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 I/O
Disini kita akan membahas struktur I/O, interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan interupsi.
Interupsi I/O
Untuk memulai operasi I/O, CPU me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya device controller memeriksa isi register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan. Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan asynchronous I/O. Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna setelah proses I/O selesai dikerjakan. Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses I/O selesai. Sehingga proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.
Struktur DMA
Direct Memory Access (DMA) suatu metoda penanganan I/O dimana device controller langsung berhubungan dengan memori tanpa campur tangan CPU. Setelah men-set buffers, pointers, dan counters untuk perangkat I/O, device controller mentransfer blok data langsung ke penyimpanan tanpa campur tangan CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O dengan kecepatan tinggi. Hanya terdapat satu interupsi setiap blok, berbeda dengan perangkat yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi terjadi untuk setiap byte (word).
Struktur Penyimpanan
Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen.
Namun demikian hal ini tidak mungkin karena:
- Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.
- Memori utama bersifat volatile, tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.
Memori Utama
Hanya memori utama dan register merupakan tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Oleh karena itu instruksi dan data yang akan dieksekusi harus disimpan di memori utama atau register. Register yang terdapat dalam prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register merupakan media penyimpanan dengan akses paling cepat bandingkan dengan memori utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan, dibuatlah suatu penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.
Magnetic Disk
Magnetic Disk berperan sebagai secondary storage pada sistem komputer modern. Magnetic Disk disusun dari piringan-piringan seperti CD. Kedua permukaan piringan diselimuti oleh bahan-bahan magnetik. Permukaan dari piringan dibagi-bagi menjadi track yang memutar, yang kemudian dibagi lagi menjadi beberapa sektor.
Storage Hierarchy
Dalam storage hierarchy structure, data yang sama bisa tampil dalam level berbeda dari sistem penyimpanan. Sebagai contoh integer A berlokasi pada bekas B yang ditambahkan 1, dengan asumsi bekas B terletak pada magnetic disk. Operasi penambahan diproses dengan pertama kali mengeluarkan operasi I/O untuk menduplikat disk block pada A yang terletak pada memori utama Operasi ini diikuti dengan kemungkinan penduplikatan A ke dalam cache dan penduplikatan A ke dalam internal register. Sehingga penduplikatan A terjadi di beberapa tempat. Pertama terjadi di internal register dimana nilai A berbeda dengan yang di sistem penyimpanan. Dan nilai di A akan kembali sama ketika nilai baru ditulis ulang ke magnetic disk.
Pada kondisi multi prosesor, situasi akan menjadi lebih rumit. Hal ini disebabkan masing-masing prosesor mempunyai local cache. Dalam kondisi seperti ini hasil duplikat dari A mungkin hanya ada di beberapa cache. Karena CPU (register-register) dapat dijalankan secara bersamaan maka kita harus memastikan perubahan nilai A pada satu cache akan mengubah nilai A pada semua cache yang ada. Hal ini disebut sebagai Cache Coherency.
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 :
- Dual Mode Operation
- I/O Protection
- Memory Protection
- CPU Protection
Dual Mode Operation
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 yaitu:
– User Mode – Eksekusi dikendalikan oleh user;
– Monitor/Kernel/System Mode – Eksekusi dikendalikan oleh sistem operasi.
Instruksi tertentu hanya berjalan di mode ini (Privileged Instruction). Ditambahkan sebuah bit penanda operasi. Jika terjadi interrupt, maka hardware berpindah ke monitor mode.
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.
Memory Protection
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, yaitu :
– Base register
– Limit register
Base register untuk menyimpan alamat awal yang legal. Limit register untuk menyimpan ukuran memori yang boleh diakses Memori di luar jangkauan dilindungi.
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.
CPU Protection
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. 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 .
Sumber :
http://ozhora97.blogspot.com/2016/09/struktur-sistem-operasi.html
https://joeshapictures.blogspot.com/2017/08/struktur-sistem-komputer.html
ppt pertemuan ke 2 sistem operasi 1 oleh Ridho Pamungkas,S.Kom.,M.Kom
os 