SKEMA DASAR SISTEM KOMPUTER
System komputer terdiri atas empat komponen. Keempat komponen bekerjasama dan saling berinteraksi untuk mencapai tujuan system komputer, yaitu komputasi.
Keempat komponen system komputer adalah:
1. Pemroses
2. Memori utama
3. Perangkat masukan dan keluaran
4. Interkoneksi antar komponen
PEMROSES
Fungsi : mengendalikan operasi komputer dan melakukan fungsi pemrosesan data.
Pemroses merupakan jantung komputer, berfungsi mengendalikan operasi komputer dan melakukan pemrosesan data. Pemroses menghitung, melakukan operasi logic dan mengelola aliran data dengan membaca instruksi dari memori dan mengeksekusinya.
Eksekusi pemroses dituntun clock. Clock membangkitkan pulsa ke pemroses. Pada tiap pulsa clock, pemroses melakukan kerja.
Pemroses biasa disebut CPU (Central Processing Unit).
Pemroses melakukan kerja dengan langkah-langkah berikut:
- Mengambil instruksi yang dikodekan secara biner dari memori utama.
- Men-dekode instruksi menjadi aksi-aksi sederhana.
- Melaksanakan aksi-aksi.
Operasi-operasi di komputer dapat dikategorikan menjadi tiga tipe, yaitu:
1. Operasi aritmatika
Contoh penambahan, pengurangan, perkalian, pembagian dan sebagainya.
2. Operasi logika
Contoh operasi OR, AND, X-OR, inversi dan sebagainya.
3. Operasi pengendalian
Contoh operasi pencabangan, lompat dan sebagainya.
Pemroses terdiri dari tiga komponen, yaitu:
1. CU (Control Unit)
CU berfungsi mengendalikan operasi yang dilakukan system komputer.
2. ALU (Aritmetic Logic Unit)
ALU berfungsi melakukan operasi aritmatika dan logika.
3. Register-register
Register-register berfungsi membantu pelaksanaan operasi yang dilakukan pemroses. Register-register berfungsi sebagai memori sangat cepat yang biasanya sebagai tempat operan-operan dari operasi yang akan dilakukan.
Register-register
Register-register dapat dikatagorikan menjadi dua, yaitu:
1. Register yang terlihat pemakai
2. Register untuk kendali dan status.
Register yang Terlihat Pemakai
Register- register terlihat oleh pemakai (pemrogram) berarti pemrograman dapat memeriksa isi dari register-register tipe ini. Beberapa instruksi disediakan untuk mengisi (memodifikasi) register tipe ini.
Register tipe ini terdiri dari dua jenis, yaitu:
- Register data
- Register alamat
Register dapat menyimpan suatu nilai untuk beragam keperluan.
Register data terdiri dari dua macam, yaitu:
1. General purpose register
2. Special purpose register.
General purpose register
Register ini dapat difungsikan untuk beraneka ragam keperluan pada suatu instruksi mesin yang melakukan suatu operasi terhadap data.
Special purpose register
Register ini dibatasi untuk suatu keperluan tertentu seperti:
- Menampung operasi Floating point
- Menampung limpahan operasi penjumlahan atau perkalian.
- Dan sebagainya.
b. Register Alamat
Register ini dapat berisi:
- Alamat data di memori utama
- Alamat instruksi di memori utama
- Bagian alamat yang digunakan dalam perhitungan alamat lengkap.
Contoh
- Register indeks (index register)
- Register penunjuk segmen (segment pointer register)
- Register penunjuk stack (stack pointer register)
- Register penanda (flag register)
Register untuk Kendali dan Status
Beragam register tipe ini digunakan untuk mengendalikan operasi pemroses. Kebanyakan tidak terlihat oleh pemakai. Sebagiannya dapat diakses dengan instruksi mesin yang dieksekusi dalam mode kontrol atau kernel system operasi.
Register untuk kendali dan status antara lain:
- Register untuk alamat dan buffer.
- Register untuk eksekusi instruksi
- Register untuk informasi status
a. Register untuk Alamat dan Buffer
Register untuk alamat dan Buffer terdiri dari:
- MAR (Memory Address Register)
- MBR (Memory Buffer Register)
- I/O AR (I/O Address Register)
- I/O BR (I/O Buffer register)
MAR ( Memory Address Register)
Register ini untuk mencatat alamat memori yang akan diakses (baik yang akan ditulisi maupun dibaca)
MBR (Memory Buffer Register)
Register ini untuk menampung data yang akan dituliskan ke memori yang alamatnya ditunjuk MAR atau untuk menampung data dari memori (yang alamatnya ditunjuk oleh MAR) yang akan dibaca.
I/O AR (I/O Address Register)
Register ini untuk mencatat alamat memori I/O yang akan diakses (baik akan ditulisi maupun dibaca)
I/O BR (I/O Buffer Register)
Register ini untuk menampung data yang akan dituliskan ke port yang alamatnya ditunjuk I/O AR atau untuk menampung data dari port (yang alamatnya ditunjuk oleh I/O AR) yang akan dibaca.
b. Register untuk eksekusi Instruksi
Register untuk eksekusi instruksi terdiri dari:
- PC (Program Counter)
Register ini mencatat alamat memori dimana instruksi didalamnya akan dieksekusi.
- IR (Instruction Register)
Register ini menampung instruksi yang akan dilaksanakan.
c. Register untuk Informasi Status
Register ini berisi informasi status.
Register ini dapat berupa data register atau kumpulan register. Register atau kumpulan register ini disebut PSW (Program Status Word). PSW biasanya berisi kode-kode kondisi pemroses ditambah informasi-informasi status lainnya.
PSW biasanya berisi informasi atau penanda berikut ini:
- Sign, Flag ini mencatat tanda yang dihasilkan operasi yang sebelumnya dijalankan
- Zero, Flag ini mencatat apakah operasi sebelumnya menghasilkan nilai nol
- Carry, Flag ini mencatat apakah dihasilkan carry (kondisi dimana operasi pemjumlahan atau perkalian menghasilkan bawaan yang tidak dapat ditampung register akumulator)
- Equal, Flag ini mencatat apakah operasi menghasilkan kondisi sama dengan.
- Overflow, Flag ini mencatat apakah operasi menghasilkan kondisi overflow
- Interupt enable/disable, Flag ini mencatat apakah interrupt sedang dapat diaktifkan atau tidak
- Supervisor, Flag ini mencatat mode eksekusi yang dilaksanakan, yaitu mode supervisor atau bukan. Pada mode supervisor maka seluruh instruksi dapat dilaksanakan sedang untuk mode bukan mode supervisor (mode user) maka beberapa instruksi kritis tidak dapat diaktifkan
- Mungkin berisi penunjuk ke memori yang berisi informasi-informasi status lain yang tak cukup dimuat di register-register PSW
Register-register di atas adalah jenis-jenis yang biasa di pemroses. Jumlah dan ragam register tiap pemroses berbeda sesuai organisasi dan arsitektur pemroses itu.
MEMORI UTAMA
Fungsi : menyimpan data dan program
Memori utama biasanya volatile, tidak dapat mempertahankan data dan program yang disimpan bila sumber daya energi (listrik) dihentikan.
Saat ini, komputer mengikuti konsep program tersimpan (Stored Program Concept) Von Neuman, yaitu program (Kumpulan instruksi) disimpan disuatu tempat (memori) dimana kemudian instruksi-instruksi itu dieksekusi. Sasaran yang akan dicapai komputer sesuai atau bergantung program yang disimpan untuk dieksekusi. Penggunaan komputer dapat disesuaikan hanya dengan mengerti program yang disimpan dimemori untuk dieksekusi. Konsep ini menghasilkan keluwesan (fleksibilitas) yang sangat luar biasa.
Chace Memory
Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi yang lebih mahal dibanding memori utama. Chace memory adalah diantara memori utama dan register pemroses berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu ke memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya lebih tinggi. Metode ini akan meningkatkan kinerja sistem.
Buffering
Bagian memori utama untuk menampung data yang akan ditransfer dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder. Buffering dapat mengurangi frekwensi pengaksesan dari/ke perangkat masukan/keluaran dan penyimpan sekunder sehingga meningkatkan kinerja sistem.
PERANGKAT MASUKAN DAN KELUARAN
Fungsi: memindahkan data antara komputer dan lingkungan eksternal.
Lingkungan eksternal dapat diantarmuka (interface) beragam perangkat, seperti:
- Perangkat penyimpan sekunder
- Perangkat komunikasi
- Terminal
- Dan sebagainnya
Perangkat-perangkat ini berfungsi menghubungkan komputer dengan lingkungan luar sehingga komputer bermanfaat bagi lingkungannya.
Perangkat masukan/keluaran terdiri dari dua bagian yaitu:
- Komponen mekanis adalah perangkat itu sendiri
- Komponen elektronis yaitu pengendali perangkat berupa chip controller.
Perangkat adalah perangkat nyata yang dikendalikan chip controller di board system atau card. Controller dihubungkan dengan pemroses dan komponen-komponen lain lewat bus. Controller berbeda-beda, tapi biasanya mempunyai register-register untuk mengendalikannya. Status register berisi status yang mendeskripsikan kode kesalahan. Control register untuk maksud kendali. Tiap controller dibuat agar dapat dialamati secara individu oleh pemroses sehingga perangkat lunak device driver dapat menulis ke register-registernya dan dengan demikian mengendalikannya.
Sistem operasi lebih berkepentingan dengan pengendali dibanding dengan perangkat fisik mekanis.
Pengendali Perangkat
Komponen elektronis disebut pengendali (device driver). Umumnya satu pengendali dapat menangani dua, empat bahkan sampai delapan perangkat identik. Antarmuka perangkat mengikuti standar tertentu, standar resmi badan standar seperti ANSI, INEE, ISO, CCITT, EIA atau standar de-facto.
INTERKONEKSI ANTAR KOMPONEN
Interkoneksi antar komponen adalah struktur dan mekanisme untuk menghubungkan ketiga komponen (pemroses, memori utama dan perangkat masukan/keluaran).
Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa perkawatan. Interkoneksi tidak hanya perkawatan tetapi juga memerlukan tata cara atau aturan komunikasi agar tidak kacau (chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan.
Terdapat banyak system interkoneksi, ISA, VESA dan PCI adalah yang popular.
Interkoneksi antar komponen disebut bus, yang terdiri dari:
1. Bus alamat (Address bus)
2. Bus data (data bus)
3. Bus kendali (Control bus)
Bus Alamat
Bus alamat berisi 16, 20,24 jalur sinyal parallel atau lebih. CPU mengirim alamat lokasi memori atau port yang ingin ditulis atau dibawa di bus ini.
Jumlah lokasi memori yang dapat dialamati ditentukan jumlah jalur alamat. Jika CPU mempunyai N jalur alamat maka dapat mengalamati 2 pangkat N (2N) lokasi memori dan/atau port secara langsung. Saat CPU membaca atau menulis data mengenai port, alamat port dikirim di bus alamat.
Bus Data
Bus data berisi 8,16, 32 jalur sinyal parallel atau lebih. Jalur data adalah dua arah (bidirectional). CPU dapat membaca dan mengirim data dari/ke memori atau port.
Banyak perangkat pada system yang dicantolkan ke bus data tapi hanya satu perangkat pada satu saat yang dapat memakainya. Untuk mengatur ini, perangkat harus mempunyai tiga state (tristate) agar dapat dipasang pada bus data.
Bus Kendali
Bus kendali berisi 4-10 jalur sinyal parallel. CPU mengirim sinyal-sinyal pada bus kendali untuk memerintahkan memori atau port.
Sinyal bus kendali antara lain:
- Memory read
Untuk memerintahkan melakukan pembacaan memori
- Memory write.
Untuk memerintahkan melakukan penulisan memori
- I/O read
Untuk memerintahkan melakukan pembacaan port I/O
- I/O write
Untuk memerintahkan melakukan penulisan memori
- Dan sebagainya.
Mekanisme Pembacaan
Untuk membaca data suatu lokasi memori, CPU mengirim alamat memori yang dikehendak melalui bus alamat, kemudian mengirim sinyal memory read pada bus kendali. Sinyal memory read memerintahkan ke perangkat memori untuk mengeluarkan data pada lokasi tersebut ke bus data agar dibaca CPU.
Interkoneksi antar komponen ini membentuk satu sistem sendiri. Sistem interkoneksi antar komponen yang popular antara lain ISA, VESA dan PCI.
EKSEKUSI INSTRUKSI
Mekanisme Eksekusi Instruksi
Fungsi utama komputer adalah mengeksekusi program. Berdasarkan konsep program tersimpan, program yang dieksekusi (kumpulan instruksi) di memori. Pemroses melakukan tugasnya dengan mengeksekusi instruksi di program.
Tahap pemrosesan instruksi ini berisi dua tahap, yaitu:
1. Pemroses membaca instruksi dari memori (fetch)
2. Pemroses mengeksekusi instruksi dari memori (execute)
Mode Eksekusi instruksi
Pemroses mempunyai beragam mode eksekusi, biasanya dikalikan dengan kewenangan yaitu:
- Program bagian dari sistem operasi
- Program pemakai
Instruksi-instruksi tertentu hanya dapat dieksekusi di mode berkewenangan tinggi. Instruksi-instruksi yang memerlukan kewenangan tinggi, misalnya:
- Membaca atau memodifikasi register kendali (bit-bit register PSW)
- Instruksi-instruksi primitif perangkat masukan/keluaran
- Instruksi-instruksi untuk manajemen memori
- Bagian memori tertentu hanya dapat diakses dalam mode kewenangan tinggi
Mode Pemakai dan Mode Sistem
Mode dengan kewenangan rendah disebut mode pemakai (user mode) karena program pemakai (aplikasi) biasa dieksekusi dalam mode ini.
Mode dengan kewenangan tinggi disebut:
- Mode system (system mode), atau
- Mode kendali (Control mode), atau
- Mode supervisor (Supervisor mode), atau
- Mode kernel (kernel mode).
Biasanya rutin sistem atau kendali atau kernel dieksekusi dengan mode ini.
Alasan adanya dua mode adalah untuk menjaga keamanan. Tabel sistem operasi, seperti tabel proses (PCB) harus dicegah dari intervensi program pemakai. Modifikasi table proses hanya dapat dilakukan di mode system . Program pemakai bermode pemakai takkan mampu mengubah table proses sehingga tidak merusak system.
Pada mode kernel, perangkat lunak mempunyai kendali penuh terhadap pemroses, instruksi, register dan memori. Tingkat kendali ini tidak tersedia bagi program pemakai sehingga sistem operasi tidak dapat diintervensi program pemakai. Pencegahan ini menghindari kekacauan.
Pemroses mengetahui mode eksekusi dari bit di PSW. Terdapat bit di PSW yang menyatakan mode eksekusi.
Bila program pemakai meminta layanan system operasi dengan mengambil system call, pemanggilan system call menyababkan trap. Sistem mengubah mode eksekusi menjadi mode kernel. Di mode kernel, system operasi memenuhi yang diminta program pemakai. Begitu selesai, sistem operasi segera mengubah mode menjadi mode pemakai dan mengembalikan kendali program pemakai.
Dengan dua mode dan teknik penjebakan (trap) diperoleh manfaat:
1. Mencegah program pemakai mengacau table-tabel sistem operasi
2. Mencegah program pemakai mengacau mekanisme pengendalian sistem operasi.
SISTEM KOMPUTER DALAM BERAGAM SUDUT PANDANG
Pandangan ke sistem komputer dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
- Pemakai terdiri dari pemakai awam (end user) dan administrator sistem.
- Pemrogram
- Perancang sistem operasi
0 komentar:
Posting Komentar