifkan berdasarkan kejadian.
  2. Square wave mode.
     Sesudah counter mencapai 0 maka menyebabkan interupsi ke pemroses.
     Holding register dikopikan secara otomatis ke counter dan seluruh
     proses diulangi lagi sampai tak berhingga. Periode ini disebut clock
     ticks. Mode ini untuk menghasilkan kejadian-kejadian interupsi timer
     secara periodik, dilakukan secara otomatis tanpa melibatkan pemroses
     (perangkat lunak untuk inisialisasi kembali). Biasanya chip berisi
     dua atau tiga PIT independen dan mempunyai banyak option pemrograman
     (seperti menghitung keatas, pematian interupsi, dan sebagainya).


  Perangkat lunak clock.
  Beberapa fungsi clock disistem operasi, antara lain :
  1. Mengelola waktu dan tanggal (waktu nyata).
     Tekniknya adalah counter dinaikkan setiap terjadi clock tick.
     Teknik ini bermasalah karena keterbatasan jumlah bit counter.
     Counter berukuran 32 bit akan overflow setelah 2 tahun bila clock
     ratenya bernilai 60Hz, solusinya adalah :
     o Menggunakan counter 64 bit.
     o Waktu dihitung dalam detik bukan dalam clock tick.
     o Waktu dihitung relatif dengan saat komputer dihidupkan.
  2. Mencegah proses berjalan lebih dari waktu yang ditetapkan.
     Setiap kali proses dimulai, penjadwal inisialisasi counter dalam
     hitungan clock ticks. Setiap kali terjadi clock ticks, counter
     diturunkan. Saat counter mencapai 0 maka penjadwal mengalihkan
     pemroses ke proses lain.
  3. Menghitung penggunaan pemroses (CPU).
     Bila dikehendaki penghitungan dengan akurasi tinggi maka dilakukan
     dengan menggunakan timer kedua. Timer kedua terpisah dari timer
     sistem utama. Begitu proses dimulai, timer diaktifkan, saat proses
     berhenti maka timer dibaca. Timer menunjukkan lama waktu yang telah
     digunakan proses. Akurasi rendah dapat diperoleh dengan mengelola
     pointer ke tabel proses dan counter global.
  4. Menangani system call alarm yang dibuat proses pemakai.
     Mensimulasi banyak clock dengan membuat senarai semua permintaan
     clock, terurut berdasar waktu. Isinya adalah jumlah clock ticks
     setelah signal proses sebelumnya.
  5. Mengerjakan profiling, monitoring dan pengumpulan statistik.
     Untuk membuat data statistik kegiatan komputer.


c. RAM Disk.
Adalah perangkat disk yang disimulasikan pada memori akses acak (RAM).
RAM disk sepenuhnya mengeliminasi waktu tunda yang disebabkan pergerakan
mekanis dalam seek dan rotasi. Kegunaannya untuk aplikasi yang memerlukan
kinerja disk yang tinggi. Perangkat blok mempunyai dua perintah, yaitu
membaca dan menulis blok. Normalnya blok-blok disimpan di disk berputar
yang memerlukan mekanisme fisik.
Gagasannya adalah meniru perangkat dengan mengalokasikan terlebih satu
bagian memori utama untuk menyimpan blok-blok data. Keunggulan :
berkecepatan tinggi karena pengaksesan sesaat (tidak ada waktu tunda
seek dan rotational latency), sangat baik untuk menyimpan program atau
data yang sering diakses. Memori utama dibagi menjadi n blok berukuran
sama, bergantung banyak memori yang dialokasikan. Ketika driver untuk
RAM disk menerima perintah membaca atau menulis suatu blok, driver
tinggal menghitung dimana lokasi memori tempat blok berada kemudian
membaca atau menuliskannya.



DAFTAR PUSTAKA




1. Hariyanto, Bambang, Ir., Sistem Operasi, Penerbit Informatika, Bandung,
1999
2. Tanenbaum, Andrew S., Modern Operating Systems, Prentice Hall Inc., 1992