StrukturSistem Komputer
2
2Review: Struktur Sistem Komputer
z Operasi Sistem Komputerz Struktur I/Oz Struktur Storagez Proteksi Hardware
3Arsitektur Sistem Komputer
4 Operasi Sistem Komputerz CPU devices dan I/O dapat beroperasi secara serentak
(concurrent)z Efisiensi pemakaian CPU
z Semua request ke I/O dikendalikan oleh I/O systems:z Setiap device terdapat controller yang mengendalikan device
tertentu, misalkan video display => video card, disk => diskcontroller.
z Setiap device controller mempunyai local buffer.z CPU memindahkan data dari/ke memory ke/dari local buffer.z Setelah itu controller akan mengirimkan data dari buffer ke
device.z Bagaimana mekanisme I/O supaya CPU dapat melakukan
switch dari satu job ke job lain?
5Operasi Sistem Komputer(Cont.)z Ilustrasi:z Instruksi CPU dalam orde: beberapa mikro-detikz Operasi read/write dari disk: 10 15 mili-detikz Ratio: CPU ribuan kali lebih cepat dari operasi I/Oz Jika CPU harus menunggu (idle) sampai data transfer
selesai, maka utilisasi CPU sangat rendah (lebih kecil 1%).
z Solusi: operasi CPU dan I/O harus overlapz Concurrent: CPU dapat menjalankan beberapa I/O device
sekaligusz CPU tidak menunggu sampai operasi I/O selesai tapi
melanjutkan tugas yang lainz Bagaimana CPU mengetahui I/O telah selesai?
6Programmed I/O (1)z Programmed I/Oz Mekanisme CPU yang bertanggung jawab memindahkan
data dari/ke memori ke/dari controllerz CPU bertanggung jawab untuk jenis operasi I/Oz Transfer data dari/ke buffer
z Controller melakukan detil operasi I/Oz Jika telah selesai memberikan informasi ke CPU => flag
z Bagaimana CPU mengetahui operasi telah selesai?z Apakah menguji flag? Seberapa sering?
7Programmed I/O (2)z CPU harus mengetahui jika I/O telah selesai =>
hardware flag (controller)z Polling: CPU secara periodik menguji flag (true or
false)z Menggunakan instruksi khusus untuk menguji flagz Masalah: seberapa sering? wasted CPU time !? Antar I/O
device berbeda speed!z Interrupt:z Bantuan hardware melakukan interupsi pada CPU jika flag
tersebut telah di-set (operasi I/O telah selesai)
8Interruptz Interrupt:z CPU transfer control ke interrupt service routine, => address dari
service routine yang diperlukan untuk device tsb.z Interrupt handler: menentukan aksi/service yang diperlukan
z Struktur interrupt harus menyimpan address dari instruksi yang sedang dikerjakan oleh CPU (interrupted).z CPU dapat resume ke lokasi tersebut jika service routine telah
selesai dikerjakanz Selama CPU melakukan service interrupt, maka interrupt
selanjutnya tidak akan dilayani disabled, karena CPU tidakdapat melayani interrupt (lost).
z Pengoperasian sistem tersebut menggunakan interrupt driven.
9Interrupt Handlingz Hardware dapat membedakan devices mana yang
melakukan interupsi.z Jenis interupsi :z pollingz vectored interrupt system
z Tugas sistim operasi menyimpan status CPU (program counter, register dll)z Jika service routine telah selesai => CPU dapat
melanjutkan instruksi terakhir yang dikerjakanz Sistim operasi akan load kembali status CPU tersebut.
10
Struktur I/Oz User request I/O:z CPU: load instruksi ke register controllerz Controller: menjalankan instruksi
z Setelah I/O mulai, control kembali ke user program jika operasi I/O telah selesaiz Instruksi khusus: wait => CPU menunggu sampai ada
interrupt berikutnya dari I/O tersebut.z Paling banyak hanya mempunyai satu I/O request.z Keuntungan: CPU mengetahui secara pasti device mana
yang melakukan interrupt (operasi I/O selesai).z Kerugian: operasi I/O tidak dapat serentak untuksemua
device
11
I/O Interruptz Pilihan lebih baik: asynchronous I/Oz Setelah I/O mulai, kendali langsung kembali ke user program
tanpa menunggu I/O selesaiz CPU dapat melanjutkan operasi I/O untuk device yang lainz User program dapat menjalankan program tanpa menunggu atau
harus menunggu sampai I/O selesai.z System call request ke OS untuk operasi I/O dan menunggu
sampai I/O selesai.z Potensi lebih dari satu devicez User hanya dapat menggunakan I/O melalui system callz Device-status table memuat informasi untuk setiap I/O device:
tipe, alamat, status dllz OS mengatur tabel ini dan mengubah isinya sesuai dengan
status device (interrupt)
12
Dua Metode I/OSynchronous Asynchronous
13
Device-Status Table
14
Direct Memory Access (DMA)z Jika I/O devices sangat cepat (high-speed),beban
CPU menjadi besar harus mengawasi transfer data dari controller ke memory dan sebaliknya.
z Hardware tambahan => DMA controller dapatmemindahkan blok data dari buffer langsung kememory tanpa menggangu CPU.z CPU menentukan lokasi memory dan jika DMA controller
telah selesai => interrupt ke CPUz Hanya satu interrupt ke CPU untuk sekumpulan data
(blok).
15
Struktur Storagez Main memory z Media penyimpanan, dimana CPU dapat melakukan akses
secara langsungz Secondary storage z Tambahan dari main memory yang memiliki kapasitas besar dan
bersifat nonvolatilez Magnetic disks z Metal keras atau piringan yang terbungkus material magnetikz Permukaan disk terbagi secara logikal dalam track, yang
masing-masing terbagi lagi dalam sectorz Disk controller menentukan interaksi logikal antara device dan
komputer
16
Mekanisme Pergerakan Head-Disk
17
Hirarki Storage
z Hirarki sistem storage, diorganisasikan dalambentuk :z Kecepatanz Biayaz Volatilitas
z Cachingz Penduplikasian informasi ke dalam sistem storage
yang cepat dapat dilakukan melalui cache padasecondary storage
18
Hirarki Storage-Device
19
Caching
z Menggunakan memori berkecepatan tinggiuntuk menangani akses data saat itu juga(yang terbaru)
z Membutuhkan manajemen cache.z Caching mengenalkan tingkatan lain dalam
hirarki storage, dimana data secara serentakdisimpan pada lebih dari satu tingkatansecara konsisten
20
Migrasi dari Disk ke Register
21
Proteksi Hardwarez Dual-Mode Operationz Proteksi I/Oz Proteksi Memoryz Proteksi CPU
22
Dual-Mode Operationz Penggunaan resource sharing membutuhkan sistem
operasi yang menjamin suatu program yang salahtidak menyebabkan program lain tidak terpengaruh
z Menyediakan dukungan hardware yang dibedakanke dalam dua mode operasi :1. User mode eksekusi dilakukan untuk kepentingan user.2. Monitor mode (disebut juga kernel mode atau system
mode) eksekusi dilakukan untuk kepentingan sistemoperasi.
23
Dual-Mode Operation (Cont.)z Mode bit ditambahkan pada computer hardware (CPU)
untuk indikasi mode sekarang: monitor (0) atau user (1).
z Jika terjadi interrupt/fault/error => hardware mengubahmode ke monitor
monitor user
Interrupt/fault
set user mode
Instruksi Privileged hanya dapat diberikan dalam mode monitor
24
Proteksi I/Oz Semua instruksi I/O adalah instruksi privileged:z Hanya dapat dilakukan melalui OSz OS dapat mencegah request ke I/O dengan melihat mode
saat ini.z OS menjaga supaya program user tidak dapat
menjadi monitor mode untuk mencegah user program melakukan:z Menangani interrupt: dengan mengubah alamat interrupt
vector.z Mengubah status dan data pada device table
25
Penggunaan System Call untukPengoperasian I/O
26
Proteksi Memoryz Melindungi memori terutama untuk isi:z interrupt vector dan interrupt service routines.
z Cara umum adalah setiap user program hanya dapatmengakses lokasi memori yang telah dibatasi (disediakanuntuk program tsb).z Range address alamat yang validz Base register menyimpan alamat terkecil memori secara fisikz Limit register besarnya jangkauan memori yang diijinkan
z Memori diluar range tersebut tidak dapat diakses oleh user program tsb.
27
Penggunaan Base dan Limit Register
28
Proteksi Alamat Hardware
z Ketika eksekusi pada mode monitor, OS dapat mengakses semualokasi memori.
z Pemuatan instruksi ke base dan limit register tergantung instruksiprivileged
29
Proteksi CPU
z Timerz Interupsi secara berkala oleh hardware: =>
transfer control ke OS.z Nilai timer akan berkurang sesuai clock tick dari
hardware komputer.z Saat nilai timer menjadi 0, interrupt terjadiz Housekeeping: melakukan CPU scheduling (jatah
CPU), status device table dll.z Timer digunakan untuk system time.
Struktur Sistem KomputerReview: Struktur Sistem KomputerArsitektur Sistem Komputer Operasi Sistem KomputerOperasi Sistem Komputer (Cont.)Programmed I/O (1)Programmed I/O (2)InterruptInterrupt Handling Struktur I/OI/O InterruptDua Metode I/ODevice-Status TableDirect Memory Access (DMA) Struktur StorageMekanisme Pergerakan Head-DiskHirarki StorageHirarki Storage-DeviceCachingMigrasi dari Disk ke Register Proteksi HardwareDual-Mode OperationDual-Mode Operation (Cont.)Proteksi I/OPenggunaan System Call untuk Pengoperasian I/OProteksi MemoryPenggunaan Base dan Limit RegisterProteksi Alamat HardwareProteksi CPU
Top Related