Upload
duongduong
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 1/65
Sistem KomputerSistem Operasi (TKE133117)
Program Studi Teknik Elektro, Unsoed
Iwan Setiawan <stwn at unsoed.ac.id>
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 2/65
Sistem Operasi?
● Memanfaatkan sumber daya perangkat keras, dari satu atau lebih prosesor, yang digunakan untuk memberikan layanan pada pengguna sistem.
● Mengelola memori sekunder dan perangkat-perangkat I/O.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 3/65
Elemen Sistem Komputer
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 4/65
Prosesor
● Mengendalikan operasi komputer.
● Menjalankan fungsi pemrosesan data.
● Disebut sebagai Central Processing Unit (CPU), pada sistem komputer dengan prosesor tunggal/uniprosesor.
● Register alamat memori (MAR): menentukan alamat memori untuk pembacaan dan penulisan selanjutnya.
● Register bufer memori (MBR): berisi data yang akan dibaca/dituliskan dari/ke memori.
● Register alamat I/O (I/O AR): menentukan perangkat I/O.
● Register bufer I/O (I/O BR) digunakan untuk pertukaran data antara modul I/O dan prosesor.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 5/65
ISA dan Microarchitecture
● Instruction Set Architecture (ISA): set kode untuk operasi CPU.
● Bahasa mesin/rakitan/assembly.● Set instruksi, register prosesor, ukuran word, mode
pengalamatan memori, format alamat dan data.● Microarchitecture: berada di bawah ISA yang berisi data
path, elemen pemrosesan data, dan elemen penyimpanan data. Implementasi bagaimana ISA dapat dilakukan pada sebuah arsitektur CPU.
● Baca ringkasannya di Wikipedia/Computer_architecture dan lihat referensi serta pranala eksternalnya.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 6/65
Memori Utama
● Berfungsi untuk menyimpan data dan program.
● Secara umum bersifat volatil/volatile/“sementara”.
● Informasi yang ada di dalam memori akan hilang ketika komputer dimatikan.
● Berbeda dengan memori diska yang akan tetap menyimpan informasi walaupun komputer dimatikan.
● Disebut pula dengan memori nyata/memori utama (real memory atau primary memory).
● Modul memori terdiri dari banyak lokasi yang didefinisikan dengan alamat berupa urutan angka.
● Setiap lokasi berisi pola bit tertentu yang dapat diinterpretasikan sebagai instruksi atau data.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 7/65
Modul I/O
● Masukan dan keluaran. Input/Output (I/O).
● Untuk memindahkan data antara komputer (prosesor/memori) dan lingkungan eksternalnya.
● Lingkungan eksternal terdiri dari bermacam perangkat termasuk perangkat memori sekunder seperti diska atau harddrive, perangkat komunikasi, dan terminal.
● Memiliki bufer internal untuk menyimpan data sementara.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 8/65
Bus Sistem
● Menyediakan jalur komunikasi antar komponen di dalam sebuah sistem komputer yaitu prosesor, memori utama, dan modul I/O.
Tane
nba
um, 2
009.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 9/65
Stallings, 2011.
Komponen Komputer: Top-level View
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 10/65
Mikroprosesor
● Revolusi di perangkat keras, sehingga muncul komputasi destop dan bergerak.
● Prosesor dalam cip tunggal.
● Prosesor yang semakin cepat untuk komputasi bertujuan umum (general purpose).
● Sekarang muncul multiprosesor dan multiinti. Bedanya?
● Setiap cip/soket berisi lebih dari satu prosesor (inti/core).● Ukuran memori cache yang besar (bertingkat, L1/L2/L3).● Setiap inti memiliki prosesor logikal yang berbagi unit
eksekusi. Umumnya terdapat 2 (hardware) thread untuk masing-masing inti. Cek spesifikasi prosesor.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 11/65
Graphical Processing Unit (GPU)
● Menyediakan komputasi yang efisien pada sederetan (array) data dengan menggunakan teknik Single-Instruction Multiple Data (SIMD).
● Saat ini GPU sudah memiliki banyak inti untuk melakukan teknik tersebut.
● “Superkomputer” dan komputasi paralel.● Semakin banyak CPU mulai memiliki kemampuan ini.
● Umumnya digunakan untuk melakukan pengolahan dan rendering grafis.
● Digunakan pula untuk pemrosesan numerik, simulasi fisik pada gim/permainan, atau tabel/spreadsheet yang besar.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 12/65
Digital Signal Processor (DSP)
● Menangani sinyal streaming seperti audio dan video.
● Umumnya ditanamkan pada perangkat (embedded).
● Contoh pada modem dan perangkat portabel.● Pada perangkat-perangkat khusus memberikan:
– dukungan enkoding/dekoding suara dan video (codec);
– dukungan enkripsi dan keamanan.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 13/65
System on a Chip (SoC)
● Kebutuhan untuk perangkat bergerak/portabel.
● CPU dan cache terintegrasi ke dalam sebuah cip, bersama dengan DSP, GPU, memori utama, serta perangkat I/O seperti radio dan codec.
● Umumnya paling tidak terdapat CPU dan GPU yang terintegrasi dalam satu cip.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 14/65
Single-Board Computer (SBC)
Lucasbosch, CC By-SA, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Raspberry_Pi_B%2B_top.jpg
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 15/65
Single-Board Computer (SBC)
TimGremalm, CC By-SA, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Raspberrypi_pcb_overview_v04.svg
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 17/65
Sebuah program terdiri dari set instruksiyang tersimpan di dalam memori.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 18/65
Pemrosesan Instruksi (1)
● Prosesor membaca/mengambil sebuah instruksi dari memori.
● Prosesor menjalankan instruksi tersebut.
● Siklus instruksi dasar:
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 19/65
Pemrosesan Instruksi (2)
● Eksekusi instruksi dapat melibatkan banyak operasi.
● Program Counter (PC) menyimpan alamat instruksi selanjutnya.
● Secara umum isi PC akan diinkremen di setiap pengambilan instruksi, sesuai dengan lokasi alamat memori selanjutnya atau yang lebih tinggi.
● Instruksi yang diambil akan dimuat ke dalam register instruksi (IR) dan instruksi akan berisi bit yang menentukan aksi yang harus dilakukan oleh prosesor.
● Prosesor menerjemahkan instruksi yang ada di dalam IR dan melakukan aksi sesuai dengan kategori:
● prosesor-memori, prosesor-I/O, pemrosesan data (aritmatika atau logika), kontrol (contoh: mengeset PC ke alamat tertentu).
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 20/65
Stallings, 2011.
Komponen Komputer: Top-level View
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 21/65
Contoh Eksekusi Program (Hal. 12-13)
Stallings, 2011.AC=Accumulator, single data register.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 23/65
Interrupt
● Setiap komputer menyediakan mekanisme yang dapat digunakan modul-modul di dalamnya seperti memori dan I/O untuk melakukan interupsi pada urutan normal aksi prosesor.
● Disediakan untuk meningkatkan utilisasi prosesor.
● Kebanyakkan perangkat I/O lebih lambat daripada prosesor.● Prosesor harus berhenti dulu dan menunggu perangkat
yang sedang bekerja. Lihak siklus instruksi dasar.● Waktu tunggu prosesor dapat mencapai orde ribuan bahkan
jutaan siklus instruksi.● Komputer 1 GHz secara kasar dapat menjalankan 109
instruksi per detik. Hard disk 7200 RPM membutuhkan waktu half-track rotation sebesar ~4 ms.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 24/65
Interrupt dan Tanpa Interrupt (Hal. 14-15)
Stallings, 2012.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 25/65
Program I/O
● Urutan instruksi untuk menyiapkan operasi I/O, termasuk menyalin data ke bufer khusus dan menyiapkan parameter perintah untuk perangkat.
● Perintah I/O yang sebenarnya.
● Program menunggu sampai perintah I/O ini selesai.● Umumnya disertai dengan pemeriksaan atau polling
status perangkat.● Urutan instruksi untuk menyelesaikan operasi I/O.
● Melakukan set flag status operasi berhasil atau gagal.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 26/65
Siklus Instruksi dengan Interrupt
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 27/65
Diagram Pewaktu
Sta
lling
s, 2
011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 28/65
Sebuah interrupt dapat memicu kejadian, baik pada perangkat keras prosesor maupun
perangkat lunak.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 29/65
Kelas-Kelas Interrupt
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 30/65
Pemrosesan Interrupt (1)
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 31/65
Pemrosesan Interrupt (2)
● Program Status Word (PSW) berisi informasi status proses yang sedang berjalan saat itu, termasuk penggunaan memori, kode kondisi, dan informasi lain seperti bit interrupt aktif/tidak, bit mode kernel/pengguna.
● Banyak interrupt. Contoh: sebuah program melakukan pencetakan, atau menerima data dari jalur komunikasi.
● Setiap operasi pencetakan selesai, terjadi interrupt.● Setiap unit data yang sampai, terjadi interrupt.
● Pendekatan ketika terjadi banyak interrupt:
● menonaktifkan interrupt saat interrupt lain sedang dalam pemrosesan,
● penggunaan skema prioritas interrupt.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 32/65
Perubahan Saat Terjadi Interrupt
Sta
llin
gs, 2
011
.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 33/65
Banyak Interrupt (1)
Sta
llin
gs, 2
011
.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 34/65
Banyak Interrupt (2)
Sta
lling
s, 2
011
.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 36/65
Memori
● Kendala dalam penggunaan memori: kapasitas, kecepatan, harga.
● Memori harus dapat mengimbangi prosesor.
● Harga memori harus sesuai dengan komponen lain dalam sebuah sistem komputer.
● Kapasitas, waktu akses, harga (per bit).
● Semakin cepat waktu akses, semakin mahal.● Semakin besar kapasitas, semakin murah.● Semakin besar kapasitas, semakin lambat waktu
akses.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 38/65
Hirarki Memori (1)
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 39/65
Hirarki Memori (2)
Tanenbaum, 2009.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 41/65
Prinsip Lokalitas
● Referensi memori oleh prosesor cenderung membentuk kelompok/klaster, baik instruksi maupun data.
● Program secara umum memiliki perulangan dan subrutin.
● Ketika program memasuki perulangan atau subrutin, akan muncul referensi berulang ke beberapa instruksi.
● Data dikelola supaya persentase akses ke tingkat bawah dari hirarki memori lebih rendah dari tingkat di atasnya.
● Dapat diterapkan pada lebih dari 2 tingkat memori.
● Memori cache L1, L2, dst.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 42/65
Perluasan Memori
● Diska dapat digunakan untuk menyediakan perluasan atau ekstensi bagi memori utama pada abstraksi yang dikenal dengan memori virtual.
● Hirarki dapat ditambahkan melalui perangkat lunak. Sebagian memori utama dapat digunakan sebagai bufer untuk menyimpan data sementara yang akan dibaca dari diska.
● Disk cache meningkatkan unjuk kerja dengan 2 cara:
● Penulisan ke dalam diska dilakukan secara terkumpul atau clustered. Yang diperlukan bukan banyak transfer data kecil, tapi beberapa transfer data yang lebih besar.
● Sebagian data akan menjadi referensi sebuah program, sebelum data tersebut dituliskan pada diska. Data akan lebih cepat diambil dari cache perangkat lunak, daripada diska.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 44/65
Memori Cache (1)
● Tidak terlihat oleh SO.
● Berinteraksi dengan perangkat keras pengelola memori.
● Prosesor paling tidak mengakses memori sekali pada setiap siklus instruksi.
● Mengambil satu atau lebih instruksi.● Mengambil operan dan/atau menyimpan hasil.
● Eksekusi prosesor dibatasi oleh waktu siklus memori.
● Sistem perlu memanfaatkan prinsip lokalitas dengan memori berukuran kecil tetapi memiliki akses cepat, yaitu cache atau tembolok.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 45/65
Prinsip Cache
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 46/65
Struktur Cache dan Memori Utama
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 47/65
Memori Cache (2)
● Permasalahan yang berkaitan dengan memori cache.
● Kapan item baru diletakkan di cache?● Pada lini cache/cache line mana item baru tersebut
diletakkan?● Item mana yang perlu dihapus dari cache ketika
sebuah lini/slot dibutuhkan?● Akan diletakkan di lokasi mana di dalam memori yang
lebih besar ketika sebuah item baru sudah dikeluarkan dari cache?
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 48/65
Operasi Pembacaan CacheStallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 49/65
Pertimbangan Desain Cache (Hal. 30-31)
● Ukuran cache.
● Ukuran blok.
● Fungsi pemetaan/mapping.
● Algoritma penggantian/replacement.
● Kebijakan penulisan.
● Jumlah tingkat cache.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 51/65
Teknik I/O (Hal. 31-32)
● Programmed I/O.
● Modul I/O melakukan aksi yang diminta oleh prosesor, setelah itu mengeset bit register status I/O tanpa memberitahu prosesor. Tidak ada interrupt. Prosesor harus secara aktif memeriksa status instruksi I/O dengan polling.
● Interrupt-driven I/O.
● Setelah mengirimkan instruksi ke modul I/O, prosesor melakukan hal lain sampai muncul interrupt dari modul I/O. Tetap membutuhkan keaktifan prosesor saat melakukan aksi transfer data.
● Kedua teknik tersebut memiliki kelemahan: (1) laju transfer I/O dibatasi oleh kecepatan prosesor dalam menguji dan melayani modul, (2) prosesor terikat dengan pengelolaan transfer data I/O.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 52/65
DMA
● Dijalankan oleh modul terpisah pada bus sistem, atau dapat tergabung ke dalam sebuah modul I/O.
● Ketika prosesor akan membaca atau menulis data, sebuah perintah akan dikirimkan ke modul DMA yang berisi:
● permintaan baca atau tulis,● alamat perangkat I/O yang dilibatkan,● lokasi awal di memori untuk pembacaan atau penulisan,● jumlah word yang akan dibaca atau ditulis.
● Terdapat delegasi dari prosesor ke DMA. Aksi transfer data tidak melibatkan prosesor.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 54/65
Multiprosesor dan Multiinti
● Komputer sering dilihat sebagai sistem yang menjalankan instruksi sekuensial/berurutan.
● Setiap instruksi dijalankan dalam urutan operasi.
● Mengambil instruksi, mengambil operan, melakukan operasi, menyimpan hasil.
● Sebenarnya pada tingkat operasi mikro, terdapat banyak sinyal kontrol yang dibangkitkan dalam satu waktu. Instruction pipelining. Menjalankan fungsi secara paralel.
● Pendekatan yang umum: Symmetric Multiprocessors (SMP), komputer dengan multiinti/multicore, atau klaster/cluster.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 55/65
Karakteristik SMP
● Sistem komputer stand-alone dengan:
● dua atau lebih prosesor yang sama kemampuannya,● semua prosesor tersebut berbagi memori utama dan fasilitas
I/O yang sama, diinterkoneksikan dengan bus atau skema koneksi internal supaya waktu akses ke memori sama untuk kedua prosesor,
● semua prosesor tersebut berbagi akses ke perangkat I/O,● semua prosesor dapat menjalankan fungsi-fungsi yang sama,● sistem komputer tersebut dikendalikan oleh SO terintegrasi
yang menyediakan interaksi antar prosesor dan program-program yang sesuai dengan pekerjaan, tugas, berkas, dan tingkat elemen data.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 56/65
Kelebihan SMP
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 57/65
Tanenbaum, 2009.
Cip Quad-core dengan Cache L1/L2
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 58/65
Organisasi SMP
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 59/65
Komputer Multiinti/Multicore
● Dikenal dengan cip multiprosesor.
● Mengkombinasikan dua atau lebih prosesor (inti/core) pada sebuah potongan silikon (die).
● Setiap inti memiliki semua komponen yang ada pada sebuah prosesor tersendiri/independen.
● Register, ALU, pipeline hardware, unit kendali, instruksi L1, cache data.
● Cip multiinti menyediakan cache L2, dan pada beberapa tipe prosesor terdapat cache L3.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 60/65
Intel Core i7 (1)
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 61/65
Intel Core i7 (2)
Stallings, 2011.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 62/65
Server Asus (1)
Rendy Maulana, http://rendymaulana.com/archives/2014/10/01/testing-bnib-asus-server/
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 63/65
Server Asus (2)
Rendy Maulana, http://rendymaulana.com/archives/2014/10/01/testing-bnib-asus-server/
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 64/65
Sistem Operasi harus menyediakan perkakasdan fungsi-fungsi yang dibutuhkan agar dapat
memanfaatkan teknologi multiprosesordan multiinti.
Sistem Operasi (TKE133117) - Program Studi Teknik Elektro, Unsoed 65/65
Daftar Bacaan
● Stallings, W. 2012. Operating Systems: Internals and Design Principles, Seventh Edition, Prentice Hall.
● Stallings, W. 2011. Operating Systems: Internals and Design Principles, Seventh Edition, salindia presentasi.
● Tanenbaum, A. 2009. Modern Operating Systems, Third Edition, Prentice Hall.