Materi Sistem Operasi

1. Tinjaun Umum Sistem Komputer 1

2. Course Objective




Elemen-elemen dasar sistem komputer.
Register-register prosesor.
Eksekusi Instruksi.
Interrupt.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

3. Introduction
Anda Pake Yang Mana ?

4. ELEMEN SISTEM KOMPUTER

Sebuah sistem komputer terdiri dari beberapa komponen
sebagai berikut :





Processor.
Main Memory.
Modul I/O.
Sistem BUS.
Antar komponen dalam sistem komputer bekerja sama untuk
menjalankan fungsi utama sistem komputer yaitu untuk
menjalankan program.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

5. Elemen Sistem Komputer (2)

Processor


Main Memory


Menyimpan data & program, umumnya bersifat volatile (tidak
permanen).
Modul I/O


Melakukan fungsi pengolahan data, jika hanya terdapat 1 processor
makan disebutr Central Processing Unit (CPU).
Memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternalnya,
misalnya peralatan komunikasi, memory eksternal, dll
Sistem BUS

Beberapa struktur dan mekanisme yang melakukan komunikasi
antara processor, main memory, dan modul I/O.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

6. Elemen Sistem Komputer (3)

Disamping
merupakan block
diagram dari
sistem komputer.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

7. REGISTER PROCESSOR


Prosesor terdiri dari sejumlah register yang merupakan
memory yang berkecepatan tinggi dan berukuran kecil
daripada main memory.
Fungsi register dalam processor :


User visible register : memungkinkan programmer dapat mengurangi
penggunaan main memory dan merujuk ke register.
Control dan status register : mengontrol operasi prosesor serta
mengontrol operasi prosesor.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

8. EKSEKUSI INSTRUKSI



Eksekusi Instruksi merupakan fungsi dasar komputer.
Program yang akan dieksekusi terdiri dari beberapa instruksi
yang tersimpan di dalam memory utama.
Eksekusi instruksi terdiri dari proses pengambilan ( fetch) dan
eksekusi (execute).
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

9. Fetching dan Execute

Processor-Memory
Data ditransfer dari processor ke
memory atau dari memory ke
processor.

Processor-I/O
Data ditransfer I/O ke processor dan
sebaliknya.

Data Processing
Processing data dengan aritmatic
maupun logic operation.

Control
Control atas proses yang terjadi.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

10. INTERRUPT


Interrupt merupakan sinyal yang menyebabkan processor
menghentikan suatu pekerjaan tertentu dan berpindah untuk
mengerjakan pekerjaan yang lain.
Jenis-jenis interrupt :

Software interrupt
merupakan interrupt yang disebabkan oleh software atau sering disebut sebagai
System Call, misalnya suatu program ini mencetak hasil ke printer.

Hardware inteerupt
merupakan interrupt yang disebabkan oleh hardware yang terjadi karena ada
akse dari perangkat keras, seperti penekanan tombol keyboard dan
penggerakan pointer mouse, flash disk, DVD Room.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

11. Penyebab Interrupt (1)



Program, sebagai akibat dari eksekusi instruksi, misalnya arithmatic
Overvlow, Devision by Zero.
Interrupt yang disebabkan oleh I/O, yang mengindikasikan bahwa
proses telah selesai atau terjadi error.
Kegagalan hardware, disebabkan oleh kegagalan hardware seperti
power failur, dll.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

12. Penyebab Interrupt (2)
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

14. Multiprogramming (1)



Multiprogramming berkaitan dengan mekanisme untuk melayani
banyak tugas yang dijalankan dalam satu processor yang sama /
menggunakan resource processor yang sama.
Merupakan model Interrupt.
Pelaksanaan instruksi yang dilaksanakan meliputi beberapa process
:

Program dimuat ke dalam memory

Program dijalankan sampai dengan program tersebut meng-akses I/O

Eksekusi dialihkan ke perkerjaan / task yang lainya

Langkah tersebut dilakukan secara berulang-ulang sampai semua task selesai
dikerjakan
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

15. Multiprogramming (2)




Multiprogramming diharapkan dapat meningkatkan utilitas CPU.
Term Multiprogramming berbeda dengan Multitasking / Multiprocessing.
Multiprogramming merujuk ke mekanisme interrupt yang mengoptimalkan
penggunaan CPU dengan melakukan mekanisme switch ke pekerjaan yang
lain jika program yang sedang dieksekusi sedang meng-akses I/O.
Sedangkan Multiprocessing / Multitasking merupakan kemampuan untuk
meggunakan beberapa processor untuk mengerjakan task pada machine
yang sama pada waktu yang sama.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

16. HIERARKI MEMORY

Sebuah sistem komputer terdiri dari beberapa komponen
sebagai berikut :





Processor.
Main Memory.
Modul I/O.
Sistem BUS.
Antar komponen dalam sistem komputer bekerja sama untuk
menjalankan fungsi utama sistem komputer yaitu untuk
menjalankan program.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

17. Memory Stack

Prosesor
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

18. Memory Stack
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

19. Tinjaun Umum Sistem Komputer 2

20. Course Objective


Hierarki Memori.
Cache Memori.

21. Hirarki Memory


Desain memory dipangaruhi oleh beberapa hal, yaitu :
kecepatan, kapasitas, dan cost.
Terdapat beberapa kaitan yang menjadi trade off dalam upaya
desain memory :



Semakin cepat waktu akses, semakin mahal cost per-bit.
Semakin besar kapasitas memory, cost tiap bit semakin murah.
Semakin besar kapasistas, semakin lambat waktu aksesnya.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

22. Trade-Off Pada Desain Memory
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

23. Trade-Off Pada Desain Memory
(2)


Berdasarkan kondisi yang dijelaskan sebelumnya, designer
mencoba untuk merancang memory yang berkapasitas besar,
namun tetap memperhatikan faktor performa.
Solusinya adalah kombinasi antara memory yang berkapasitas
besar, dengan memory yang kapasitasnya lebih kecil dengan
waktu akses yang cepat.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

24. Solusinya … ?


Berdasarkan kondisi yang dijelaskan sebelumnya, designer
mencoba untuk merancang memory yang berkapasitas besar,
namun tetap memperhatikan faktor performa.
Solusinya adalah kombinasi antara memory yang berkapasitas
besar, dengan memory yang kapasitasnya lebih kecil dengan
waktu akses yang cepat.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

25. Contoh Kasus (1)



Misalkan processor memiliki level memory 2 tingkat, tingkat 1
berisi 1000 word dengan waktu akses 0.1 µs, sedang tingkat 2
dengan kapasitas yang lebih besar 100.000 word dengan waktu
akses 1 µs.
Jika word yang akan diakses berada pada tingkat 1, maka
processor akan langsung akses.
Jika word yang akan diakses ada pada tingkat 2, maka word
yang ada pada tingkat 2 akan dipindah ke tingkat 1 dan
kemudian akan diakses oleh processor.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

26. Contoh Kasus (2)


Misalkan 95% waktu akses ada pada tingkat
1, dan 5% ada pada tingkat 2.
Sehingga :
(0.95)(0.1 µs) + (0.05)(0.1 µs + 1 µs) =
0.095 + 0.055 = 0.15 µs


Nilai yang didapatkan mendekati waktu
akses memory tingkat 1.
Inilah strategi yang digunakan dalam
menyediakan mekanisme processing yang
membutuhkan kecepatan akses dan
kapasitas yang besar.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

27. Cache Memory


Idealnya, kecepatan processor harus diimbangi oleh kecepatan
memory yang dalam hal ini adalah main memory.
Pada penjelasan sebelumnya, terdapat trade-off antara
kapasitas yang semakin besar dengan kecepatan akses.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi,

28. Memory Stack
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi

29. Fetching Word To Processor




Cache memory berisi copy dari sebagian isi dari main memory.
Processor akan mencari word pada cache memory terlebih
dahulu jika membutuhkan suatu word.
Jika word yang dicari ada pada cache, maka processor
langsung akan membacanya.
Jika word yang dicari tidak ada, maka beberapa blok dari main
memory akan di load ke cache, dan dedeliver ke processor.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

30. Cache & Memory Structure
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

31. Cache & Memory Structure
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

32. Cache Design

Beberapa point yang diperhatikan dalam design suatu cache
memory adalah sebagai berikut :

Cache size

Block size

Mapping function

Replacement algorithm

Write policy
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

33. I/O Communication Technique

Terdapat beberapa mekanisme komunikasi yang berhubungan
dengan I/O, yaitu :



Programmed I/O
Interrupt-driven I/O
Direct Memory Access (DMA)
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

34. Programmed I/O (1)




Pada mekanisme ini, processor bertanggung jawab dalam
transfer data dari perangkat eksternal ke memory dan
sebaliknya.
Pada saat processor melakukan eksekusi dan mendapatai
instruksi yang berkaitan dengan I/O, maka akan menerbitkan
perintah ke modul I/O yang bersangktan.
Modul I/O yang bersangkutan akan melakukan aksi yang diminta
processor.
Sebagai mekanisme untuk menentukan status transfer I/O,
modul I/O tidak dapat melakukan interrupt pada processor,
sehingga, processor secara periodik melakukan pengecekan
akan status tersebut.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

35. Programmed I/O (2)

Dengan demikian, instruksi untuk mekanisme I/O pada
programmed I/O mencakup beberapa hal dibawah ini :



Control
Digunakan untuk aktivasi perangkat eksternal dan
menginformasikan tentang aksi apa yang harus dilaksanakan.
Status
Digunakan untuk mengetahui status akan transfer data dari
perangkat I/O ke main memory.
Transfer
Digunakan untuk memindahkan data antara register processor
dengan perangkat eksternal.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

36. Programmed I/O (3)



Pada gambar disamping ditunjukan mekanisme
eksekusi instruksi yang melibatkan I/O.
Processor secara periodik melakukan
pengecekan untuk mengetahui status daripada
transfer data dari perangkat ekstenal ke main
memory dan sebaliknya.
Sehingga processor disibukan dengan proses
untuk mengetahui status transfer.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

37. Interrupt-Driven I/O (1)





Masalah pada programmed I/O adalah bahwa processor harus
menunggu hingga modul I/O siap untuk melakukan transfer yang
mengakibatkan processor musti melakukan pengecekan yang berulangulang atas status modul I/O.
Alternatifnya, processor menerbitkan perintah ke modul I/O dan
kemudian processor melanjutkan eksekusinya atas instruksi yang lain.
Modul I/O akan melakukan interrupt ke processor untuk meminta
layanan jika modul I/O telah siap saling bertukar data dengan
processor.
Processor kemudian melakukan eksekusi atas instruksi perpindahan
data.
Setelah selesai, processor akan melanjutkan eksekusi instruksi
sebelumnya, sebelum peocessor di interrupt oleh modul I/O.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

38. Interrupt-Driven I/O (2)

Pada gambar disamping dapat diketahui, processor
melakukan intervensi atas proses transfer setelah
mendapatkan interrupt dari modul I/O.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

39. Direct Memory Access (DMA) - 1


Interrupt-Driven I/O dirasa lebih efisien daripada programmed I/O,
namun Interrupt-Driven masih memerlukan intervensi aktif dari
processor.
Kesulitan yang dihadapi oleh programmed I/O dan Interrupt-Driven I/O
adalah :


Kecepatan transfer I/O dibatasi oleh kecepatan processor dalam memeriksa
dan melayani perangkat eksternal.
Processor terikat oleh kegiatan mengatur transfer I/O.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

40. Direct Memory Access (DMA) - 2



Jika terdapat data yang bervolume besar, diperlukan teknik yang lebih
efisien.
Direct Memory Access (DMA) diperkenalkan sebagai solusi untuk
menyediakan modul yang terpisah yal ng terdapat pada sistem BUS
atau menggabungkanya dengan modul I/O.
Pada saat akan melakukan pembacaan atau penulisan suatu blok data,
processor mengeluarkan perintah ke modul DMA dengan cara
mengirimkan informasi sebagai berikut :

Apakah read atau write yang diminta ?

Apakah perangkat I/O terlibat ?

Lokasi awal dalam memory yang akan dibaca atau ditulis ?

Jumlah word yang akan dibaca atau ditulis ?
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.

41. Direct Memory Access (DMA) - 3




Setelah memberikan perintah ke
DMA, processor melanjutkan
eksekusinya atas instruksi yang
lain.
DMA melakukan transfer data
dari perangkat eksternal ke main
memory tanpa intervensi
processor.
Setelah process transfer selesai,
DMA akan melakukan interrupt ke
processor.
Sehingga processor hanya
dilibatkan pada permulaan dan
akhir dari proses transfer.
Sistem Komputer – Mata Kuliah Sistem Operasi.