01 Ikhtisar Sistem Komputer

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


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


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


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


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


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


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


Siklus Instruksi


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


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


Siklus Instruksi

• Contoh eksekusi program


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


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


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


Klas-klas Interupsi

• Program• Overflow aritmatika• Pembagian dengan nol• Mengeksekusi instruksi illegal• Mengacu keluar ruang memori pengguna

• Timer• I/O• Kerusakan perangkat keras


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


Siklus Interupsi


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


Siklus Interupsi


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


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


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


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


Hirarki Memori


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


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


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


Memory Cache


CPU Cache Main Memory

WordTransfer

BlockTransfer

Memory Cache


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


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)


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


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


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


Documents

01 Ikhtisar Sistem Komputer