Ini lanjutan tugas kuliah saya matkul Arsitektur komputer tentang Arsitektur komputer, maka dari itu sekalian saja saya posting ke blog
ini guna sharing kepada teman-teman yang membutuhkan,,
Oke kita langsung aja kita ke TKP!!!
Struktur sebuah sistem komputer dapat dibagi menjadi:
- Sistem Operasi Komputer.
-
Struktur I/O.
-
Struktur Penyimpanan.
-
Storage Hierarchy.
-
Proteksi Perangkat Keras.
Sistem Operasi Komputer
Dewasa ini sistem komputer multiguna terdiri dari CPU (Central
Processing Unit); serta sejumlah device controller yang dihubungkan
melalui bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap device controller
bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya disk drive, audio
device, dan video display). CPU dan device controller dapat dijalankan
secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme sinkronisasi untuk
mengatur akses ke memori.
Pada saat pertama kali dijalankan atau pada saat boot, terdapat sebuah
program awal yang mesti dijalankan. Program awal ini disebut program
bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem komputer, mulai
dari register CPU, device controller, sampai isi memori.
Interupsi merupakan bagian penting dari sistem arsitektur komputer.
Setiap sistem komputer memiliki mekanisme yang berbeda. Interupsi bisa
terjadi apabila perangkat keras (hardware) atau perangkat lunak
(software) minta “dilayani” oleh prosesor. Apabila terjadi interupsi
maka prosesor menghentikan proses yang sedang dikerjakannya, kemudian
beralih mengerjakan service routine untuk melayani interupsi tersebut.
Setelah selesai mengerjakan service routine maka prosesor kembali
melanjutkan proses yang tertunda.
Struktur Sistem Operasi
Komponen-komponen Sistem
Pada kenyataannya tidak semua sistem operasi mempunyai struktur yang
sama. Namun menurut Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Greg Gagne,
umumnya sebuah sistem operasi modern mempunyai komponen sebagai berikut:
• Managemen Proses.
• Managemen Memori Utama.
• Managemen Secondary-Storage.
• Managemen Sistem I/O.
• Managemen Berkas.
• Sistem Proteksi.
• Jaringan.
• Command-Interpreter system.
Managemen Proses
Proses adalah keadaan ketika sebuah program sedang di eksekusi. Sebuah
proses membutuhkan beberapa sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya.
sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, memori, berkas-berkas, dan
perangkat-perangkat I/O.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen proses seperti:
• Pembuatan dan penghapusan proses pengguna dan sistem proses.
• Menunda atau melanjutkan proses.
• Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi.
• Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi.
• Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock.
Managemen Memori Utama
Memori utama atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang
besar dari word atau byte, yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau
bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri.
Memori Utama berfungsi sebagai tempat penyimpanan yang akses datanya
digunakan oleh CPU atau perangkat I/O. Memori utama termasuk tempat
penyimpanan data yang sementara (volatile), artinya data dapat hilang
begitu sistem dimatikan.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen memori seperti:
• Menjaga track dari memori yang sedang digunakan dan siapa yang menggunakannya.
• Memilih program yang akan di-load ke memori.
• Mengalokasikan dan meng-dealokasikan ruang memori sesuai kebutuhan.
Managemen Secondary-Storage
Data yang disimpan dalam memori utama bersifat sementara dan jumlahnya
sangat kecil. Oleh karena itu, untuk meyimpan keseluruhan data dan
program komputer dibutuhkan secondary-storage yang bersifat permanen dan
mampu menampung banyak data. Contoh dari secondary-storage adalah
harddisk, disket, dll.
Sistem operasi bertanggung-jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan
dengan disk-management seperti: free-space management, alokasi
penyimpanan, penjadualan disk.
Managemen Sistem I/O
Sering disebut device manager. Menyediakan “device driver” yang umum
sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup).
Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca berkas
pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.
Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O:
• Buffer: menampung sementara data dari/ ke perangkat I/O.
• Spooling: melakukan penjadualan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).
• Menyediakan driver untuk dapat melakukan operasi “rinci” untuk perangkat keras I/O tertentu.
Managemen Berkas
Berkas adalah kumpulan informasi yang berhubungan sesuai dengan tujuan
pembuat berkas tersebut. Berkas dapat mempunyai struktur yang bersifat
hirarkis (direktori, volume, dll.). Sistem operasi bertanggung-jawab:
• Pembuatan dan penghapusan berkas.
• Pembuatan dan penghapusan direktori.
• Mendukung manipulasi berkas dan direktori.
• Memetakan berkas ke secondary storage.
• Mem-backup berkas ke media penyimpanan yang permanen (non-volatile).
Sistem Proteksi
Proteksi mengacu pada mekanisme untuk mengontrol akses yang dilakukan
oleh program, prosesor, atau pengguna ke sistem sumber daya. Mekanisme
proteksi harus:
• membedakan antara penggunaan yang sudah diberi izin dan yang belum.
• specify the controls to be imposed.
• provide a means of enforcement.
Jaringan
Sistem terdistribusi adalah sekumpulan prosesor yang tidak berbagi
memori atau clock. Tiap prosesor mempunyai memori sendiri.
Prosesor-prosesor tersebut terhubung melalui jaringan komunikasi Sistem
terdistribusi menyediakan akses pengguna ke bermacam sumber-daya sistem.
Akses tersebut menyebabkan:
• Computation speed-up.
• Increased data availability.
• Enhanced reliability.
Command-Interpreter System
Sistem Operasi menunggu instruksi dari pengguna (command driven).
Program yang membaca instruksi dan mengartikan control statements
umumnya disebut: control-card interpreter, command-line interpreter, dan
UNIX shell. Command-Interpreter System sangat bervariasi dari satu
sistem operasi ke sistem operasi yang lain dan disesuaikan dengan tujuan
dan teknologi I/O devices yang ada. Contohnya: CLI, Windows, Pen-based
(touch), dan lain-lain.
Layanan Sistem Operasi
Eksekusi program adalah kemampuan sistem untuk “load” program ke memori
dan menjalankan program. Operasi I/O: pengguna tidak dapat secara
langsung mengakses sumber daya perangkat keras, sistem operasi harus
menyediakan mekanisme untuk melakukan operasi I/O atas nama pengguna.
Sistem manipulasi berkas dalah kemampuan program untuk operasi pada
berkas (membaca, menulis, membuat, and menghapus berkas). Komunikasi
adalah pertukaran data/ informasi antar dua atau lebih proses yang
berada pada satu komputer (atau lebih). Deteksi error adalah menjaga
kestabilan sistem dengan mendeteksi “error”, perangkat keras mau pun
operasi.
Efesisensi penggunaan sistem:
• Resource allocator adalah mengalokasikan sumber-daya ke beberapa pengguna atau job yang jalan pada saat yang bersamaan.
• Proteksi menjamin akses ke sistem sumber daya dikendalikan (pengguna dikontrol aksesnya ke sistem).
• Accounting adalah merekam kegiatan pengguna, jatah pemakaian sumber daya (keadilan atau kebijaksanaan).
System Calls
System call menyediakan interface antara program (program pengguna yang
berjalan) dan bagian OS. System call menjadi jembatan antara proses dan
sistem operasi. System call ditulis dalam bahasa assembly atau bahasa
tingkat tinggi yang dapat mengendalikan mesin (C). Contoh: UNIX
menyediakan system call: read, write => operasi I/O untuk berkas.
Sering pengguna program harus memberikan data (parameter) ke OS yang
akan dipanggil. Contoh pada UNIX: read(buffer, max_size, file_id);
Tiga cara memberikan parameter dari program ke sistem operasi:
• Melalui registers (sumber daya di CPU).
• Menyimpan parameter pada data struktur (table) di memori, dan
alamat table tsb ditunjuk oleh pointer yang disimpan di register.
• Push (store) melalui “stack” pada memori dan OS mengambilnya melalui pop pada stack tsb.
Mesin Virtual
Sebuah mesin virtual (Virtual Machine) menggunakan misalkan terdapat
sistem program => control program yang mengatur pemakaian sumber daya
perangkat keras. Control program = trap System call + akses ke
perangkat keras. Control program memberikan fasilitas ke proses
pengguna. Mendapatkan jatah CPU dan memori. Menyediakan interface
“identik” dengan apa yang disediakan oleh perangkat keras => sharing
devices untuk berbagai proses.
Mesin Virtual (MV) (MV) => control program yang minimal MV memberikan
ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif
digunakan MV. MV memilah fungsi multitasking dan implementasi extended
machine (tergantung proses pengguna) => flexible dan lebih mudah
untuk pengaturan. Jika setiap pengguna diberikan satu MV => bebas
untuk menjalankan OS (kernel) yang diinginkan pada MV tersebut. Potensi
lebih dari satu OS dalam satu komputer. Contoh: IBM VM370: menyediakan
MV untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll. Masalah: Sharing
disk => OS mempunyai sistem berkas yang mungkin berbeda. IBM:
virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk pengguna melalui MV.
Konsep MV menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumberdaya sistem,
dikarenakan tiap MV terpisah dari MV yang lain. Namun, hal tersebut
menyebabkan tidak adanya sharing sumberdaya secara langsung. MV
merupakan alat yang tepat untuk penelitian dan pengembangan sistem
operasi. Konsep MV susah untuk diimplementasi sehubungan dengan usaha
yang diperlukan untuk menyediakan duplikasi dari mesin utama.
Perancangan Sistem dan Implementasi
Target untuk pengguna: sistem operasi harus nyaman digunakan, mudah
dipelajari, dapat diandalkan, aman dan cepat. Target untuk sistem:
sistem operasi harus gampang dirancang, diimplementasi, dan dipelihara,
sebagaimana fleksibel, error, dan efisien.
Mekanisme dan Kebijaksanaan:
• Mekanisme menjelaskan bagaimana melakukan sesuatu kebijaksanaan
memutuskan apa yang akan dilakukan. Pemisahan kebijaksanaan dari
mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengizinkan
fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.
• Kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan.
Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat
penting; ini mengizinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan
akan diubah nanti.
Implementasi Sistem biasanya menggunakan bahas assembly, sistem operasi
sekarang dapat ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Kode
yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi: dapat dibuat dengan cepat,
lebih ringkas, lebih mudah dimengerti dan didebug. Sistem operasi lebih
mudah dipindahkan ke perangkat keras yang lain bila ditulis dengan
bahasa tingkat tinggi.
System Generation (SYSGEN)
Sistem operasi dirancang untuk dapat dijalankan di berbagai jenis mesin;
sistemnya harus di konfigurasi untuk tiap komputer. Program SYSGEN
mendapatkan informasi mengenai konfigurasi khusus dari sistem perangkat
keras.
• Booting: memulai komputer dengan me-load kernel.
• Bootstrap program: kode yang disimpan di code ROM yang dapat
menempatkan kernel, memasukkannya kedalam memori, dan memulai
eksekusinya.
Rangkuman
Sistem operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua
tujuan utama. Pertama, sistem operasi mencoba mengatur
aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendayagunaan yang baik
dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang
nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program.
Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsul. Perangkat
lunak seperti assembler, loader, linkerdan compiler meningkatkan
kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up
yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa
operator dan menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem
batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan
sistem operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar
dalam utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi
oleh pengguna. Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan
lambatnya kecepatan alat-alat untuk I/O relatif terhadap kecepatan CPU.
Operasi off-line dari alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan
beberapa sistem reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU.
Untuk meningkatkan keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para
developer memperkenalkan konsep multiprogramming. Dengan
multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori dalam satu waktu;
CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi CPU dan
mengurangi total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas
tersebut. Multiprogramming, yang dibuat untuk meningkatkan kemampuan,
juga mengizinkan time sharing. Sistem operasi yang bersifat time-shared
memperbolehkan banyak pengguna untuk menggunakan komputer secara
interaktif pada saat yang bersamaan. Komputer Personal adalah
mikrokomputer yang dianggap lebih kecil dan lebih murah dibandingkan
komputer mainframe. Sistem operasi untuk komputer-komputer seperti ini
diuntungkan oleh pengembangan sistem operasi untuk komputer mainframe
dalam beberapa hal. Namun, semenjak penggunaan komputer untuk keperluan
pribadi, maka utilisasi CPU tidak lagi menjadi perhatian utama. Karena
itu, beberapa desain untuk komputer mainframe tidak cocok untuk sistem
yang lebih kecil.
Sistem parallel mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan
yang erat; CPU-CPU tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang
berbagi memori dan perangkat yang lainnya. Sistem seperti itu dapat
meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering
kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated.
Sistem operasi yang hard real-time mempunyai batasan waktu yang tetap
yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai dalam
batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem
soft real-time mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan
tidak mendukung penjadwalan dengan menggunakan batas akhir. Pengaruh
dari internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong
pengembangan sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta
perangkat lunak jaringan dan komunikasi sebagai satu kesatuan.
Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer
dengan melampaui batas operasi (overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin.
Hal seperti itu memerlukan perpindahan data antara CPU dan alat I/O,
ditangani baik dengan polling atau interrupt-driven akses ke I/O port,
atau dengan perpindahan DMA. Agar komputer dapat menjalankan suatu
program, maka program tersebut harus berada di memori utama (memori
utama). Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang besar
yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array
dari word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu.
Setiap word memiliki alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat
penyimpanan yang volatile, dimana isinya hilang bila sumber energinya
(energi listrik) dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan
secondary storage sebagai perluasan dari memori utama. Syarat utama dari
secondary storage adalah dapat menyimpan data dalam jumlah besar secara
permanen. Secondary storage yang paling umum adalah disk magnetik, yang
meyediakan penyimpanan untuk program mau pun data. Disk magnetik adalah
alat penyimpanan data yang nonvolatile yang juga menyediakan akses
secara random. Tape magnetik digunakan terutama untuk backup,
penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media
pemindahan informasi dari satu sistem ke sistem yang lain.
Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat disusun dalam
hirarki berdasarkan kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas
adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin kebawah, biaya perbit
menurun, sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat).
Sistem operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer.
Untuk mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam
sistem, perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode
monitor. Beberapa perintah (seperti perintah I/O dan perintah halt)
adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam mode monitor.
Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer
mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop).
Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer
interrupt) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem operasi
untuk mencapai operasi yang sesuai.
Sistem operasi menyediakan banyak pelayanan. Di tingkat terrendah,
sistem calls mengizinkan program yang sedang berjalan untuk membuat
permintaan secara langsung dari sistem operasi. Di tingkat tertinggi,
command interpreter atau shell menyediakan mekanisme agar pengguna dapat
membuat permintaan tanpa menulis program. Command dapat muncul dari
bekas sewaktu jalankan batch-mode, atau secara langsung dari terminal
ketika dalam mode interaktive atau time-shared. Program sistem
disediakan untuk memenuhi kebanyakan dari permintaan pengguna. Tipe dari
permintaan beragam sesuai dengan levelnya. Level sistem call harus
menyediakan fungsi dasar, seperti kontrol proses serta manipulasi alat
dan bekas. Permintaan dengan level yang lebih tinggi (command
interpreter atau program sistem) diterjemahkan kedalam urutan sistem
call.
Pelayanan sistem dapat dikelompokkan kedalam beberapa kategori: kontrol
program, status permintaan dan permintaan I/O. Program error dapat
dipertimbangkan sebagai permintaan yang implisit untuk pelayanan. Bila
sistem pelayanan sudah terdefinisi, maka struktur dari sistem operasi
dapat dikembangkan. Berbagai macam tabel diperlukan untuk menyimpan
informasi yang mendefinisikan status dari sistem komputer dan status
dari sistem tugas. Perancangan dari suatu sistem operasi yang baru
merupakan tugas yang utama. Sangat penting bahwa tujuan dari sistem
sudah terdefinisi dengan baik sebelum memulai perancangan. Tipe dari
sistem yang diinginkan adalah landasan dalam memilih beragam algoritma
dan strategi yang akan digunakan. Karena besarnya sistem operasi, maka
modularitas adalah hal yang penting. Merancang sistem sebagai suatu
urutan dari layer atau dengan menggunakan mikrokernel merupakan salah
satu teknik yang baik. Konsep virtual machine mengambil pendekatan layer
dan memperlakukan baik itu kernel dari sistem operasi dan perangkat
kerasnya sebagai suatu perangkat keras. Bahkan sistem operasi yang lain
dapat dimasukkan diatas virtual machine tersebut. Setiap sistem operasi
yang mengimplemen JVM dapat menjalankan semua program java, karena JVM
mendasari dari sistem ke program java, menyediakan arsitektur tampilan
yang netral.
Didalam daur perancangan sistem operasi, kita harus berhati-hati untuk
memisahkan pembagian kebijakan (policy decision) dengan detail dari
implementasi (mechanism). Pemisahan ini membuat fleksibilitas yang
maksimal apabila policy decision akan diubah kemudian. Sistem operasi
sekarang ini hampir selalu ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat
tinggi. Hal ini meningkatkan implementasi, perawatan portabilitas. Untuk
membuat sistem operasi untuk suatu konfigurasi mesin tertentu, kita
harus melakukan system generation.
Source : http://himatekinfo.wordpress.com