Konsep Dasar Perangkat Komputer

Transkripsi

1 Konsep Dasar Perangkat Komputer

2 Pengantar Komponen Sistem Komputer Definisi Sistem Operasi Kelas Komputer Menurut ukuran Menurut karakteristik Menurut jenis data yang diolah Lingkungan Komputasi 1.2

3 Komponen Sistem Komputer (1) Menurut EDPS (Electronic Data Processing System) Hardware / Peripheral Penyedia sumber daya untuk komputasi dasar Software Alat yang memberitahukan Hardware apa yang harus dikerjakannya Sistem Operasi / Operating System (Software yang mengontrol dan mengkoordinasikan pengunaan Hardware untuk berbagai Aplikasi untuk bermacam-macam pengguna) Program Aplikasi (Software yang menentukan bagaimana sumber daya digunakan untuk menyelesaikan masalah user 1.3

4 Komponen Sistem Operasi (2) Brainware/ User Manusia pengguna komputer, mesin lain, komputer lain 1.4

5 Abstraksi Komponen Sistem Software Abstraction Layer (SAL) Aplikasi Compiler Assembler Sistem Operasi Firmware Processor Memory I/O system Datapath & Control Desain Digital Desain Circuit transistor Hardware Abstraction Layer (HAL) Dari berbagai sumber, terutama MSDN dan Buku terbitan Microsoft Press 1.5

6 Definisi Sistem Operasi (1) Dari sudut pandang user Sistem Operasi sebagai alat untuk mempermudah penggunaan Komputer Sistem Operasi sebagai alat untuk memaksimalkan penggunaan sumber daya komputer (dalam lingkungan multi-user) Dari sudut pandang sistem Sistem Operasi sebagai alat yang menempatkan sumber daya secara efisien (Resource Allocator) Sistem Operasi sebagai alat yang mangatur eksekusi aplikasi dan operasi dari alat I/O (Control Program) Sistem Operasi sebagai sebuah program yang selalu berjalan setiap saat pada komputer (Kernel) 1.6

7 Definisi Sistem Operasi (2) Dari sudut pandang tujuan Sistem Operasi Sistem Operasi sebagai alat yang membuat komputer lebih nyaman (convenient) digunakan untuk menjalankan aplikasi dan menyelesaikan masalah pengguna Sistem Operasi sebagai alat yang membuat penggunaan sumber daya komputer menjadi efisien 1.7

8 Kelas-kelas Komputer (1) Menurut Ukuran Komputer: Grid Computer/ Super Computer Mainframe/ Enterprise System Minicomputer Workstation Desktop Computer Desknote Laptop / Notebook Handheld Computer Embedded System Personal Computer 1.8

9 Kelas-kelas Komputer (2) Menurut Karakteristik Komputer: Singleprocessor Komputer yang hanya memiliki satu prosesor Multiprocessor Komputer yang memiliki lebih dari satu prosesor Personal Computer Komputer yang digunakan oleh hanya satu orang dalam satu waktu (umumnya) Distributed System Komputasi yang dikerjakan dengan beberapa prosesor 1.9

10 Kelas-kelas Komputer (3) Clustered System Gabungan dari beberapa sistem individual yang saling berbagi tempat penyimpanan data (storage) dan saling terhubung dalam jaringan lokal Real Time System Sebuah sistem yang mengutamakan ketepatan waktu dalam eksekusi satu buah tugas 1.10

11 Kelas-kelas Komputer (4) Menurut Jenis Data yang diolah: Digital Komputer yang mengolah data berdasarkan inputinput dari pulsa elektronik dan bersifat abstrak Analog Komputer yang mengolah data berdasarkan inputinput dari keadaan lingkungan komputer yang nyata seperti suhu, kelembaban, dll Hybrid Gabungan komputer Digital dan Analog 1.11

12 Grid Computer/Super Computer Kumpulan dari banyak komputer yang dikembangkan dalam sebuah computer-farm Pengembangan dari Mainframe dan Desktop Menggunakan banyak CPU untuk menghasilkan output maksimal User User Cluster Computer Computer Cluster Computer Computer Cluster Computer Computer Cluster Computer Computer User Computer Computer Computer Computer Dari : CHIP Indonesia no 9 tahun

13 Mainframe Computer (1) Kumpulan dari device-device yang berfungsi sama atau bermacam-macam yang disatukan dalam sebuah sistem yang saling berbagi Mengumpulkan job-job yang mirip Secara otomatis berpindah dari satu job ke job yang lain Resident monitor Kontrol awal pada monitor Monitor memindahkan kontrol ke job Ketika job selesai, kontrol dikembalikan pada monitor User User Mainframe CPU Device CPU Device Device Device User CPU Device Device Dari : Operating System, A.Tanenbaum 1.13

14 Mainframe Computer (2) Batch System Job yang mempunyai kesamaan kebutuhan sumber daya dikumpulkan Ketika komputer dalam keadaan siap maka CPU menjalankan masingmasing kumpulan job tersebut sebagai sebuah kelompok. Dari : Buku Sistem Operasi Silberschatz, Galvin dan Gagne 1.14

15 Mainframe Computer (3) Multiprogrammed System Job disimpan di main memory di waktu yang sama CPU dipergunakan bergantian oleh job-job tersebut Kemampuan Sistem Operasi yang Diperlukan Penyediaan I/O routine oleh sistem Pengaturan memory, untuk mengalokasikan memory pada beberapa Job Penjadwalan CPU, untuk memilih job mana yang akan dijalankan Pengalokasian hardware lain Dari 2003 : BukuKelompok Sistem Operasi Silberschatz, Kuliah Sistem Galvin Operasi dan Gagne 1.15

16 Mainframe Computer (4) Time-Sharing System/Multitasking - Interactive Computing CPU digunakan bergantian oleh job-job di memori dan di disk CPU dialokasikan hanya pada job di memory Job dipindahkan dari dan ke disk Terjadi komunikasi antara user dan sistem operasi, dimana ketika sistem operasi menyelesaikan satu perintah ia mencari perintah berikutnya dari user Online System harus ada untuk user untuk mengakses data dan kode 1.16

17 Mini Computer Versi Lebih kecil dari MainFrame dengan lebih sedikit CPU dan device, biasanya hanya digunakan untuk satu tugas spesifik Dikembangkan dengan sistem modul sehingga mudah diganti komponen-komponennya Bentuk dasar dari desktop computer User User Mini Computer CPU Device Device CPU Device Device User CPU Device Device 1.17

18 Workstation Suatu model dari mainframe di mana sebuah komputer digunakan bersama-sama dalam satu waktu dengan berpusat pada suatu job tertentu. Kadang sulit dibedakan dari MiniComputer Bentuk dasar dari jaringan User User Station Station Workstation CPU Device CPU Device Device Device User Station CPU Device Device 1.18

19 Desktop Computer Lebih kecil dan dapat diletakkan di atas meja tapi tidak portable Penggunaan komputer lebih nyaman dan responsif Dapat berjalan pada berbagai sistem operasi Dapat mengambil teknologi yang dibangun untuk sistem operasi komputer besar User Desktop Computer CPU Device Device CPU Device Device Device Device 1.19

20 Desknote Computer Sebuah Hybrid antara Desktop dan Laptop Menggabungkan kemampuan Desktop (Processor Desktop) dan portabilitas Laptop Mudah digunakan dan dipindahkan ke berbagai tempat yang memiliki catu daya listrik tapi tidak teralu portable untuk tempat tanpa catu daya listrik (karena baterainya cepat habis) Harga lebih murah dibanding laptop User Desknote Computer CPU Device Device Device Device Device Device 1.20

21 Notebook Computer Komputer Portable (mudah dipindahkan) Meniru konsep Desktop tetapi jauh lebih hemat dalam penggunaan daya listrik Dapat digunakan di tempat tanpa catu daya listrik (baterai bertahan cukup lama) Lebih nyaman digunakan untuk bekerja di perjalanan atau pekerjaan yang menuntut fleksibilitas tempat Kadang masih sulit untuk menjalankan berbagai sistem operasi User Notebook Computer CPU Device Device Device Device Device Device 1.21

22 Handheld Computer Mengacu pada sistem yang berukuran kecil dan portable. Misalnya : PDA (Personal Digital Assistant), Palmtop, Pocket PC, Telepon Seluler. Ukuran kecil berdampak : Keterbatasan Memori. Keterbatasan sumber energi. Keterbatasan kecepatan prosesor. Keterbatasan layar display Kepentingan Mendesain sistem operasi yang dapat menyesuaikan diri dengan keterbatasan yang ada. 1.22

23 Embedded System Mengacu pada sistem komputer yang bertugas mengendalikan tugas spesifik dari suatu alat seperti mesin cuci digital, tv digital, radio digital Terbatas dan hampir tak memiliki userinterface Merupakan sistem paling banyak dipakai dalam kehidupan 1.23

24 Singleprocessor System Dalam suatu komputer terdapat hanya satu processor Keuntungan dari sistem ini : Lebih mudah diimplementasikan Kemudahan kontrol terhadap prosesor karena sistem proteksi tidak teralu rumit Murah 1.24

25 Multiprocessors/Paralel System (1) Dalam suatu komputer terdapat lebih dari satu processor Keuntungan dari sistem ini : Meningkatkan jumlah suatu proses yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu (pertambahan throughput) Uang yang terpakai lebih sedikit karena dalam processorprocessor terdapat dalam satu PC dan dapat membagi peripheral(ekonomis) Jika satu processor mengalami suatu gangguan, maka proses yang terjadi masih dapat berjalan dengan baik Graceful Degradation Fail-soft system 1.25

26 Multiprocessors/Paralel System (2) Symmetric MultiProcessing (SMP) Setiap prosesor menjalankan salinan identik dari Operating System Banyak job yang dapat berjalan di suatu waktu tanpa pengurangan performance Asymmetric MultiProcessing (ASMP) Setiap prosesor diberikan suatu tugas yang spesifik. Master processor menjadwalkan dan mengalokasikan pekerjaan pada slave processors. Umumnya di dalam sistem besar 1.26

27 Personal Computer Sebuah komputer yang dirancang hanya digunakan oleh satu user dalam suatu waktu Sering disalahartikan sebagai Desktop computer. Desktop Computer hampir pasti Personal Computer tetapi Personal Computer bisa saja berupa notebook, PDA, Desknote, dll 1.27

28 Distributed Systems (1) Melaksanakan komputasi secara terdistribusi diantara beberapa prosesor Loosely coupled system setiap prosesor mempunyai local memory. Komunikasi terjadi melalui bus atau jalur telepon Keunggulan Pembagian sumber daya Client Client Client Client Computation lebih cepat Komunikasi Model : Client-Server Systems Peer-to-peer (P2P) System Client-Server Peer-to-peer Server Peer Peer Peer 1.28

29 Distributed Systems (2) Terdiri atas: Small Area Network (SAN) Local Area Network (LAN) Metropolitan Area Network (MAN) Online Service (OL) / Outernet Wide Area Network (WAN) / International Network (Internet) 1.29

30 Clustered System Gabungan beberapa sistem individual yang saling berbagi tempat penyimpanan dan saling terhubung lewat jaringan lokal. Meningkatkan kinerja dan ketahanan sistem dalam menjalankan aplikasi Model : Asymmetric Clustering (satu server dengan beberapaserver cadangan stand-by) Symmetric Clustering (setiap server saling memantau satu sama lain) 1.30

31 Asymmetric vs. Symmetric Asymmetric Clustering Menempatkan satu mesin khusus sebagai pengawas mesin lain. Kurang efisien karena mesin pengawas tidak dapat mengerjakan proses lain selain mengawasi. Symmetric Clustering Mesin-mesin yang bekerja saling mengawasi. Lebih efisien karena semua mesin dapat dimanfaatkan. 1.31

32 Real Time System Sistem dimana proses harus selesai dalam interval waktu tertentu. Jika tidak selesai maka sistem gagal. Sering digunakan sebagai device pengendali dalam sebuah penggunaan khusus (misal: eksperimen ilmiah, industri, medis) Biasanya digunakan dalam komputer Hybrid Model : Hard Real Time Soft Real Time 1.32

33 Hard vs. Soft Real Time Hard Real Time Menjamin proses yang paling penting selesai dalam interval waktu yang valid. Tidak dapat dipadukan dengan sistem jenis lain (mis. Time-Shared System) Soft Real Time Menjamin proses yang paling penting mendapat prioritas tertinggi untuk diselesaikan. Dapat dipadukan dengan sistem lain. 1.33

34 Lingkungan Komputasi Komputasi Tradisional. Komputasi berbasis Web. Komputasi berbasis Grid Embedded Computing 1.34

35 Struktur Komputer Pengoperasian Sistem Komputer Struktur Input/Output (I/O) Struktur Penyimpanan Hirarki Penyimpanan 1.35

36 Arsitektur Komputer Umum Disk Disk Printer Tape CPU Disk Controller Printer Controller Tape Controller bus Display Controller Memory Controller Sound Controller Bus Master Display Device Memory Sound Device Dari : Buku Sistem Operasi Silberschatz, Galvin dan Gagne 1.36

37 Arsitektur PC Modern Processor GPU Monitor Memory Cache AGP Controller FSB Memory Controller Firewire Drive USB drive Northbridge Firewire Controller USB Controller Southbridge Network Controller Optical drive PCI bus IDE Controller Serial Port PCI-ISA Bridge ISA bus Optical drive HDD SCSI Controller Tape/Backup drive PATA / SATA HDD Paralel Port Tape/ Backup drive RTC Keyboard Mouse MCA Controller MCA bus PS/2 Controller FDD 1.37

38 Pengoperasian Sistem Komputer Perangkat I/O dan CPU dapat berjalan secara secara konkuren. Setiap device controller bertanggung jawab atas device tertentu. Setiap device controller memiliki buffer. CPU memindahkan data dari/ke memori utama ke/dari buffer lokal. I/O adalah pemindahan data dari device ke buffer controller. Device controller memberitahu CPU bahwa operasi I/O selesai melalui interrupt. 1.38

39 Fungsi Umum Interrupt Memindahkan kontrol ke interrupt service routine, melalui interrupt vector yang mengandung seluruh alamat service routine. Arsitektur interrupt harus mencatat alamat dari instruksi yang diinterrupt. Interruput seluruh alamat service routine. Arsitektur interrupt harus mencatat alamat dari instruksi yang diinterrupt. Interrupt akan diabaikan sementara ada interrupt lain yang sedang diproses. Trap adalah interrupt yang disebabkan oleh software baik yang disebabkan kesalahan atau permintaan user. Sistem operasi bekerja berdasarkan model interrupt driven. 1.39

40 Penanganan Interrupt Sistem operasi menjaga keadaan CPU dengan menyimpan isi register dan program counter. Sistem operasi menentukan jenis interrupt yang terjadi : Polling (Programmable I/O PIO) Vectored interrupt system (Interrupt Driven) Code segment yang terpisah menentukan tindakan apa yang akan diambil atas setiap jenis interrupt. 1.40

41 Struktur I/O (1) Dua macam tindakan jika ada operasi I/O: Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program saat proses I/O selesai (Synchronous). Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interrupt berikutnya. Wait loop (untuk menunggu akses berikutnya) Paling banyak satu proses I/O yang berjalan dalam satuwaktu. Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program tanpa menunggu proses I/O selesai (Asynchronous). System call permintaan pada sistem operasi untuk mengizinkan user menunggu sampai I/O selesai 1.41

42 Struktur I/O (2) Device-status table mengandung data masukkan untuk tiap I/O device yang menjelaskan tipe, alamat, dan keadaannya Sistem operasi memeriksa I/O device untuk mengetahui keadaan device dan mengubah tabel untuk memasukkan interrupt Jika I/O device mengirim/mengambil data ke/dari memory hal ini dikenal dengan nama (Direct Memory Access) DMA 1.42

43 Struktur I/O (3) Synchronous Process yang meminta I/O CPU idle Driver User Level Kernel Level Asynchronous Process yang meminta I/O CPU resume Driver Interrupt handler Interrupt handler I/O process I/O Device time I/O process I/O Device time I/O Request I/O Finish I/O Acknowledged 1.43

44 Struktur I/O (4) DMA (Direct memory Access) Digunakan untuk I/O device yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi bus memori) Device controller memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor Interrupt hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte data Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA Controller (DMAC) DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori dan I/O device Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data, panjang data ke DMA Controller. 1.44

45 Struktur I/O (5) Interrupt pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai Hak terhadap penggunaan bus memory yang diperlukan DMA controller didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa chipset Northbridge 1.45

46 Struktur I/O(6) BUS Suatu jalur transfer data yang menghubungkan setiap device pada komputer Hanya ada satu buah device yang boleh mengirimkan data melewati sebuah bus, akan tetapi boleh lebih dari satu device yang membaca data bus tersebut Terdiri dari dua buah model Synchronous bus Digunakan dengan bantuan clock Berkecepatan tinggi, tapi hanya untuk device berkecepatan tinggi juga Asynchronous bus Digunakan dengan sistem handshake Berkecepatan rendah, dapat digunakan untuk berbagai macam device 1.46

47 Struktur Storage (1) Prinsip: program adalah bagian dari data Register Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di prosesor. Berkecepatan sangat tinggi. Cache Memory Tempat penyimpanan sementara (volatile) sejumlah kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh prosesor. Berkecepatan tinggi. Random Access Memory (RAM) - Main Memory Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung oleh prosesor 1.47

48 Struktur Storage (2) Extension Memory Tambahan memory yang digunakan untuk membantu proses-proses dalam komputer, biasanya berupa buffer Secondary Storage Media penyimpanan data yang non-volatile Dapat berupa Flash Drive,Optical Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape 1.48

49 Struktur Storage (3) Struktur Harddisk Track spindle head Arm cylinder sector Platter rotation First Cylinder Last Cylinder 1.49

50 Struktur Storage (4) Struktur Optical Disc Track Spinhole Reflector Layer sector Platter General DVD Model Reflector Last Track First Track Layer Layer 1.50

51 Hirarki Storage (1) Susunan sistem storage: Kecepatan Biaya Sifat volatilitas Caching menyalin informasi ke storage media yang lebih cepat; Main memory dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk secondary storage Menggunakan memory berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir Membutuhkan cache management policy Memperkenalkan tingkat lain di hirarki storage. Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level agar tetap konsisten 1.51

52 Hirarki Storage (2) Register Cache RAM Extension Memory Magnetic Disk Optical Disk Magnetic Tapes 1.52

53 Proteksi Hardware dan Struktur Jaringan Proteksi Hardware Dual Mode Operation I/O Protection Memory Protection CPU Protection Struktur Jaringan Local Area Network (LAN) Wide Area Network (WAN) 1.53

54 Dual Mode Operation (1) Membagi sumber daya sistem yang memerlukan sistem operasi untuk menjamin bahwa program yang salah tidak menyebabkan program lain berjalan salah juga Menyediakan dukungan hardware untuk membedakan minimal dua mode operasi User Mode Eksekusi dikendalikan oleh user Monitor/Kernel/System Mode Eksekusi dikendalikan oleh sistem operasi. Instruksi tertentu hanya berjalan di mode ini. (Privileged Instruction) 1.54

55 Dual Mode Operation (2) Ditambahkan sebuah bit penanda operasi Jika terjadi interrupt, make hardware berpindah ke monitor mode. Monitor Interrupt/fault mengaktifkan user mode User 1.55

56 I/O Protection Semua instruksi I/O umumnya Privileged Instruction (kecuali pada DOS, dan program tertentu) Harus menjamin user program tidak dapat mengambil alih kontrol komputer di monitor mode User Program I/O Request Output Operating System Hardware Access Hardware Output 1.56

57 Memory Protection (1) Harus menyediakan perlindungan terhadap memori minimal untuk interrupt vector dan interrupt service routine Ditambahkan dua register yang menentukan di mana alamat legal sebuah program boleh mengakses Base Register Menyimpan alamat awal yang legal Limit Register Menyimpan ukuran memori yang boleh diakses 1.57

58 Memory Protection (2) Memori di luar jangkauan dilindungi Base < Alamat yang boleh diakses < Base + Limit Contoh: Operating System User Program 1 User Program 2 User Program 3 User Program 4 Base 1000 Limit

59 Hardware Protection Dalam monitor mode, sistem operasi memiliki akses tak terbatas pada seluruh memori Perintah Load untuk base dan limit register adalah privileged instruction 1.59

60 CPU Protection (1) Timer melakukan interrupt setelah perioda waktu tertentu untuk menjamin kontrol sistem operasi Timer diturunkan setiap clock Ketika timer mencapai nol, sebuah Interrupt terjadi Timer biasanya digunakan untuk mengimplementasikan pembagian waktu 1.60

61 CPU Protection (2) Timer dapat juga digunakan untuk menghitung waktu sekarang walaupun fungsinya sekarang ini sudah digantikan Real Time Clock (RTC). (System Clock Timer terpisah dari Pencacah Waktu) Timer sekarang secara hardware lebih dikenal sebagai System Timer/ CPU Timer. Load Timer juga Privileged Instruction 1.61

62 Local Area Network Station Station Shared Device Shared Storage Station gateway Station Shared Device Shared Storage Shared Storage Shared Device 1.62

63 Wide Area Network Communication Subsystem Network Host Host OS User User User Network Host Host OS User User User Communication Processor Communication Processor Communication Processor Communication Processor Communication Processor Network Host Network Host Host OS User User User Host OS User User User Network Host Host OS User User User 1.63