Review: Struktur Sistem Komputer
Mata Kuliah : Sistem Operasi Kode MK
2
: IT-012336
Struktur Sistem Komputer
Tim Teaching Grant Mata Kuliah Sistem Operasi
Operasi Sistem Komputer Struktur I/O Struktur Storage Proteksi Hardware
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Operasi Sistem Komputer
Arsitektur Sistem Komputer
CPU devices dan I/O dapat beroperasi secara serentak (concurrent)
3
Setiap device terdapat controller yang mengendalikan device tertentu, misalkan video display => video card, disk => disk controller. Setiap device controller mempunyai local buffer.
CPU memindahkan data dari/ke memory ke/dari local buffer.
Efisiensi pemakaian CPU
Semua request ke I/O dikendalikan oleh I/O systems:
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
2
Setelah itu controller akan mengirimkan data dari buffer ke device.
Bagaimana mekanisme I/O supaya CPU dapat melakukan switch dari satu job keBab job lain? 2. Struktur Sistem Komputer
4
Operasi Sistem Komputer (Cont.)
Ilustrasi:
Programmed I/O (1)
Instruksi CPU dalam orde: beberapa mikro-detik Operasi read/write dari disk: 10 – 15 mili-detik Ratio: CPU ribuan kali lebih cepat dari operasi I/O Jika CPU harus menunggu (idle) sampai data transfer selesai, maka utilisasi CPU sangat rendah (lebih kecil 1%).
Concurrent: CPU dapat menjalankan beberapa I/O device sekaligus CPU tidak menunggu sampai operasi I/O selesai tapi melanjutkan tugas yang lain Bagaimana CPU mengetahui telah selesai? Bab 2. Struktur Sistem I/O Komputer
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Interrupt:
Menggunakan instruksi khusus untuk menguji flag Masalah: seberapa sering? “wasted CPU time !”? Antar I/O device berbeda “speed”! Bantuan hardware – melakukan interupsi pada CPU jika flag tersebut telah di-set (operasi I/O telah selesai) 7
CPU transfer control ke “interrupt service routine”, => address dari service routine yang diperlukan untuk device tsb. Interrupt handler: menentukan aksi/service yang diperlukan
Struktur interrupt harus menyimpan address dari instruksi yang sedang dikerjakan oleh CPU (interrupted).
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
6
Interrupt
Interrupt:
Apakah menguji flag? Seberapa sering?
5
CPU harus mengetahui jika I/O telah selesai => hardware flag (controller) Polling: CPU secara periodik menguji flag (true or false)
Jika telah selesai memberikan informasi ke CPU => flag
Bagaimana CPU mengetahui operasi telah selesai?
Programmed I/O (2)
Transfer data dari/ke buffer
Controller melakukan detil operasi I/O
Mekanisme CPU yang bertanggung jawab memindahkan data dari/ke memori ke/dari controller
CPU bertanggung jawab untuk jenis operasi I/O
Solusi: operasi CPU dan I/O harus overlap
Programmed I/O
CPU dapat resume ke lokasi tersebut jika service routine telah selesai dikerjakan
Selama CPU melakukan service interrupt, maka interrupt selanjutnya tidak akan dilayani “disabled”, karena CPU tidak dapat melayani interrupt (lost). Pengoperasian sistem tersebut menggunakan interrupt driven. Bab 2. Struktur Sistem Komputer
8
Struktur I/O
Interrupt Handling
Hardware dapat membedakan devices mana yang melakukan interupsi.
Jenis interupsi : polling vectored interrupt system
Jika service routine telah selesai => CPU dapat melanjutkan instruksi terakhir yang dikerjakan Sistim operasi akan “load” kembali status CPU tersebut. Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Instruksi khusus: wait => CPU menunggu sampai ada interrupt berikutnya dari I/O tersebut. Paling banyak hanya mempunyai satu I/O request. Keuntungan: CPU mengetahui secara pasti device mana yang melakukan interrupt (operasi I/O selesai). Kerugian: operasi I/O tidak dapat serentak untuksemua device
9
I/O Interrupt
CPU: load instruksi ke register controller Controller: menjalankan instruksi
Setelah I/O mulai, control kembali ke user program jika operasi I/O telah selesai
Tugas sistim operasi menyimpan status CPU (program counter, register dll)
User request I/O:
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
10
Dua Metode I/O
Pilihan lebih baik: asynchronous I/O Setelah I/O mulai, kendali langsung kembali ke user program tanpa menunggu I/O selesai CPU dapat melanjutkan operasi I/O untuk device yang lain User program dapat menjalankan program tanpa menunggu atau harus menunggu sampai I/O selesai. System call – request ke OS untuk operasi I/O dan menunggu sampai I/O selesai. Potensi lebih dari satu device User hanya dapat menggunakan I/O melalui system call Device-status table memuat informasi untuk setiap I/O device: tipe, alamat, status dll OS mengatur tabel ini dan mengubah isinya sesuai dengan status device (interrupt) Bab 2. Struktur Sistem Komputer
11
Synchronous
Asynchronous
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
12
Device-Status Table
Direct Memory Access (DMA)
Jika I/O devices sangat cepat (“high-speed”),beban CPU menjadi besar harus mengawasi transfer data dari controller ke memory dan sebaliknya. Hardware tambahan => DMA controller dapat memindahkan blok data dari buffer langsung ke memory tanpa menggangu CPU.
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
13
Struktur Storage
14
Mekanisme Pergerakan Head-Disk
Media penyimpanan, dimana CPU dapat melakukan akses secara langsung
Secondary storage
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Main memory
CPU menentukan lokasi memory dan jika DMA controller telah selesai => interrupt ke CPU Hanya satu interrupt ke CPU untuk sekumpulan data (blok).
Tambahan dari main memory yang memiliki kapasitas besar dan bersifat nonvolatile
Magnetic disks
Metal keras atau piringan yang terbungkus material magnetik Permukaan disk terbagi secara logikal dalam track, yang masing-masing terbagi lagi dalam sector Disk controller menentukan interaksi logikal antara device dan komputer Bab 2. Struktur Sistem Komputer
15
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
16
Hirarki Storage
Hirarki sistem storage, diorganisasikan dalam bentuk :
Hirarki Storage-Device
Kecepatan Biaya Volatilitas
Caching
Penduplikasian informasi ke dalam sistem storage yang cepat dapat dilakukan melalui cache pada secondary storage Bab 2. Struktur Sistem Komputer
17
Caching
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
18
Migrasi dari Disk ke Register
Menggunakan memori berkecepatan tinggi untuk menangani akses data saat itu juga (yang terbaru) Membutuhkan manajemen cache. Caching mengenalkan tingkatan lain dalam hirarki storage, dimana data secara serentak disimpan pada lebih dari satu tingkatan secara konsisten Bab 2. Struktur Sistem Komputer
19
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
20
Proteksi Hardware
Dual-Mode Operation
Dual-Mode Operation Proteksi I/O Proteksi Memory Proteksi CPU
Penggunaan resource sharing membutuhkan sistem operasi yang menjamin suatu program yang salah tidak menyebabkan program lain tidak terpengaruh Menyediakan dukungan hardware yang dibedakan ke 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 sistem operasi.
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Dual-Mode Operation (Cont.)
22
Proteksi I/O
Mode bit ditambahkan pada computer hardware (CPU) untuk indikasi mode sekarang: monitor (0) atau user (1). Jika terjadi interrupt/fault/error => hardware mengubah mode ke monitor
Semua instruksi I/O adalah instruksi privileged:
Interrupt/fault
monitor
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
21
user
OS menjaga supaya program user tidak dapat menjadi “monitor mode” untuk mencegah user program melakukan:
set user mode
Hanya dapat dilakukan melalui OS OS dapat mencegah “request” ke I/O dengan melihat mode saat ini.
Menangani interrupt: dengan mengubah alamat interrupt vector. Mengubah status dan data pada “device table”
Instruksi Privileged hanya dapat diberikan dalam mode monitor Bab 2. Struktur Sistem Komputer
23
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
24
Penggunaan System Call untuk Pengoperasian I/O
Proteksi Memory
Melindungi memori terutama untuk isi:
Cara umum adalah setiap user program hanya dapat mengakses lokasi memori yang telah dibatasi (disediakan untuk program tsb).
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
Range address – alamat yang valid Base register – menyimpan alamat terkecil memori secara fisik Limit register – besarnya jangkauan memori yang diijinkan
Memori diluar range tersebut tidak dapat diakses oleh user program tsb.
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
25
Penggunaan Base dan Limit Register
interrupt vector dan interrupt service routines.
26
Proteksi Alamat Hardware
Ketika eksekusi pada mode monitor, OS dapat mengakses semua lokasi memori. Pemuatan instruksi ke base dan limit register tergantung instruksi privileged
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
27
Bab 2. Struktur Sistem Komputer
28
Proteksi CPU
Timer
Interupsi secara berkala oleh hardware: => transfer control ke OS. Nilai timer akan berkurang sesuai “clock tick” dari hardware komputer. Saat nilai timer menjadi 0, interrupt terjadi Housekeeping: melakukan CPU scheduling (jatah CPU), status device table dll.
Timer digunakan untuk system time. Bab 2. Struktur Sistem Komputer
29
