CHAPTER 1 ORGANISASI SISTEM KOMPUTER Yulisman, S.Kom., M.Kom SISTEM OPERASI STMIK HANG TUAH PEKANBARU

Pada awalnya semua operasi pada sebuah sistem komputer ditangani oleh hanya seorang pengguna. Sehingga semua pengaturan terhadap perangkat keras maupun perangkat lunak dilakukan oleh pengguna tersebut. Namun seiring dengan berkembangnya Sistem Operasi pada sebuah sistem komputer, pengaturan ini pun diserahkan kepada Sistem Operasi tersebut. Segala macam manajemen sumber daya diatur oleh Sistem Operasi. 1. Pendahuluan

Pengaturan perangkat keras dan perangkat lunak ini berkaitan erat dengan proteksi dari perangkat keras maupun perangkat lunak itu sendiri. Sehingga, apabila dahulu segala macam proteksi terhadap perangkat keras dan perangkat lunak agar sistem dapat berjalan stabil dilakukan langsung oleh pengguna maka sekarang Sistem Operasi-lah yang banyak bertanggung jawab terhadap hal tersebut. Sistem Operasi harus dapat mengatur penggunaan segala macam sumber daya perangkat keras yang dibutuhkan oleh sistem agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Seiring dengan maraknya berbagi sumberdaya yang terjadi pada sebuah sistem, maka Sistem Operasi harus dapat secara pintar mengatur mana yang harus didahulukan. Hal ini dikarenakan, apabila pengaturan ini tidak dapat berjalan lancar maka dapat dipastikan akan terjadi kegagalan proteksi perangkat keras.

Dengan hadirnya multiprogramming yang memungkinkan adanya utilisasi beberapa program di memori pada saat bersamaan, maka utilisasi dapat ditingkatkan dengan penggunaan sumberdaya secara bersamaan tersebut, akan tetapi di sisi lain akan menimbulkan masalah karena sebenarnya hanya ada satu program yang dapat berjalan pada satuan waktu yang sama. Akan banyak proses yang terpengaruh hanya akibat adanya gangguan pada satu program. Sebagai contoh saja apabila sebuah harddisk menjadi sebuah sumberdaya yang dibutuhkan oleh berbagai macam program yang dijalankan, maka bisa-bisa terjadi kerusakan harddisk akibat suhu yang terlalu panas akibat terjadinya sebuah situasi kemacetan penggunaan sumber daya secara bersamaan akibat begitu banyak program yang mengirimkan request akan penggunaan harddisk tersebut.

Di sinilah proteksi perangkat keras berperan. Sistem Operasi yang baik harus menyediakan proteksi yang maksimal, sehingga apabila ada satu program yang tidak bekerja maka tidak akan menggangu kinerja Sistem Operasi tersebut maupun program-program yang sedang berjalan lainnya. Tidak ada suatu ketentuan khusus tentang bagaimana seharusnya struktur sistem sebuah komputer. Para ahli serta perancang arsitektur komputer memiliki pandangannya masingmasing. Akan tetapi, untuk mempermudah pemahaman rincian dari Sistem Operasi di bab-bab berikutnya, kita perlu memiliki pengetahuan umum tentang struktur sistem komputer.

GPU = Graphics Processing Unit; AGP = Accelerated Graphics Port; HDD = Hard Disk Drive; FDD = Floppy Disk Drive; FSB = Front Side Bus; USB = Universal Serial Bus; PCI = Peripheral Component Interconnect; RTC = Real Time Clock; PATA = Pararel Advanced Technology Attachment; SATA = Serial Advanced Technology Attachment; ISA = Industry Standard Architecture; IDE = Intelligent Drive Electronics/Integrated Drive Electronics; MCA = Micro Channel Architecture; PS/2 = Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke PC

2. Prosesor Unit Pemroses Sentral (UPS) (bahasa Inggris: Central Processing Unit; CPU), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, pemroses/prosesor (processor), sering digunakan untuk menyebut CPU. Adapun mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan CPU. Umumnya, setiap device controller bertanggungjawab atas sebuah hardware spesifik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

Gambar 1. 2 Diagram blok sederhana sebuah CPU.

Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut. a. Unit kontrol yang mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali ini adalah:

1)Mengatur dan mengendalikan alat-alat masukan (input) dan keluaran (output). 2)Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama. 3)Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses. 4)Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU. 5)Menyimpan hasil proses ke memori utama. b. Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Secara analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.

c. ALU unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder. Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (!=), kurang dari ( ), dan lebih besar atau sama dengan (=>).

d. CPU Interconnections adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan registers dan juga dengan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan /keluaran 3. Penyimpan data Dasar susunan media penyimpanan adalah kecepatan, biaya, sifat volatilitas. Caching menyalin informasi ke media penyimpanan yang lebih cepat; Memori utama dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk media penyimpanan sekunder. Menggunakan memori berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir. Dibutuhkan cache management policy. Cache juga memperkenalkan tingkat lain di hirarki penyimpanan. Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level agar tetap konsisten.

Gambar 1. 3 Hirarkis Penyimpanan Sumber : MDGR (Kecepatan makin keatas makin besar, Kapasitas makin kebawah makin besar)

a.Register Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di prosesor yang berkecepatan sangat tinggi. Register ini berada di dalam prosesor dengan jumlah yang sangat terbatas karena fungsinya sebagai tempat perhitungan/komputasi data. b.Cache Memory Tempat penyimpanan sementara (volatile) sejumlah kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh prosesor yang berkecepatan tinggi. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan dapat ditambahkan. Misalnya pipeline burst cache yang biasa ada di komputer awal tahun 90-an. Akan tetapi seiring menurunnya biaya produksi die atau wafer dan untuk meningkatkan kinerja, cache ditanamkan di prosesor. Memori ini biasanya dibuat berdasarkan desain memori statik.

c. Random Access Memory Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung oleh prosesor. Pengertian langsung di sini berarti prosesor dapat mengetahui alamat data yang ada di memori secara langsung. Sekarang, RAM dapat diperoleh dengan harga yang cukup murah dangan kinerja yang bahkan dapat melewati cache pada komputer yang lebih lama. d. Memori Ekstensi Tambahan memori yang digunakan untuk membantu proses- proses dalam komputer, biasanya berupa buffer. Peranan tambahan memori ini sering dilupakan akan tetapi sangat penting artinya untuk efisiensi. Biasanya tambahan memori ini memberi gambaran kasar kemampuan dari perangkat tersebut, sebagai contoh misalnya jumlah memori VGA, memori soundcard.

e. Direct Memory Access Perangkat DMA digunakan agar perangkat M/K (I/O device) yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi bus memori). Perangkat pengendali memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor. Interupsi 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 pengendali DMA. Interupsi pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai. Hak terhadap penggunaan bus memory yang diperlukan pengendali DMA didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa chipset Northbridge. Media penyimpanan data yang non-volatile yang dapat berupa Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup besar dengan harga yang relative murah. Portability-nya juga relatif lebih tinggi.

Pada standar arsitektur sequential komputer ada tiga tingkatan utama penyimpanan: primer, sekunder, and tersier. Memori tersier menyimpan data dalam jumlah yang besar (terabytes, atau 1012 bytes), tapi waktu yang dibutuhkan untuk mengakses data biasanya dalam hitungan menit sampai jam. Saat ini, memori tersiser membutuhkan instalasi yang besar berdasarkan/ bergantung pada disk atau tapes. Memori tersier tidak butuh banyak operasi menulis tapi memori tersier tipikal-nya write ones atau read many. Meskipun permegabites-nya pada harga terendah, memory tersier umumnya yang paling mahal, elemen tunggal pada modern supercomputer installations. Ciri-ciri lain: non-volatile, penyimpanan off-line, umumnya dibangun pada removable media contoh optical disk, flash memory.

Gambar 1. 4 Struktur M/K Sumber : MDGR

Ada dua macam tindakan jika ada operasi M/K. Kedua macam tindakan itu adalah : a.Setelah proses M/K dimulai, kendali akan kembali ke user program saat proses M/K selesai (Synchronous). Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interupsi berikutnya. Akan terjadi Wait loop (untuk menunggu akses berikutnya). Paling banyak satu proses M/K yang berjalan dalam satu waktu. b.Setelah proses M/K dimulai, kendali akan kembali ke user program tanpa menunggu proses M/K selesai (Asynchronous). System call permintaan pada Sistem Operasi untuk mengizinkan user menunggu sampai M/K selesai. Device-status table mengandung data masukkan untuk tiap M/K device yang menjelaskan tipe, alamat, dan keadaannya. Sistem Operasi memeriksa M/K device untuk mengetahui keadaan device dan mengubah tabel untuk memasukkan interupsi. Jika M/K device mengirim/mengambil data ke/dari memori hal ini dikenal dengan nama Direct Memory Access (DMA).

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk meningkatkan kinerja, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus). Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge. Tanggung-jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master. Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device. Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset. 5. Bus

Tanggung-jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master. Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device. Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset. 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 di mana digunakan dengan bantuan clock tetapi berkecepatan tinggi, tapi hanya untuk device berkecepatan tinggi juga; Asynchronous bus digunakan dengan sistem handshake tetapi berkecepatan rendah, dapat digunakan untuk berbagai macam device. Kejadian ini pada komputer modern biasanya ditandai dengan munculnya interupsi dari software atau hardware, sehingga Sistem Operasi ini disebut Interrupt-driven. Interrupt dari hardware biasanya dikirimkan melalui suatu signal tertentu, sedangkan software mengirim interupsi dengan cara menjalankan system call atau juga dikenal dengan istilah monitor call. System/Monitor call ini akan menyebabkan trap yaitu interupsi khusus yang dihasilkan oleh software karena adanya masalah atau permintaan terhadap layanan Sistem Operasi.

Gambar 1. 5 Struktur BUS pada PC Sumber : google image

Trap ini juga sering disebut sebagai exception. 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 polling yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk menyelidiki sumber interupsi dan dengan cara menggunakan alamat-alamat ISR yang disimpan dalam array yang dikenal sebagai interrupt vector di mana sistem akan memeriksa Interrupt Vector setiap kali interupsi terjadi. Arsitektur interupsi harus mampu untuk menyimpan alamat instruksi yang diinterupsi Pada komputer lama, alamat ini disimpan di tempat tertentu yang tetap, sedangkan pada komputer baru, alamat itu disimpan di stack bersama-sama dengan informasi state saat itu

Pada saat pertama CPU aktif, program pertama yang di eksekusi berada di ROM. Langkah berikutnya dijalankan sebuah program untuk memasukkan Sistem Operasi ke dalam komputer.Proses ini disebut Boot Strap. 6. Boot 7. Komputer personal Istilah komputer pribadi atau PC (Bahasa Inggris:Personal Computer) mempunyai beberapa arti: a.Istilah umum yang merujuk pada komputer yang dapat digunakan dan diperoleh orang dengan mudah. b.Istilah umum yang merujuk kepada mikrokomputer yang sesuai dengan spesifikasi IBM. c.Komputer pribadi yang pertama kali dikeluarkan oleh IBM dan secara tidak langsung mencetuskan penggunaan istilah PC (Personal Computer) - lihat PC IBM.

Generasi mikrokomputer yang pertama hanya dijual dalam jumlah kecil kepada orang yang mampu membeli (membuat dan merakit sendiri), dan mengoperasikannya, yaitu: para insinyur dan penggemar bidang elektronika. Mikrokomputer generasi kedua lebih dikenal sebagai komputer rumah (home computer). Berikut merupakan bagan sebuah komputer personal : Gambar 1. 6 Bagan sebuah Personal Computer Sumber :

Referensi a.[Silberschatz2005] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne Operating Systems Concepts. Seventh Edition. John Wiley & Sons. b.Pengantar Sistem Operasi komputer, Jilid pertama, Masyarakat Digital Gotong Royong (MDGR) c. d.

TERIMA KASIH