Makalah Konsep Dasar Perangkat Komputer

Bab 1. Konsep Dasar Perangkat Komputer

Pendahuluan

Sebuah sistem operasi atau dalam bahasa asingnya Operating System adalah sebuah
program yang mengatur hardware komputer. Sistem operasi juga menyediakan
fondasi untuk aplikasi di atasnya dan bertindak sebagai penghubung antara user
dengan hardware. Setiap sistem operasi memiliki caranya masing-masing untuk
menyelesaikan tugasnya. Hal ini menimbulkan aneka ragam sistem operasi yang
sangat menakjubkan.

-------------------------------------------------------------------------------

Komponen Sistem Komputer

Sebelum memahami apa itu sistem operasi marilah kita lihat komponen-komponen
sistem komputer. Menurut EDPS (Electronic Data Processing System) komponen
sistem operasi dapat dibagi menjadi tiga bagian yaitu hardware/peripheral,
software dan brainware/user.

Hardware atau peripheral adalah penyedia sumber daya untuk komputasi. Hardware
merupakan benda yang konkret, dapat dilihat dan disentuh.

Software adalah sarana yang memberitahukan hardware apa yang harus
dikerjakannya. Berbeda dengan hardware, software adalah sesuatu yang abstrak.
Ia hanya dapat dilihat dari apa yang dilakukannya terhadap hardware. Software
dibagi lagi menjadi dua bagian yaitu sistem operasi dan program aplikasi.
Sistem Operasi adalah software yang bertugas mengontrol dan mengkoordinasikan
pengunaan hardware untuk berbagai Aplikasi untuk bermacam-macam pengguna.
Sementara program aplikasi, adalah Software yang menentukan bagaimana sumber
daya digunakan untuk menyelesaikan masalah user.

Dan yang terakhir, brainware/user adalah pengguna komputer. Ia bisa berupa
manusia, mesin lain, atau komputer lain.

Gambar 1-1. Abstraksi Komponen Sistem Komputer

[c11-1-f1-a]

-------------------------------------------------------------------------------

Definisi Sistem Operasi

Pengertian dari sistem operasi dapat dilihat dari berbagai sudut pandang. Dari
sudut pandang user, sistem operasi dapat dipandang sebagai alat untuk
mempermudah penggunaan Komputer. Dalam hal ini sistem operasi dirancang agar
mudah digunakan, dengan sedikit memperhatikan performa dan mengabaikan
utilisasi sumber daya. Selain itu dalam lingkungan multi-user, sistem operasi
juga dapat dipandang sebagai alat untuk memaksimalkan penggunaan sumber daya
komputer. Akan tetapi, di beberapa komputer, sudut pandang user dapat dikatakan
hanya sedikit atau tidak ada sama sekali. Misalnya embedded computer pada
peralatan rumah tangga seperti mesin cuci dan sebagainya mungkin saja memiliki
lampu indikator untuk menunjukkan keadaan sekarang, tetapi sistem operasi ini
dirancang untuk bekerja tanpa campur tangan user.

Dari sudut pandang sistem, sistem operasi dapat dipandang sebagai alat yang
menempatkan sumber daya secara efisien (Resource Allocator). Sistem Operasi
adalah manager bagi sumber daya, yang menangani konflik permintaan sumber daya
secara efisien. Sistem operasi juga mengatur eksekusi aplikasi dan operasi dari
alat I/O. Fungsi ini dikenal juga sebagai Control Program. Lebih lagi, Sistem
operasi merupakan suatu bagian program yang berjalan setiap saat yang dikenal
dengan istilah kernel.

Dari sudut pandang tujuan sistem operasi, sistem operasi dapat dipandang
sebagai alat yang membuat komputer lebih nyaman digunakan.( convenient ) untuk
menjalankan aplikasi dan menyelesaikan masalah pengguna. Tujuan lain sistem
operasi adalah membuat penggunaan sumber daya komputer menjadi efisien.

-------------------------------------------------------------------------------

Kelas Komputer

Menurut Gramacomp Team, sering terjadi kesalahan dalam membagi jenis-jenis
komputer bahkan di kalangan para pakar sekalipun. Sering terjadi kelas-kelas
komputer tidak dibagi menurut dasar pembagiannya, hingga artinya menjadi.
campur aduk. Misalnya, masyarakat sering sekali menyebut PC (Personal Computer)
sama dengan desktop. Padahal, hal ini adalah dua hal yang berbeda acuannya.
Sebuah desktop hampir pasti PC, akan tetapi PC sangat mungkin bukan desktop,
tapi bisa saja notebook.

Kami membagi jenis komputer berdasarkan tiga dasar, yaitu ukuran,
karakteristik, dan jenis data. Pada kenyataanya dapat saja terjadi sebuah
komputer dimasukkan dalam dua atau lebih kelas yang ada di dasar klasifikasi
yang sama. Hal ini dimungkinkan oleh perkembangan jaman. Misalkan, dahulu semua
desktop disebut microcomputer, tetapi karena perkembangan jaman, istilah
microcomputer menjadi kurang spesifik (karena munculnya notebook, handheld PC,
desknote ).

-------------------------------------------------------------------------------

Klasifikasi Menurut Ukuran

Klasifikasi ini berdasarkan ukuran komputer, yang juga dapat menunjukkan
seberapa besar sumber daya yang mungkin. Hal yang lebih penting lagi adalah
ukuran daya komputasinya.

-------------------------------------------------------------------------------

Grid Computer/Super Computer

Grid Computer/Super Computer adalah komputer dengan kemampuan lebih tinggi dari
komputer- komputer lain pada masanya. Sekarang ini terdiri dari banyak komputer
yang dikembangkan dalam sebuah computer-farm. Komputer jenis ini adalah
pengembangan dari Mainframe dan Desktop. Komputer ini menggunakan banyak CPU
untuk menghasilkan output maksimal. Kekuatan komputasi yang dimiliki komputer
ini sangat menakjubkan dan juga sangat mahal, karena itu komputer semacam ini
biasanya digunakan untuk penelitian berskala besar, misalnya pembuatan pesawat
terbang, misi luar angkasa.

Super Computer pertama yang dibuat manusia adalah CDC 6600. Yang paling
terkenal mungkin adalah Beowulf milik NASA yang tersusun atas 16 PC Pentium 4
Xeon. Super Computer tercepat saat ini (2003) adalah sebuah NEC earth-simulator
milik Jepang.

Gambar 1-2. Grid Computer

[c11-3-1-1-]

-------------------------------------------------------------------------------

Mainframe Computer

Mainframe Computer adalah sebuah sistem komputer yang mengumpulkan
device-device yang berfungsi sama atau bermacam -macam yang disatukan dalam
sebuah sistem yang saling berbagi.

Gambar 1-3. Mainframe Computer

[c11-3-1-2-]

Perkembangan sistem operasi dimulai dari sini dimana dimulai dengan batch
system dimana job-job yang mirip dikumpulkan dan dijalankan secara kelompok
kemudian setelah kelompok yang dijalankan tadi selesai maka secara otomatis
kelompok lain dijalankan.

Gambar 1-4. Batch System

[c11-3-1-2-]

Pada perkembangan berikutnya Multiprogrammed System diperkenalkan. Dengan
sistem ini job-job disimpan di main memory di waktu yang sama dan CPU
dipergunakan bergantian. Hal ini membutuhkan beberapa kemampuan tambahan yaitu
: Penyediaan I/O routine oleh sistem, Pengaturan memori untuk mengalokasikan
memory pada beberapa Job, penjadwalan CPU untuk memilih job mana yang akan
dijalankan, serta pengalokasian hardware lain.

Gambar 1-5. Multiprogram System

[c11-3-1-2-]

Lebih jauh lagi, digunakan Time-Sharing System/Multitasking - Interactive
Computing. Dengan sistem ini CPU digunakan bergantian oleh job-job di memori
dan di disk. CPU dialokasikan hanya pada job di memory dan job dipindahkan dari
dan ke disk. Hal ini membutuhkan terjadinya komunikasi antara user dan sistem
operasi, dimana ketika sistem operasi menyelesaikan satu perintah ia mencari
perintah berikutnya dari user akibatnya online system harus ada bagi user untuk
mengakses data dan kode.

-------------------------------------------------------------------------------

Mini Computer

Versi lebih kecil dari mainframe dengan lebih sedikit perlengkapan, biasanya
hanya digunakan untuk satu tugas spesifik. Dikembangkan dengan sistem modul
sehingga mudah diganti komponen-komponennya. Hal ini merupakan bentuk dasar
dari desktop computer.

Gambar 1-6. Mini Computer

[c11-3-1-3-]

-------------------------------------------------------------------------------

Workstation

Suatu model dari mainframe di mana sebuah komputer digunakan bersama-sama dalam
satu waktu dengan berpusat pada suatu kerja tertentu. Kadang sulit dibedakan
dari Mini Computer, karena ukurannya hampir sama. Komputer ini adalah model
dasar dari jaringan.

Gambar 1-7. Workstation

[c11-3-1-4-]

-------------------------------------------------------------------------------

Desktop Computer

Komputer jenis ini adalah komputer yang ukuran relatif kecil dan dapat
diletakkan di meja. Komputer ini ditujukan buat kenyamanan dan lebih reponsif
bagi pengguna komputer. Berbagai sistem operasi dapat berjalan dalam komputer
jenis ini.

Gambar 1-8. Desktop Computer

[c11-3-1-5-]

-------------------------------------------------------------------------------

Desknote Computer

Sebuah hybrid antara Desktop dan Laptop. Menggabungkan kemampuan Desktop
(Processor Desktop) dan portabilitas Laptop. Mudah digunakan dan dipindahkan ke
berbagai tempat yang memiliki catu daya listrik tapi tidak teralu mudah
dipindahkan atau portable untuk tempat tanpa catu daya listrik (karena
baterainya cepat habis)

Gambar 1-9. Desknote Computer

[c11-3-1-6-]

-------------------------------------------------------------------------------

Notebook Computer

Komputer portable (mudah dipindahkan) meniru konsep desktop tetapi jauh lebih
hemat dalam penggunaan daya listrik. Dapat digunakan di tempat tanpa catu daya
listrik (baterai bertahan cukup lama). Lebih nyaman digunakan untuk bekerja di
perjalanan atau pekerjaan yang menuntut fleksibilitas tempat. Kadang masih
sulit untuk menjalankan berbagai sistem operasi.

Gambar 1-10. Notebook Computer

[c11-3-1-7-]

-------------------------------------------------------------------------------

Handheld System

Sistem genggam adalah sebutan untuk komputer-komputer dengan ukuran kecil (
bisa digenggam ) dengan kemampuan tertentu. Beberapa contoh dari sistem ini
adalah Palm Pilots, PDA, dan telepon seluler.

Isu yang berkembang tentang sistem genggam adalah bagaimana merancang software
dan hardware yang sesuai dengan ukurannya yang kecil.

Dari sisi software, hambatan yang muncul adalah ukuran memori yang terbatas dan
ukuran monitor yang kecil. Kebanyakan sistem genggam pada saat ini memiliki
memori berukuran 512 KB hingga 8 MB. Dengan ukuran memori yang begitu kecil
jika dibandingkan dengan PC, sistem operasi dan aplikasi yang diperuntukkan
untuk sistem genggam harus dapat memanfaatkan memori secara efisien. Selain itu
mereka juga harus dirancang agar dapat ditampilkan secara optimal pada layar
yang berukuran sekitar 5 x 3 inci.

Dari sisi hardware, hambatan yang muncul adalah penggunaan sumber tenaga untuk
pemberdayaan sistem. Tantangan yang muncul adalah menciptakan sumber tenaga (
misalnya baterai ) dengan ukuran kecil tapi berkapasitas besar atau merancang
hardware dengan konsumsi sumber tenaga yang sedikit.

Secara umum, keterbatasan yang dimiliki oleh sistem genggam sesuai dengan
kegunaan / layanan yang disediakan. Sistem genggam biasanya dimanfaatkan untuk
hal-hal yang membutuhkan portabilitas suatu mesin seperti kamera, alat
komunikasi, MP3 Player dan lain lain.

-------------------------------------------------------------------------------

Embedded System

Mengacu pada sistem komputer yang bertugas mengendalikan tugas spesifik dari
suatu alat seperti mesin cuci digital, tv digital, radio digital. Terbatas dan
hampir tak memiliki user-interface.Biasanya melakukan tugasnya secara real-time
Merupakan sistem paling banyak dipakai dalam kehidupan.

-------------------------------------------------------------------------------

Klasifikasi Menurut Karakteristik

Klasifikasi ini berdasarkan ukuran sifat khas dari sebuah komputer. Biasanya
berkaitan erat dengan fungsinya.

-------------------------------------------------------------------------------

Single Processor / Uniprocessor

Dalam suatu komputer terdapat hanya satu prosesor. Keuntungan dari sistem ini :
Lebih mudah diimplementasikan karena tidak perlu memperhatikan sinkronisasi
antar prosesor, kemudahan kontrol terhadap prosesor karena sistem proteksi
tidak, teralu rumit, dan cenderung murah (bukan ekonomis).

Perlu dicatat yang dimaksud satu buah prosesor ini adalah satu buah prosesor
sebagai CPU/ Central Processing Unit . Hal ini ditekankan sebab ada beberapa
perangkat yang memang memiliki prosesor tersendiri di dalam perangkatnya
seperti VGA Card AGP, Optical Mouse, dll.

-------------------------------------------------------------------------------

Multiprocessor/Paralel System

Komputer ini memiliki lebih dari satu processor. Akibatnya meningkatkan jumlah
suatu proses yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu (pertambahan
throughput ). Perlu diingat hal ini tidak berarti daya komputasinya menjadi
meningkat sejumlah prosesornya. Yang meningkat adalah jumlah pekerjaan yang
bisa dilakukannya dalam waktu tertentu.

Uang yang terpakai lebih sedikit karena prosesor -prosesor terdapat dalam satu
komputer dan dapat membagi peripheral(ekonomis) seperti disk dan catu daya
listrik.

Jika satu processor mengalami suatu gangguan, maka proses yang terjadi masih
dapat berjalan dengan baik karena tugas prosesor yang terganggu diambil alih
oleh prosesor lain. Hal ini dikenal dengan istilah Graceful Degradation .
Sistemnya sendiri dikenal bersifat fault tolerant atau fail-soft system .

Ada dua jenis multiprocessor system yaitu Symmetric MultiProcessing (SMP) dan
Asymmetric MultiProcessing (ASMP). Dalam SMP setiap prosesor menjalankan
salinan identik dari sistem operasi dan banyak job yang dapat berjalan di suatu
waktu tanpa pengurangan performance. Sementara itu dalam ASMP setiap prosesor
diberikan suatu tugas yang spesifik. Sebuah prosesor bertindak sebagai Master
processor yang bertugas menjadwalkan dan mengalokasikan pekerjaan pada prosesor
lain yang disebut slave processors . Umumnya ASMP dipake pada sistem yang
besar.

-------------------------------------------------------------------------------

Personal Computer

Sebuah komputer yang dirancang hanya digunakan oleh satu orang dalam suatu
waktu. Harganya cenderung lebih murah dan biasanya mampu mengerjakan berbagai
macam tugas.

-------------------------------------------------------------------------------

Distributed System

Melaksanakan komputasi secara terdistribusi diantara beberapa prosesor. Hanya
saja komputasinya bersifat Loosely coupled system yaitu setiap prosesor
mempunyai local memory sendiri. Komunikasi terjadi melalui bus atau jalur
telepon. Keuntungannya hampir sama dengan multiprocessor, yaitu adanya
pembagian sumber daya dan komputasi lebih cepat. Namun, pada distributed system
juga terdapat keuntungan lain, yaitu memungkinkan komunikasi antar komputer.

Terdiri atas dua model yaitu Client-Server Systems di mana hampir seluruh
proses dilakukan terpusat di server berdasarkan permintaan client . Model ini
masih dibagi dua jenis lagi yaitu compute server system di mana server
menyediakan sarana komputasi dan file server system di mana server menyediakan
tempat penyimpanan data.

Model yang lain adalah Peer-to-peer (P2P) System beberapa komputer saling
bertukar data.

Contoh penerapan Distributed System : Small Area Network (SAN) . Local Area
Network (LAN), Metropolitan Area Network (MAN), Online Service (OL) / Outernet,
Wide Area Network (WAN) / International Network (Internet) .

Gambar 1-11. Distributed System

[c11-3-2-4-]

-------------------------------------------------------------------------------

Clustered System

Secara umum, sistem kluster adalah gabungan dari beberapa sistem individual (
komputer ) yang dikumpulkan pada suatu lokasi, saling berbagi tempat
penyimpanan data ( storage ), dan saling terhubung dalam jaringan lokal ( Local
Area Network ).

Sistem kluster memiliki persamaan dengan sistem paralel dalam hal menggabungkan
beberapa CPU untuk meningkatkan kinerja komputasi. Jika salah satu mesin
mengalami masalah dalam menjalankan tugas maka mesin lain dapat mengambil alih
pelaksanaan tugas itu. Dengan demikian, sistem akan lebih andal dan fault
tolerant dalam melakukan komputasi.

Dalam hal jaringan, sistem kluster mirip dengan sistem terdistribusi (
distributed system ). Bedanya, jika jaringan pada sistem terdistribusi
melingkupi komputer-komputer yang lokasinya tersebar maka jaringan pada sistem
kluster menghubungkan banyak komputer yang dikumpulkan dalam satu tempat.

Dalam ruang lingkup jaringan lokal, sistem kluster memiliki beberapa model
dalam pelaksanaannya : asimetris dan simetris. Kedua model ini berbeda dalam
hal pengawasan mesin yang sedang bekerja.

Pengawasan dalam model asimetris menempatkan suatu mesin yang tidak melakukan
kegiatan apapun selain bersiap-siaga mengawasi mesin yang bekerja. Jika mesin
itu mengalami masalah maka pengawas akan segera mengambil alih tugasnya. Mesin
yang khusus bertindak pengawas ini tidak diterapkan dalam model simetris.
Sebagai gantinya, mesin-mesin yang melakukan komputasi saling mengawasi keadaan
mereka. Mesin lain akan mengambil alih tugas mesin yang sedang mengalami
masalah.

Jika dilihat dari segi efisiensi penggunaan mesin, model simetris lebih unggul
daripada model asimetris. Hal ini disebabkan terdapat mesin yang tidak
melakukan kegiatan apapun selain mengawasi mesin lain pada model asimetris.
Mesin yang 'menganggur' ini dimanfaatkan untuk melakukan komputasi pada model
simetris. Inilah yang membuat model simetris lebih efisien.

Isu yang menarik tentang sistem kluster adalah bagaimana mengatur mesin-mesin
penyusun sistem dalam berbagi tempat penyimpanan data ( storage ). Untuk saat
ini, biasanya sistem kluster hanya terdiri dari 2 hingga 4 mesin berhubung
kerumitan dalam mengatur akses mesin-mesin ini ke tempat penyimpanan data.

Isu di atas juga berkembang menjadi bagaimana menerapkan sistem kluster secara
paralel atau dalam jaringan yang lebih luas ( Wide Area Network ). Hal penting
yang berkaitan dengan penerapan sistem kluster secara paralel adalah kemampuan
mesin-mesin penyusun sistem untuk mengakses data di storage secara serentak.
Berbagai software khusus dikembangkan untuk mendukung kemampuan itu karena
kebanyakan sistem operasi tidak menyediakan fasilitas yang memadai. Salah satu
contoh software -nya adalah Oracle Parallel Server yang khusus didesain untuk
sistem kluster paralel.

Seiring dengan perkembangan pesat teknologi kluster, sistim kluster diharapkan
tidak lagi terbatas pada sekumpulan mesin pada satu lokasi yang terhubung dalam
jaringan lokal. Riset dan penelitian sedang dilakukan agar pada suatu saat
sistem kluster dapat melingkupi berbagai mesin yang tersebar di seluruh belahan
dunia.

-------------------------------------------------------------------------------

Real Time Systems/Sistem Waktu Nyata

Sistem waktu nyata adalah suatu sistem yang mengharuskan suatu komputasi
selesai dalam jangka waktu tertentu. Jika komputasi ternyata belum selesai maka
sistem dianggap gagal dalam melakukan tugasnya.

Sistem waktu nyata memiliki dua model dalam pelaksanaannya : hard real time
system dan soft real time system . Hard real time system menjamin suatu proses
yang paling penting dalam sistem akan selesai dalam jangka waktu yang valid.
Jaminan waktu yang ketat ini berdampak pada operasi dan perangkat keras (
hardware ) yang mendukung sistem. Operasi I/O dalam sistem, seperti akses data
ke storage, harus selesai dalam jangka waktu tertentu. Dari segi ( hardware ),
memori jangka pendek ( short-term memory ) atau read-only memory ( ROM )
menggantikan hard-disk sebagai tempat penyimpanan data. Kedua jenis memori ini
dapat mempertahankan data mereka tanpa suplai energi. Ketatnya aturan waktu dan
keterbatasan hardware dalam sistem ini membuat ia sulit untuk dikombinasikan
dengan sistem lain, seperti sistim multiprosesor dengan sistem time-sharing .

Soft real time system tidak memberlakukan aturan waktu seketat hard real time
system. Namun, sistem ini menjamin bahwa suatu proses terpenting selalu
mendapat prioritas tertinggi untuk diselesaikan diantara proses-proses lainnya.
Sama halnya dengan hard real time system , berbagai operasi dalam sistem tetap
harus ada batas waktu maksimum.

Aplikasi sistem waktu nyata banyak digunakan dalam bidang penelitian ilmiah,
sistem pencitraan medis, sistem kontrol industri, dan industri peralatan rumah
tangga. Dalam bidang pencitraan medis, sistem kontrol industri, dan industri
peralatan rumah tangga, model waktu nyata yang banyak digunakan adalah model
hard real time system . Sedangkan dalam bidang penelitian ilmiah dan bidang
lain yang sejenis digunakan model soft real time system .

-------------------------------------------------------------------------------

Klasifikasi Menurut Jenis Data yang Diolah

Klasifikasi ini berdasarkan ukuran sifat data yang menjadi masukan bagi
komputer.

-------------------------------------------------------------------------------

Digital Computer

Komputer yang mengolah data berdasarkan input-input dari pulsa elektronik dan
bersifat abstrak.

-------------------------------------------------------------------------------

Analog Computer

Menurut Gramacomp Team, komputer ini adalah komputer yang mengolah data
berdasarkan input-input dari keadaan lingkungan komputer yang nyata seperti
suhu, kelembaban, dll

-------------------------------------------------------------------------------

Hybrid Computer

Gabungan komputer digital dan analog, mengolah data digital sekaligus data
analog.

-------------------------------------------------------------------------------

Lingkungan Komputasi

Lingkungan komputasi adalah suatu lingkungan di mana sistem komputer digunakan.
Lingkungan komputasi dapat dikelompokkan menjadi empat jenis : komputasi
tradisional, komputasi berbasis jaringan, dan komputasi embedded, serta
komputasi grid .

Pada awalnya komputasi tradisional hanya meliputi penggunaan komputer meja (
desktop ) untuk pemakaian pribadi di kantor atau di rumah. Namun, seiring
dengan perkembangan teknologi maka komputasi tradisional sekarang sudah
meliputi penggunaan teknologi jaringan yang diterapkan mulai dari desktop
hingga sistem genggam. Perubahan yang begitu drastis ini membuat batas antara
komputasi tradisional dan komputasi berbasis jaringan sudah tidak jelas lagi.

Komputasi berbasis jaringan menyediakan fasilitas pengaksesan data yang luas
oleh berbagai perangkat elektronik. Akses tersedia asalkan perangkat elektronik
itu terhubung dalam jaringan, baik dengan kabel maupun nirkabel.

Komputasi embedded melibatkan komputer embedded yang menjalankan tugasnya
secara real-time . Lingkungan komputasi ini banyak ditemui pada bidang
industri, penelitian ilmiah, dan lain sebagainya.

Komputasi model terbaru ini juga berbasis jaringan dengan clustered system .
Digunakan super computer untuk melakukan komputasinya. Pada model ini komputasi
dikembangkan melalui pc-farm . Perbedaan yang nyata dengan komputasi berbasis
jaringan adalah bahwa komputasi berbasis grid dilakukan bersama-sama seperti
sebuah multiprocessor dan tidak hanya melakukan pertukaran data seperti pada
komputasi berbasis jaringan.

-------------------------------------------------------------------------------

Struktur Sistem Komputer

Tidak ada suatu ketentuan khusus tentang bagaimana seharusnya struktur sistem
sebuah komputer. Setiap ahli dan desainer arsitektur komputer memiliki
pandangannya masing-masing. Akan tetapi, untuk mempermudah kita memahami detail
dari sistem operasi di bab-bab berikutnya, kita perlu memiliki pengetahuan umum
tentang struktur sistem komputer.

-------------------------------------------------------------------------------

Operasi Sistem Komputer

Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah device controller
yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya,
setiap device controller bertanggung jawab atas sebuah hardware spesisfik.
Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses
ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi.
Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk
sinkronisasi akses memori.

Gambar 1-12. Arsitektur Umum Komputer

[c12-1-f1-a]

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk
meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus . Tiap bus merupakan jalur
data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU
(VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal
dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat
dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus
lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini
digunakan sebuah bridge .

Tanggung jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi
sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai
bus master . Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu,
bus hanya berisi data dari satu buah device .

Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset .

Gambar 1-13. Arsitektur PC Modern

[c12-1-f2-a]

NB: GPU = Graphics Processing Unit; AGP = Accelerated Graphics Port; HDD = Hard
Disk Drive; FDD = Floppy Disk Drive; FSB = Front Side Bus; USB = Universal
Serial Bus; PCI = Peripheral Component Interconnect; RTC = Real Time Clock;
PATA = Pararel Advanced Technology Attachment; SATA = Serial Advanced
Technology Attachment; ISA = Industry Standard Architecture; IDE = Intelligent
Drive Electronics/Integrated Drive Electronics; MCA = Micro Channel
Architecture; PS/2 =Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke
PC;

Jika komputer dinyalakan, yang dikenal dengan nama booting, komputer akan
menjalankan bootstrap program yaitu sebuah program sederhana yang disimpan
dalam ROM yang berbentuk chip CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) .
Chip CMOS modern biasanya bertipe EEPROM(Electrically Erasable Programmable
Read Only Memory), yaitu memori non-volatile (tak terhapus jika power
dimatikan) yang dapat ditulis dan dihapus dengan pulsa elektronik. Lalu
bootsrap program ini lebih dikenal sebagai BIOS (Basic Input Output System) .

Bootstrap program utama, yang biasanya terletak di Motherboard akan memeriksa
hardware-hardware utama dan melakukan inisialisasi terhadap program dalam
hardware yang dikenal dengan nama firmware .

Bootstrap program utama kemudian akan mencari dan meload kernel sistem operasi
ke memori lalu dilanjutkan dengan inisialisasi sistem operasi.Dari sini program
sistem operasi akan menunggu kejadian tertentu. Kejadian ini akan menentukan
apa yang akan dilakukan sistem operasi berikutnya ( event-driven ).

Kejadian ini pada komputer modern biasanya ditandai dengan munculnya interrupt
dari software atau hardware, sehingga Sistem Operasi ini disebut
Interrupt-driven. Interrupt dari hardware biasanya dikirimkan melalui suatu
signal tertentu, sedangkan software mengirim interrupt dengan cara menjalankan
system call atau juga dikenal dengan istilah monitor call . System/Monitor call
ini akan menyebabkan trap yaitu interrupt khusus yang dihasilkan oleh software
karena adanya masalah atau permintaan terhadap layanan sistem operasi. Trap ini
juga sering disebut sebagai exception .

Setiap interrupt terjadi, sekumpulan kode yang dikenal sebagai ISR (Interrupt
Service Routine) akan menentukan tindakan yang akan diambil. Untuk menentukan
tindakan yang harus dilakukan, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu polling
yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk
menyelidiki sumber interrupt dan dengan cara menggunakan alamat-alamat ISR yang
disimpan dalam array yang dikenal sebagai interrupt vector di mana sistem akan
memeriksa Interrupt Vector setiap kali interrupt terjadi.

Arsitektur interrupt harus mampu untuk menyimpan alamat instruksi yang di-
interrupt . Pada komputer lama, alamat ini disimpan di tempat tertentu yang
tetap, sedangkan padakomputer baru, alamat itu disimpan di stack bersama-sama
dengan informasi state saat itu.

-------------------------------------------------------------------------------

Struktur I/O

Ada dua macam tindakan jika ada operasi I/O . Kedua macam tindakan itu adalah:

Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program saat proses I/
O selesai (Synchronous). Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interrupt
berikutnya. Akan terjadi Wait loop (untuk menunggu akses berikutnya). Paling
banyak satu proses I/O yang berjalan dalam satu waktu.

Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program tanpa menunggu
proses I/O selesai (Asynchronous). System call permintaan pada sistem operasi
untuk mengizinkan user menunggu sampai I/O selesai.Device-status table
mengandung data masukkan untuk tiap I/O device yang menjelaskan tipe, alamat,
dan keadaannya. Sistem operasi memeriksa I/O device untuk mengetahui keadaan
device dan mengubah tabel untuk memasukkan interrupt. Jika I/O device mengirim/
mengambil data ke/dari memory hal ini dikenal dengan nama (Direct Memory
Access) DMA.

Gambar 1-14. Struktur I/O

[c12-2-f1-s]

-------------------------------------------------------------------------------

Direct Memory Access

Digunakan untuk I/O device yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi
(mendekati frekuensi bus memori). Device controller memindahkan data dalam
blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur
tangan prosesor. Interrupt hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte
data. Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA
Controller (DMAC) . DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori
dan I/O device. Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data,
panjang data ke DMA Controller . . Interrupt pada prosesor hanya terjadi saat
proses transfer selesai. Hak terhadap penggunaan bus memory yang diperlukan DMA
controller didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa
chipset Northbridge .

-------------------------------------------------------------------------------

Bus

Suatu jalur transfer data yang menghubungkan setiap device pada komputer. Hanya
ada satu buah device yang boleh mengirimkan data melewati sebuah bus, akan
tetapi boleh lebih dari satu device yang membaca data bus tersebut. Terdiri
dari dua buah model: Synchronous bus di mana digunakan dengan bantuan clock
tetapi berkecepatan tinggi, tapi hanya untuk device berkecepatan tinggi juga;
Asynchronous bus digunakan dengan sistem handshake tetapi berkecepatan rendah,
dapat digunakan untuk berbagai macam device .

-------------------------------------------------------------------------------

Struktur Storage

Hal penting yang perlu diingat adalah program adalah bagian dari data.

-------------------------------------------------------------------------------

Register

Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di
prosesor yang berkecepatan sangat tinggi. Register ini berada di dalam prosesor
dengan jumlah yang sangat terbatas karena fungsinya sebagai tempat perhitungan/
komputasi data

-------------------------------------------------------------------------------

Cache Memory

Tempat penyimpanan sementara ( volatile ) sejumlah kecil data untuk
meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh
prosesor yang berkecepatan tinggi. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan
dapat ditambahkan. Misalnya pipeline burst cache yang biasa ada di komputer
awal tahun 90-an. Akan tetapi seiring menurunnya biaya produksi die atau wafer
dan untuk meningkatkan kinerja, cache ditanamkan di prosesor. Memori ini
biasanya dibuat berdasarkan desain static memory.

-------------------------------------------------------------------------------

Random Access Memory (RAM) - Main Memory

Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung
oleh prosesor. Pengertian langsung di sini berarti prosesor dapat mengetahui
alamat data yang ada di memori secara langsung. Sekarang, RAM dapat diperoleh
dengan harga yang cukup murah dangan kinerja yang bahkan dapat melewati cache
pada komputer yang lebih lama.

-------------------------------------------------------------------------------

Extension Memory

Tambahan memory yang digunakan untuk membantu proses-proses dalam komputer,
biasanya berupa buffer. Peranan tambahan memori ini sering dilupakan akan
tetapi sangat penting artinya untuk efisiensi. Biasanya tambahan memori ini
memberi gambaran kasar kemampuan dari perangkat tersebut, sebagai contoh
misalnya jumlah VGA memory, soundcard memory.

-------------------------------------------------------------------------------

Secondary Storage

Media penyimpanan data yang non-volatile yang dapat berupa Flash Drive, Optical
Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup
besar dengan harga yang relatif murah. Portability-nya juga relatif lebih
tinggi.

Gambar 1-15. Struktur Harddisk

[c12-3-5-f1]

Gambar 1-16. Struktur Optical Drive

[c12-3-5-f2]

-------------------------------------------------------------------------------

Hirarki Storage

Dasar susunan sistem storage adalah kecepatan, biaya, sifat volatilitas.
Caching menyalin informasi ke storage media yang lebih cepat; Main memory dapat
dilihat sebagai cache terakhir untuk secondary storage . Menggunakan memory
berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir. Dibutuhkan cache
management policy. Cache juga memperkenalkan tingkat lain di hirarki storage.
Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level
agar tetap konsisten.

Gambar 1-17. Hirarki storage

[c12-4-f1-h]

-------------------------------------------------------------------------------

Proteksi Hardware dan Struktur Jaringan

Proteksi Perangkat Keras

Dual Mode Operation

Membagi sumber daya sistem yang memerlukan sistem operasi untuk menjamin bahwa
program yang salah tidak menyebabkan program lain berjalan salah juga.
Menyediakan dukungan hardware untuk membedakan minimal dua mode operasi yaitu:
User Mode - Eksekusi dikendalikan oleh user; Monitor/Kernel/System Mode -
Eksekusi dikendalikan oleh sistem operasi. Instruksi tertentu hanya berjalan di
mode ini. (Privileged Instruction). Ditambahkan sebuah bit penanda operasi.
Jika terjadi interrupt, maka hardware berpindah ke monitor mode .

Gambar 1-18. Dual Mode Operation

[c13-1-1-f1]

-------------------------------------------------------------------------------

I/O Protection

Semua instruksi I/O umumnya Privileged Instruction (kecuali pada DOS, dan
program tertentu). Harus menjamin user program tidak dapat mengambil alih
kontrol komputer di monitor mode.

Gambar 1-19. I/O Protection

[c13-1-2-f1]

-------------------------------------------------------------------------------

Memory Protection

Harus menyediakan perlindungan terhadap memori minimal untuk interrupt vector
dan interrupt service routine . Ditambahkan dua register yang menentukan di
mana alamat legal sebuah program boleh mengakses, yaitu base register untuk
menyimpan alamat awal yang legal dan limit register untuk menyimpan ukuran
memori yang boleh diakses Memori di luar jangkauan dilindungi.

Gambar 1-20. Memory Protection

[c13-1-3-f1]

-------------------------------------------------------------------------------

CPU Protection

Timer melakukan interrupt setelah perioda waktu tertentu untuk menjamin kontrol
sistem operasi. Timer diturunkan setiap clock. Ketika timer mencapai nol,
sebuah Interrupt terjadi. Timer biasanya digunakan untuk mengimplementasikan
pembagian waktu. Timer dapat juga digunakan untuk menghitung waktu sekarang
walaupun fungsinya sekarang ini sudah digantikan Real Time Clock (RTC). (System
Clock Timer terpisah dari Pencacah Waktu). Timer sekarang secara hardware lebih
dikenal sebagai System Timer/ CPU Timer . Load Timer juga Privileged
Instruction .

-------------------------------------------------------------------------------

Struktur Jaringan

-------------------------------------------------------------------------------

Local Area Network

Muncul untuk menggantikan komputer besar. Dirancang untuk melingkupi suatu
daerah yang kecil. Menggunakan peralatan berkecepatan lebih tinggi daripada WAN
. Hanya terdiri atas sejumlah kecil komputer.

Gambar 1-21. Local Area Network

[c13-2-1-f1]

-------------------------------------------------------------------------------

Wide Area Network

Menghubungkan daerah yang lebih luas. Lebih lambat, dihubungkan oleh router
melalui jaringan telepon.

Gambar 1-22. Wide Area Network

[c13-2-2-f1]

-------------------------------------------------------------------------------

Rangkuman

Sistem operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan
utama. Pertama, sistem operasi mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi
untuk memastikan pendayagunaan yang baik dari sistem komputasi tersebut. Kedua,
menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari
program.

Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsol. Perangkat lunak
seperti assembler, loader, linkerdan compiler meningkatkan kenyamanan dari
sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up yang banyak. Untuk
mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa operator dan menggabungkan
tugas-tugas yang sama (sistem batch).

Sistem batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan
sistem operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam
utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna.
Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan
alat-alat untuk I/O relatif terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari
alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan beberapa sistem
reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU. Untuk meningkatkan
keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan
konsep multiprogramming .

Dengan multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori dalam satu waktu;
CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi CPU dan mengurangi
total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas tersebut.
Multiprogramming, yang dibuat untuk meningkatkan kemampuan, juga mengizinkan
time sharing . Sistem operasi yang bersifat time-shared memperbolehkan banyak
pengguna untuk menggunakan komputer secara interaktif pada saat yang bersamaan.

PC adalah mikrokomputer yang dianggap lebih kecil dan lebih murah dibandingkan
komputer mainframe. Sistem operasi untuk komputer-komputer seperti ini
diuntungkan oleh pengembangan sistem operasi untuk komputer mainframe dalam
beberapa hal. Namun, semenjak penggunaan komputer untuk keperluan pribadi, maka
utilisasi CPU tidak lagi menjadi perhatian utama. Karena itu, beberapa desain
untuk komputer mainframe tidak cocok untuk sistem yang lebih kecil.

Paralel System mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat;
CPU-CPU tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang berbagi memori dan
perangkat yang lainnya. Sistem seperti itu dapat meningkatkan throughput dan
reliabilititas.

Sistem hard real-time sering kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk
applikasi yang dedicated. Sistem operasi yang hard real-time mempunyai batasan
waktu yang tetap yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai
dalam batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal.

Sistem soft real-time mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan
tidak mendukung penjadwalan dengan menggunakan batas akhir. Pengaruh dari
internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong pengembangan sistem
operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak jaringan dan
komunikasi sebagai satu kesatuan.

Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan
melampaui batas operasi (overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin. Hal seperti itu
memerlukan perpindahan data antara CPU dan alat I/O, ditangani baik dengan
polling atau interrupt-drivenakses ke I/O port, atau dengan perpindahan DMA.
Agar komputer dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut harus
berada di memori utama (main memory).

Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang besar yang dapat
diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array dari word atau
byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap word memiliki
alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang volatile, dimana
isinya hilang bila sumber energinya (energi listrik) dimatikan. Kebanyakan
sistem komputer menyediakan secondary storage sebagai perluasan dari memori
utama. Syarat utama dari secondary storage adalah dapat menyimpan data dalam
jumlah besar secara permanen.

Secondary storage yang paling umum adalah disk magnetik, yang meyediakan
penyimpanan untuk program mau pun data. Disk magnetik adalah alat penyimpanan
data yang nonvolatile yang juga menyediakan akses secara random. Tape magnetik
digunakan terutama untuk backup, penyimpanan informasi yang jarang digunakan,
dan sebagai media pemindahan informasi dari satu sistem ke sistem yang lain.

Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat d isusun dalam hirarki
berdasarkan kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas adalah yang paling
mahal, tapi cepat. Semakin kebawah, biaya perbit menurun, sedangkan waktu
aksesnya semakin bertambah (semakin lambat).

Sistem operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk
mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem,
perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa
perintah (seperti perintah I/O dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan
hanya dapat dijalankan dalam mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari
modifikasi oleh pengguna. Timer mencegah terjadinya pengulangan secara terus
menerus (infinite loop). Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman
memori, timer interrupt ) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem
operasi untuk mencapai operasi yang sesuai.

-------------------------------------------------------------------------------

Latihan

 1. Sebutkan tiga tujuan utama dari sebuah sistem operasi!
   
 2. Apakah keuntungan utama dari multiprogramming?
   
 3. Apakah perbedaan utama antara komputer mainframe dengan PC?
   
 4. Untuk jenis operasi apakah DMA itu berguna? Jelaskan jawabannya!
   
 5. Sebutkan kendala-kendala yang harus diatasi oleh programmer dalam menulis
    sistem operasi untuk lingkungan waktu nyata!
   
 6. Jelaskan perbedaan antara symmetric dan asymmetric multiprocessing.
    Sebutkan keuntungan dan kerugian dari sistem multiprocessor.
   
 7. Beberapa CPU menyediakan lebih dari dua mode operasi. Sebutkan dua
    kemungkinan penggunaan dari mode tersebut?
   
 8. Sebutkan dua kegunaan dari memory cache! Problem apakah yang dapat
    dipecahkan dan juga muncul dengan adanya cache tersebut?
   
 9. Apakah perbedaan antara trap dan interrupt? Sebutkan penggunaan dari setiap
    fungsi tersebut
   
10. Sebutkan 3 kelas komputer menurut jenis datanya!
   
-------------------------------------------------------------------------------

Bab 2. Konsep Dasar Sistem Operasi

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 3. Proses dan Penjadwalan

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 4. Sinkronisasi dan Deadlock

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 5. Managemen Memori

-------------------------------------------------------------------------------

Swapping

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 6. Sistem Berkas

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 7. I/O

-------------------------------------------------------------------------------

Bab 8. Studi Kasus: GNU/Linux

-------------------------------------------------------------------------------

Daftar Pustaka

[Silberschatz2000] Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Grag Gagne, 2000,
Applied Operating Systems: First Edition, Edisi Pertama, John Wiley & Sons.

[introGramacomp] Team Gramacomp, 1996, Introduksi Komputer, Edisi Pertama,
Gramedia.

[KennethRosen1999] Kenneth H. Rosen, 1999, Discrete Mathematics and Its
Application, McGraw Hill.

[pok1] Carl V. Hamacher dan dkk, 2002, Computer Organization: Fifth Edition,
Edisi Kelima, McGraw-Hill.

[pok2] David Patterson dan John Hennessy, 1991, Computer Organization & Design:
The Hardware/Software Interface, Edisi Pertama, Morgan Kaufmann Publishers,
Inc..

[webopedia] Team Jupitermedia, 2003, HTML: Webopedia, 2003, Jupitermedia
Corporation.

[msdnoct2003] Press Microsoft, 2003, MSDN Library: , October 2003, Microsoft
Press.

[Stallings2001] William Stallings, 2001, Operating Systems, Prentice Hall.

[Tanenbaum1992] Andrew S. Tanenbaum, 1992, Modern Operating Systems,
Prentice-Hall Inc..