STRUKTUR KOMPUTER

Struktur sebuah sistem komputer dapat dibagi menjadi:
• Sistem Operasi Komputer.
• Struktur I/O.
• Struktur Penyimpanan.
• Proteksi Perangkat Keras.

 

Sistem Operasi Komputer

Dewasa ini sistem komputer multiguna terdiri dari CPU (Central Processing Unit), serta sejumlah device controller yang dihubungkan melalui bus yang menyediakan akses ke memori. Setiap device controller bertugas mengatur perangkat yang tertentu (contohnya disk drive, audio device, dan video display). CPU dan device controller dapat dijalankan secara bersamaan, namun demikian diperlukan mekanisme sinkronisasi untuk mengatur akses ke memori. Pada saat komputer pertama kali dijalankan atau pada saat boot, terdapat sebuah program awal yang mesti dijalankan. Program awal ini disebut program bootstrap. Program ini berisi semua aspek dari sistem komputer, mulai dari register CPU, device controller, sampai isi memori.

Struktur I/O

Bagian ini akan membahas struktur I/O, yang terdiri dari interupsi I/O, dan DMA, serta perbedaan dalam penanganan interupsi.

Struktur I/O

Interupsi I/O

Interupsi merupakan bagian penting dari sistem arsitektur komputer. Setiap sistem komputer memiliki mekanisme yang berbeda. Interupsi bisa terjadi apabila perangkat keras (hardware) atau perangkat lunak (software) minta “dilayani” oleh prosesor. Apabila terjadi interupsi maka prosesor menghentikan proses yang sedang dikerjakannya, kemudian beralih mengerjakan service routine untuk melayani interupsi tersebut. Setelah selesai mengerjakan service routine maka prosesor kembali melanjutkan proses yang tertunda. Untuk memulai operasi I/O, CPU me-load register yang bersesuaian ke device controller. Sebaliknya device controller memeriksa isi register untuk kemudian menentukan operasi apa yang harus dilakukan. Pada saat operasi I/O dijalankan ada dua kemungkinan, yaitu synchronous I/O dan asynchronous I/O. Pada synchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna setelah proses I/O selesai dikerjakan. Sedangkan pada asynchronous I/O, kendali dikembalikan ke proses pengguna tanpa menunggu proses I/O selesai. Sehingga proses I/O dan proses pengguna dapat dijalankan secara bersamaan.

Struktur DMA

Direct Memory Access (DMA) adalah suatu metoda penanganan I/O dimana device controller langsung berhubungan dengan memori tanpa campur tangan CPU. Setelah men-set buffers, pointers, dan counters untuk perangkat I/O, device controller mentransfer blok data langsung ke penyimpanan tanpa campur tangan CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O dengan kecepatan tinggi. Hanya terdapat satu interupsi setiap blok, berbeda dengan perangkat yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi terjadi untuk setiap byte (word).
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.

Struktur Penyimpanan (Hirarki Penyimpanan)

Program komputer harus berada di memori utama (biasanya RAM) untuk dapat dijalankan. Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun hal ini tidak mungkin dilakukan karena:
• Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan.
• Memori utama bersifat volatile, tidak bisa menyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.

Hirarki Storage

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 memori statik.

Random Access 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. RAM hanya berfungsi selama komputer mendapat dukungan daya listrik (hidup).

Memori Ekstensi

Tambahan memori 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 memori VGA, memori soundcard.

Magnetic Disk

Magnetic Disk berperan sebagai secondary storage pada sistem komputer modern. Magnetic Disk disusun dari piringan-piringan seperti CD. Kedua permukaan piringan diselimuti oleh bahan-bahan magnetik. Permukaan dari piringan dibagi-bagi menjadi track yang memutar, yang kemudian dibagi lagi menjadi beberapa sektor.
Memori Sekunder merupakan media penyimpanan data yang non-volatile (bersifat tetap/permanen) yang berupa Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk (HDD dan FDD), Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup besar dengan harga yang relatif murah. Portability-nya juga relatif lebih tinggi

Struktur Harddisk

Struktur Optical Drive

Memori Tersier

Pada standar arsitektur sequential computer ada tiga level utama tingkatan penyimpanan: primer, sekunder, and tersier. Memori tersier menyimpan data dalam jumlah yang besar (terabytes, atau 1012 bytes), tapi waktu yang dibutuhkan untuk mengakses data biasanya dalam hitungan menit sampai jam. Saat ini, memori tersiser membutuhkan instalasi yang besar berdasarkan (bergantung) pada disk atau tapes.
Memori tersier tidak butuh banyak operasi menulis tapi memori tersier tipikal-nya write ones atau read many. Meskipun per-megabites-nya pada harga terendah, memory tersier umumnya yang paling mahal, elemen tunggal pada modern supercomputer installations. Ciri-ciri lain: non-volatile, off-line storage, umumnya dibangun pada removable media, contoh Magnetic Tapes.

Proteksi Perangkat Keras

Sistem komputer terdahulu berjenis programmer-operated systems. Ketika komputer dioperasikan, user mengoperasikan secara manual dan harus melengkapi sistem terlebih dahulu. Setelah sistem operasi lahir maka hal tersebut diambil alih oleh sistem operasi. Sebagai contoh proses output di monitor sudah diambil alih oleh sistem operasi, padahal dahulu hal ini dilakukan oleh pengguna.
Pengertian spooling adalah suatu poses dapat dikerjakan walau pun I/O masih mengerjakan proses lainnya. Pengertian multi-programming adalah kegiatan menjalankan beberapa program pada memori pada satu waktu.
Kegiatan ini memang menguntungkan sebab banyak proses dapat berjalan bersamaan pada satu waktu meski mengakibatkan masalah-masalah baru muncul. Banyak kesalahan pemprograman dideteksi oleh perangkat keras. Kesalahan ini biasanya ditangani oleh sistem operasi. Jika terjadi kesalahan program, perangkat keras akan meneruskan kepada sistem operasi dan sistem operasi akan mengiinterupsi dan mengakhirinya. Pesan kesalahan disampaikan, dan memori dari program akan dibuang. Tapi memori yang terbuang biasanya tersimpan pada disk agar programmer bisa membetulkan kesalahan dan menjalankan program ulang.

Proteksi I/O

Pengguna bisa mengacaukan sistem operasi dengan melakukan instruksi I/O ilegal (mengakses lokasi memori untuk sistem operasi atau melepaskan diri dari prosesor). Untuk mencegahnya kita menganggap semua instruksi I/O sebagai priviledge instruction sehingga mereka tidak bisa mengerjakan instruksi I/O secara langsung ke memori tapi harus lewat sistem operasi terlebih dahulu. Proteksi I/O dikatakan selesai jika pengguna dapat dipastikan tidak akan menyentuh mode monitor. Jika hal ini terjadi proteksi I/O dapat dikompromikan.

Proteksi Memori

Salah satu proteksi perangkat keras ialah dengan proteksi memori yaitu dengan pembatasan penggunaan memori. Disini diperlukan beberapa istilah yaitu:
• Base Register yaitu alamat memori fisik awal yang dialokasikan (boleh digunakan) oleh pengguna.
• Limit Register yaitu nilai batas dari alamat memori fisik awal yang dialokasikan/boleh digunakan oleh pengguna.
• Hardware Protection.
Sebagai contoh sebuah pengguna dibatasi mempunyai base register 300040 dan mempunyai limit register 120900, maka pengguna hanya diperbolehkan menggunakan alamat memori fisik antara 300040 hingga 420940 saja.