Post on 11-Jan-2016
description
Ikhtisar Sistem Komputer
I - 2011/2012 1EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer
Sistem Operasi
• Memanfaatkan sumber-sumber perangkat keras dari satu atau lebih prosesor
• Menyediakan sekumpulan layanan untuk para pengguna sistem
• Mengelola memori sekunder dan divais-divais I/O
I - 2011/2012 2EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer
Elemen-elemen Dasar
• Prosesor• Memori utama
• Disebut juga sebagai memori riil atau memori primer
• Modul-modul I/O• Divais-divais memori sekunder• Peralatan komunikasi• Terminal-terminal
• Bus sistem• Komunikasi antar prosesor, memori, dan modul I/O
I - 2011/2012 3EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer
Komponen “Top Level”
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 4
PC
IR
MAR
MBR
I/O AR
I/O BR
ExecutionUnit
CPU Main MemorySystemBus
I/O Module
Buffers
DataDataDataData
InstructionInstruction
Instruction
n-2n-1
01
Register-register Prosesor
• User-visible registers• Memungkinkan pemrogram meminimalkan acuan ke
memori utama dengan mengoptimalkan pemakaian register
• Register-register kontrol & status• Digunakan oleh prosesor untuk mengendalikan
operasi prosesor
• Digunakan oleh routines sistem operasi untuk mengkontrol eksekusi program
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 5
User-Visible Registers
• Dapat diacu (dibaca/ditulis) melalui bahasa mesin
• Dapat digunakan oleh semua program (program aplikasi dan program sistem)
• Tipe-tipe register• Data• Adres
• Indeks• Pointer segmen• Pointer stack
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 6
User-Visible Registers
• Register adres• Indeks
•Untuk memperoleh sebuah adres memerlukan penambahan sebuah indeks pada suatu nilai basis
• Pointer segmen•Bila memori dibagi kedalam segmen-segmen, memori
diacu berdasarkan segmen dan offset
• Pointer stack•Menunjuk pada puncak stack
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 7
Register Kontrol dan Status
• Program counter (PC)• Berisi adres instruksi yang akan di-fetch
• Register instruksi (IR)• Berisi instruksi yang terakhir di-fetch
• Program Status Word (PSW)• Condition codes• Interrupt enable/disable• Supervisor/user mode
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 8
Register Kontrol dan Status• Condition Codes atau Flags
• Bit-bit diset oleh perangkat keras prosesor sebagai hasil dari suatu operasi
• Dapat diakses oleh program namun tidak dapat diubah
• Contoh•Hasil positif•Hasil negatif•Nol• overflow
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 9
Siklus Instruksi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 10
STARTFetch NextInstruction
ExecuteInstruction
HALT
Fetch Cycle Execute Cycle
Siklus Instruksi
• Prosesor mengambil (fetch) instruksi dari memori
• Program Counter (PC) menyimpan adres instruksi yang akan diambil berikutnya
• Program counter di-increment setelah setiap fetch
• Instruksi yang diambil (fetched) ditempatkan di register instruksi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 11
Siklus Instruksi
• Tipe-tipe instruksi• Prosesor-memori
•Mentransfer data antara prosesor dan memori
• Prosesor-I/O•Data ditransfer ke atau dari suatu divais periferal
• Data processing•Operasi aritmatika atau logika pada data
• Kontrol•Mengubah urutan eksekusi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 12
Siklus Instruksi
• Contoh eksekusi program
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 13
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
1 9 4 0
3 0 0300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 1
940
941
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
1 9 4 0
3 0 1300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 2
940
941
0 0 0 3
Siklus Instruksi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 14
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
2 9 4 1
3 0 2300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 5
940
941
0 0 0 3
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 5
2 9 4 0
3 0 3300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 6
940
941
0 0 0 5
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
1 9 4 0
3 0 2300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 4
940
941
0 0 0 5
3 + 2 = 5
1 9 4 0
5 9 4 1
2 9 4 1
0 0 0 3
0 0 0 2
5 9 4 1
3 0 1300
301
302 IR
AC
PC
CPU RegistersMemory
Step 3
940
941
0 0 0 3
Direct Memory Access (DMA)
• Pertukaran I/O terjadi secara langsung dengan memori
• Prosesor memberi otoritas pada modul I/O untuk membaca dari atau menulis ke memori
• Membebaskan prosesor dari tanggung jawab untuk pertukaran tersebut
• Prosesor bebas mengerjakan hal-hal lainnya
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 15
Interupsi
• Interupsi pada sekuen eksekusi normal
• Meningkatkan efisiensi pemrosesan
• Mengizinkan prosesor mengeksekusi instruksi lain selagi operasi I/O sedang berlangsung
• Penghentian sementara sebuah proses oleh suatu event diluar proses tersebut dilakukan sedemikian rupa sehingga proses tersebut dapat dijalankan kembali
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 16
Klas-klas Interupsi
• Program• Overflow aritmatika• Pembagian dengan nol• Mengeksekusi instruksi illegal• Mengacu keluar ruang memori pengguna
• Timer• I/O• Kerusakan perangkat keras
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 17
Interupt Handler
• Sebuah program yang menentukan sifat dari interupsi dan melakukan aksi-aksi apa saja yang diperlukan
• Kontrol dialihkan pada program ini
• Umumnya bagian dari sistem operasi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 18
Siklus Interupsi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 19
STARTFetch NextInstruction
ExecuteInstruction
HALT
Fetch Cycle Execute Cycle
Check forInterrupt;ProcessInterrupt
Interrupt Cycle
InterruptsDisabled
InterruptsEnabled
Siklus Interupsi
• Prosesor memriksa apakah ada interupsi
• Jika tidak ada interupsi, prosesor mengambil instruksi selanjutnya dari program yang sedang dikerjakan
• Jika ada interupsi yang menunggu, hentikan sementara program yang sedang dikerjakan dan kerjakan interrupt handler
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 20
Siklus Interupsi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 21
I/OCommand
WRITE
WRITE
2
3
1
WRITE
4
END
5
4
WRITE
WRITE
2a
3b
1
WRITE
2b
I/OCommand
InterruptHandler
5
3a
4
WRITE
WRITE
2
1
WRITEI/O
Command
InterruptHandler
5
3
UserProgram
I/OProgram
UserProgram
I/OProgram
UserProgram
I/OProgram
END END
No interrupts Interrupts; short I/O wait Interrupts; long I/O wait
Multiple Interrupts• Disable interrupts selagi sebuah interupsi sedang
diproses• Prosesor mengabaikan sembarang sinyal permintaan interupsi
baru
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 22
InterruptHandler XUser Program
InterruptHandler Y
Nested Interrupt ProcessingSequential Interrupt Processing
User ProgramInterrupt
Handler X
InterruptHandler Y
Interupsi Banyak dgn Layanan Berurut
• Interupsi dilumpuhkan sehingga prosesor dapat menyelesaikan tugasnya
• Interupsi tetap menunggu sampai prosesor membolehkan interupsi
• Setelah rutin penanganan interupsi selesai dikerjakan, prosesor memeriksa apakah masih ada interupsi yang menunggu
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 23
Interupsi Banyak dgn Prioritas
• Interupsi dengan prioritas lebih tinggi dapat menyebabkan interupsi dengan prioritas lebih rendah menunggu
• Menyebabkan rutin penangan interupsi dengan prioritas lebih rendah diinterupsi
• Contoh, ketika masukan data dari saluran komunikasi tiba, data tersebut perlu diserap dengan cepat agar buffer siap menampung masukan lagi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 24
Multiprogramming
• Prosesor mempunyai lebih dari satu program untuk dieksekusi
• Urutan-urutan program-program tersebut dieksekusi tergantung pada prioritas relatifnya dan apakah mereka sedang menunggu I/O
• Setelah sebuah rutin penangan interupsi selesai, kendali mungkin tidak kembali pada program yang tadi diinterupsi
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 25
Hirarki Memori
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 26
Registers
Cache
Main Memory
Disk Cache
Magnetic Disk
Optical DiskMagnetic Tape
Menuruni Hirarki
• Harga per bit makin murah
• Kapasitas makin besar
• Waktu akses makin lama
• Frekuensi akses oleh prosesor ke memori tersebut makin jarang
• Locality of reference
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 27
Disk Cache
• Bagian dari memori utama yang digunakan sebagai penyangga untuk secara sementara menyimpan data untuk disk
• Menulis ke disk berkelompok
• Beberapa data yang sudah ditulis mungkin dibutuhkan lagi. Data diambil dari software cache lebih cepat ketimbang bila diambil dari disk
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 28
Memory Cache• Tak nampak oleh sistem operasi
• Meningkatkan kecepatan memori
• Kecepatan prosesor lebih cepat daripada kecepatan memori
• Berisi sebagian isi memori utama
• Pertama prosesor memeriksa cache
• Bila tidak ditemukan dalam cache, blok memori yang mengandung informasi yang diinginkan dipindahkan ke cache
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 29
Memory Cache
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 30
CPU Cache Main Memory
WordTransfer
BlockTransfer
Memory Cache
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 31
0123 Block
(K Words)
Block
2n-1Word
Length
012
Tag Block
Block Length(K words)
SlotNumber
MemoryAddress Data
Main memory
Cache
Perancangan Cache
• Ukuran cache• Ukuran cache yang kecil mempunyai dampak cukup
berarti pada kinerja
• Ukuran blok• Unit data yang dipertukarkan antara cache dan
memori utama
• Hit berarti informasi telah ditemukan dalam cache
• Ukuran blok lebih besar lebih banyak hit
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 32
Perancangan Cache• Fungsi pemetaan
• Menentukan lokasi cache sebelah mana akan ditempati blok
• Algoritma penggantian• Menentukan blok mana diganti• Algoritma Least-Recently-Used (LRU)
• Write policy• Ketika berlangsung operasi penulisan ke memori• Dapat terjadi setiap kali blok diperbaharui• Dapat terjadi hanya bila blok diganti
• Meminimalkan operasi memori• Membiarkan memori pada suatu keadaan kuno (obsolete)
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 33
Programmed I/O• Modul I/O melakukan
aksi, bukan prosesor
• Set bit-bit yang sesuai pada register statu I/O
• Tanpa interupsi
• Prosesor memeriksa status sampai operasi selesai
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 34
Interrupt Driven I/O• Prosesor diinterupsi ketika
modul I/O siap untuk pertukaran data
• Prosesor bebas mengerjakan pekerjaan lainnya
• Tidak diperlukan penantian yang tak terhingga
• Menghabiskan banyak waktu prosesor karena setiap word yang dibaca atau ditulis lewat melalui prosesor
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 35
Direct Memory Access• Mentransfer satu blok
data secara langsung ke atau dari memori
• Sebuah interupsi dikirim ketika tugas tersebut telah diselesaikan
• Prosesor hanya dilibatkan di awal dan akhir dari transfer tersebut
I - 2011/2012 EL3013 : Ikhtisar Sistem Komputer 36