Struktur Sistem Komputer

Struktur Sistem Komputer

Hello good millennial, jumpa lagi di blogger joeshapictures tema hari ini adalah tentang "Struktur Sistem Komputer" penasaran, yuk kita baca !

Sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah perangkat pengendali yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori, Setiap device controller (pengendali) bertanggung-jawab atas sebuah hardware spesifik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren (bersamaan) untuk mendapatkan akses ke memori -> masalah sinkronisasi. Sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori

PROSESOR

Berfungsi mengendalikan operasi komputer & melakukan fungsi pemrosesan data. Langkah-langkah yang dilakukan pemroses : 

• Mengambil instruksi yang dikodekan secara biner dari memori utama.
• Mendekode instruksi menjadi aksi-aksi sederhana.
• Melaksanakan aksi – aksi.

Operasi yang ada di komputer : operasi logika, operasi aritmatika, operasi pengendalian, Prosesor terdiri dari :

• Control unit (CU) – mengendalikan operasi 
• Arithmetic Logic Unit (ALU) – komputasi (aritmatika dan logika)
• Register-register – memori cepat sebagai tempat operasi

Register Prosesor

Mengakses memori untuk mengambil instruksi memerlukan waktu lebih banyak daripada menjalankannya – diatasi dengan adanya register di prosesor. Untuk menyimpan variabel-variabel utama dan hasil sementara – sebagai tempat pemrosesan. Program counter – berisi alamat memori dari instruksi selanjutnya yang akan diambil Stack pointer – pointer yang menunjukkan bagian atas dari suatu stack di memori Program status word – menyimpan status / keadaan dari program yang dijalankan prosesor 

Jenis Memori

Main Memory : media storage yang dapat diakses langsung oleh CPU, kapasitas kecil, volatile : isi data hilang jika power dimatikan.

Secondary Storage : penyimpanan data dengan kapasitas besar, Non-volatile : data masih tersimpan walaupun power dimatikan

Register : Bersifat volatile. Berisi data yang akan diolah langsung di prosesor. Kecepatan sangat tinggi. Kapasitas terbatas sebagai tempat perhitungan/komputasi data

Cache Memory

• Bersifat volatile.
• Meningkatkan kecepatan pengambilan dan penyimpanan data di memori oleh prosesor.
• Jika program membutuhkan data di memori, cache akan mengecek apakah ada, jika ada dinamakan cache hit, jika tidak ada maka akan mencari ke RAM, dengan konsekuensi waktu yg dibutuhkan jd lebih lama.
• Beberapa mesin mempunyai 2 / 3 level cache, masing2 lebih besar kapasitasnya dan lebih lambat daripada sebelumnya.

Random Access Memory (RAM)

Bersifat volatile. Permintaan CPU yang tidak dapat dipenuhi di cache, akan menuju ke RAM

Memori Sekunder

• Non-volatile
• Kapasitas besar, harga murah 
• Kecepatan lebih rendah dari memori utama

Contoh : Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk, MagneticTape

PERALATAN INPUT OUTPUT

Terdiri 2 bagian :

1. Komponen elektronis : Controller / pengendali perangkat

2. Komponen mekanis : Perangkat itu sendiri 

Pengendali perangkat adalah serangkaian chip yang secara fisik mengendalikan perangkat. Jenis tiap pengendali berbeda -  diperlukan software yang berbeda juga untuk mengendalikannya – device driver

• Device Driver

Berjalan di kernel

Tiga cara memasukkan driver ke kernel :

(a) Menghubungkan kembali kernel dengan driver yang baru kemudian restart sistem. Banyak digunakan oleh sistem berbasis UNIX.

(b) Masuk ke file sistem operasi dan memberitahu bahwa membutuhkan driver kemudian restart sistem. Saat boot semua driver yang diperlukan di-load. Digunakan oleh Windows.

(c) OS mampu menerima driver baru tanpa harus restart. Contoh : USB flash disk.

• Metode I/O

Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu :

Synchronous
Menunggu sampai proses I/O selesai

Sebuah thread memulai operasi I/O kemudian akan masuk ke state wait (tunggu) sampai operasi I/O selesai. Ketika dalam state wait, CPU idle 

Asynchronous
Proses lain dapat berjalan walaupun operasi I/O belum selesai

Sebuah thread mengirim permintaan I/O ke kernel dengan memanggil fungsi yang cocok, jika diterima oleh kernel, thread akan melanjutkan proses yang lain sampai kernel memberitahu bahwa operasi I/O sudah selesai. Kemudian thread tersebut akan melakukan interupsi terhadap proses yang sedang dikerjakannya dan memproses data operasi I/O

• Direct Memory Access (DMA)

(a) Perangkat pengendali memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor.

(b) Interupsi hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte data. 

(c) Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA Controller (DMAC). 

(d) DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori dan I/O device. 

(e) Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data, panjang data ke pengendali DMA. 

(f) Interupsi pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai. 

BUS

Jalur komunikasi antara beberapa device yang berbeda

Terdiri 3 macam :

(a) Bus alamat – jalur komunikasi alamat

(b) Bus data – jalur komunikasi data

(c) Bus kendali – jalur sinyal kendali (misal : read/write)

BUS (Dahulu)

BUS (Sekarang)

FSB – bus utama berkecepatan tinggi yang menghubungkan RAM, Prosesor, GPU(VGA AGP)

Bridge - Perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan bus berkecepatan lebih rendah yang terhubung ke bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama

INTERUPSI

Hardware atau software meminta layanan dari CPU dan CPU akan menghentikan sementara proses yang dilakukannya untuk melayani interupsi tersebut, Interupsi dari hardware biasanya dikirimkan melalui sinyal tertentu. Interupsi software dengan cara menjalankan system call. System call ini akan menyebabkan trap / exception (interupsi khusus yang dihasilkan software karena adanya masalah atau permintaan terhadap OS).

Setiap interupsi terjadi, sekumpulan kode yang dikenal sebagai ISR (Interrupt Service Routine) akan menentukan tindakan yang akan diambil.

Untuk menentukan tindakan yang harus dilakukan, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : 

(a) Polling yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk menyelidiki sumber interupsi.

(b) Menggunakan alamat-alamat ISR yang disimpan dalam array yang dikenal sebagai interrupt vector di mana sistem akan memeriksa Interrupt Vector setiap kali interupsi terjadi.

PROTEKSI PERANGKAT KERAS

OS akan memproteksi perangkat keras disebabkan banyaknya penggunaan sumber daya di komputer, supaya jika ada satu program yang tidak bekerja maka tidak akan menganggu kinerja OS maupun program lain yang sedang berjalan.

• Spooling - suatu program dapat dikerjakan walau pun I/O masih mengerjakan proses lainnya dan disk secara bersamaan menggunakan data untuk banyak proses. 

• Multi programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu waktu. 

• Masalah - jika terjadi kesalahan pada satu proses/ program akan berpengaruh pada proses lainnya – diperlukan proteksi

Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada sistem operasi dan sistem operasi akan menginterupsi dan mengakhirinya. Pesan kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan kesalahan dan menjalankan program ulang. 

Jenis-jenis Proteksi Perangkat Keras

a. Dual-mode Operation

b. I/O Protection

c. Memory Protection

d. CPU Protection

a. Operasi Dual Mode

Menyediakan dukungan perangkat keras untuk membedakan minimal dua mode operasi yaitu :

• Mode Monitor/Kernel/System – eksekusi dikendalikan OS
• Mode Pengguna – eksekusi dikendalikan user

b. Proteksi I/O

Tidak bisa mengerjakan instruksi I/O secara langsung ke memori tapi harus lewat sistem operasi terlebih dahulu (privileged instructions).  

c. Proteksi Memori

Pembatasan penggunaan memori. 

Memory diluar range yang didefinisikan diproteksi.

Prosedur proteksi memory, tambahkan dua register yang menentukan range legal address akses program :

Base Register - alamat memori fisik awal yang dialokasikan/ boleh digunakan oleh pengguna.

Limit Register - nilai batas dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.

Penggunaan Base and Limit Register, sebagai contoh pengguna dibatasi :

• base register 1000
• limit register 500
• hanya diperbolehkan menggunakan alamat memori ? sik antara 1000 hingga 1500 saja.

d. Proteksi CPU

Timer – interrupt komputer setelah periode tertentu untuk memastikan OS memegang kendali, ketika nilai timer = 0, interrupt terjadi. Timer biasanya digunakan untuk implementasi time sharing (pembagian waktu)

Terima kasih sudah membaca semoga apa yang kita baca hari ini bisa bermanfaat bagi kita semua, sebelum meninggalkan blogger joeshapictures sebaiknya di share dulu, apa yang kita dapat hari ini ada baiknya jika kita membagikan pengetahuan kepada orang lain. Sampai jumpa di artikel selanjutnya . . .