Struktur Sistem Komputer

Struktur Sistem Komputer

 

 

Komponen pada sistem meliputi Processor, Mainboard, Ram, Hardisk, SSD (Jika diperlukan dalam partisi C:\ untuk mempercepat proses boating, render video, dll). VGA (untuk kerja saat digunakan desain grafis untuk eksternal), Power Supply, Kabel-Kabel, dll. Struktur ini juga biasa disebut sebagai cpu (Cental Prosesing Unit), lalu main memory disk controller (meliputi DVD dan Floppy Disk.printer contoller lalu main memory. 

 

 Register

Sebagai proses pertukaran data antara prosesor dan main memory fungsinya yaitu 

     1. User visible register

     2. Control status register

User Visible Register

 User register yaitu pemrogramman memeriksa register ini 

 

Yang termasuk register tipe ini adalah :
    1. Register data
    Dapat digunakan untuk berbagai keperluan
    (General purpose register) menggunakan instruksi mesin
    misal untuk operasi floating point
    2. Register alamat
Index register penambahan index pada base value
Segmen pointer registermengacu pada segmentasi memory
Stack pointer registerMenunjuk lokasi stack di Main memory
Flag registerberisi operan dari prosesor  

Control and Status Register

Digunakan untuk mengontrol operasi prosesor
    1.Register untuk alamat dan buffer 

      MAR (Memory Address Register) Pencatat alamat di Main Memory yg akan diakse                         MBR (Memory Buffer Register) Penampung data yang akan dikirim/diterima dari Main Memory
       I/O AR (Input/Outpur Register) Mencatat alamat port I/O
      I/O BR (Input/Output Buffer Register) mendampung data yang akan dikirim/diterima dari port          I/O

2. Register untuk eksekusi instruksi
    PC (Program Counter)mencatat alamat main memory yang berisi instruksi yg akan dieksekusi
    IR (Instruction Register)menampung instruksi yang baru di-fetching
3. (PSW) Program Status Wordregister atau kumpulan register yang berisi kode dan status
    -Sign            - Overflow
    -Zero            - Interrupt enable/disable
    -Carry            - Supervisor
    -Equal

Siklus Instruksi

Terdapat 2 tahap instruksi yaitu:                                
    -Pengambilan instruksi (fetch)
    - Eksekusi instruksi (execution)

Instruksi berupa kode biner

 

 

Contoh: suatu instruksi komputer mengandung 16 bitword memori dan PC pertama kali bernilai 300
    1. PC berisi 300, alamat instruksi yang pertama. Isi dari lokasi 300 diload ke IR. Untuk itu digunakan     MAR dan MBR
    2. 4 bit pertama menunjukkan AC (accumulator) yang akan diload, 12 bit sisanya adalah alamat              yaitu 940

    3. PC dinaikan satu dan instruksi berikutnya di-fetch
    4. Isi lama di AC ditambahkan dengan isi alamat 940 hasilnya dimasukkan ke AC kembal
    5.PC dinaikkan satu lagi dan instruksi berikutnya difetch
    6.Isi AC disimpan di lokasi 941

 

 

    

Interrupt

Interrupt adalah sinyal dari peralatan luar atau permintaan dari program untuk melaksanakan suatu tugas khusus.
Jika interrupt terjadi, maka program dihentikan terlebih dahulu untuk menjalankan rutin interrupt.
Fungsi interrupt untuk meningkatkan efisiensi karena peralatan eksternal biasanya lebih lambat dari pada prosesor
Contoh : Misal prosesor mentransfer data ke printer. Setelah setiap proses WRITE, prosesor akan pause dan tetap idle sampai printer jalan. Panjang waktu pause dapat dimanfaatkan untuk siklus instruksi lainnya yang tidak melibatkan memori. 

 

Dengan interrupt I/O program berjalan kongkurensi dengan prosesor. Tanda X = Interrupt Service Routine dijalankan 
 

Jenis-jenis interrupt
Software. Interrupt yang disebabkan oleh software sering disebut dengan system call. Misalnya suatu program ingin mencetak hasil ke printer
Hardware. Terjadi karena adanya aksi pada perangkat keras seperti penekanan tombol keyboard atau menggerakan mouse

 

Penyebab interrupt
ProgramContoh : Arithmetic overflow, division by zero
Timer
I/O
Kegagalan hardware|Contoh : Power failure, memory parity error

 

Siklus proses dengan interrupt

Pada saat komputer dijalankan (boot), komputer menjalankan program inisial (bootstrap program)
Bootstrap mengalokasi sistem operasi pada memory
Sistem operasi menunggu event berupa interrupt atau trap

 

Interrupt

 

Interrupt adalah sinyal dari peralatan luar atau permintaan dari program untuk melaksanakan suatu tugas khusus.
Jika interrupt terjadi, maka program dihentikan terlebih dahulu untuk menjalankan rutin interrupt.
Fungsi interrupt untuk meningkatkan efisiensi karena peralatan eksternal biasanya lebih lambat dari pada prosesor
Contoh : Misal prosesor mentransfer data ke printer. Setelah setiap proses WRITE, prosesor akan pause dan tetap idle sampai printer jalan. Panjang waktu pause dapat dimanfaatkan untuk siklus instruksi lainnya yang tidak melibatkan memori.

 

Jenis-jenis interrupt
1.Software. Interrupt yang disebabkan oleh software sering disebut dengan system call. Misalnya suatu program ingin mencetak hasil ke printer
2.Hardware. Terjadi karena adanya aksi pada perangkat keras seperti penekanan tombol keyboard atau menggerakan mouse
 

- Pada saat komputer dijalankan (boot), komputer menjalankan program inisial (bootstrap program)
- Bootstrap mengalokasi sistem operasi pada memory
- Sistem operasi menunggu event berupa interrupt atau trap

Teknik komunikasi I/O

Terdapat tiga teknik untuk operasi I/O
- Programmed I/O
- Interrupt-driven I/O
- Direct Memory Access (DMA)

Programmed I/O
Processor mengeksekusi instruksi yang berhubungan dengan I/O
Instruksi I/O :
Controldigunakan untuk memerintah I/O apa yang harus dikerjakan
Testdigunakan untuk menguji status I/O dan peripheral
Read,writedigunakan untuk transfer data antara register processor  dan alat luar
 Pada Programmed I/O, I/O module akan :
- Melakukan aksi yg diminta processor
- Mengatur bit-bit status dalam I/O register
- Menunggu perintah dari processor
Processor mengecek secara periodik status I/O module sampai operasi I/O selesai
Processor harus menunggu sampai I/O module siap untuk pengiriman data
- Pada operasi I/O, processor mendelegasikan DMA untuk mentransfer block data dari atau ke main  

-  memory tanpa melalui processor. Processor dapat mengerjakan pekerjaan yang lain
Setelah selesai DMA mengirimkan sinyal interrupt ke processor
Informasi yang dikirimkan processor ke DMA module:

- informasi Read/Write

- Alamat I/O yang dilibatkan

- Lokasi awal memory untuk ditulis atau dibaca

- Jumlah word yang harus dibaca atau ditulis

Hierarki Memory

Hierarki ini berdasarkan :
Kecepatan akses
Kapasitas
Harga per bit ?

Cache Memory

Proses transfer data dari/ke main memory ke/dari register CPU dilakukan per karakter, padahal kecepatan register dengan memory berbeda jauh
Agar CPU tidak menganggur digunakan cache sebagai perantara CPU dengan main memory

- Beberapa terminologi pada cache memory
- Cache size
- Block size
- Hit ratio
- Mapping function
- Replacement algorithmLRU (Least Recently Used)
- Write policy

Saat processor akan membaca word dari main memory, processor mengecek apakah word tersebut sudah ada di cache. Jika ada word tersebut akan dikirimkan ke processor jika tidak blok memory yang terdiri dari beberapa word termasuk word yang diminta akan dipindahkan ke cache.
Pengiriman data dari/ke cache ke/dari register dilakukan per word sedangkan pengiriman data dari/ke cache keke/dari main memory per block

Contoh Associative mapped-cache
Dari 2n word di main memory dibagi menjadi M blok. M=2n/K
Pada cache terdapat C slot (tag+block). C<<M

 

 Ada 2 jenis cache
- Sofware cache (caching disk controller) cache dengan mendayagunakan RAM sebagai cache memory
- Hardware cache (on-the-board cache) menambahkan cache memory khusus pada board

Clock (Timer)

  

Clock Hardware
Terdiri dari : - oscilator kristal- counter - holding register
Jika ada tekanan pada kristal akan menyebabkan adanya sinyal periodik yang menyebabkan counter berkurang terus menerus. Jika nilai counter nol maka akan menyebabkan CPU Interrupt

 

Clock Software 

Semua clock hardware akan membangkitkan interrupt dalam interval waktu tertentu. Sedangkan waktu yang diberikan ditentukanoleh software (Clock driver)


 Mode Clock

One-shot modePada saat clock dimulai akan meng-copy nilai holding register ke counter, kemudian menurunkan nilai counter untuk setiap terjadi pulsa pada kristal. Jika counter bernilai nol, akan menyebabkan interrupt dan berhenti hingga diaktifkan kembali menggunakan clock software
Square-wave modeSetelah counter bernilai nol dan menyebabkan interrupt, holding register secara otomatis dicopy-kan ke counter, dan proses diulang lagi sampai tak terbatas. Interrupt secara periodik ini disebut detak clock
 

Proteksi Sistem operasi

Proteksi dilakukan agar tidak terjadi bentrokan pemakaian sumber daya

Operasi Dual ModeUser mode dan monitor mode (supervisor mode)
Proteksi I/O  intruksi I/O dibuat dalam monitor mode
Proteksi CPU menggunakan timer mencegah over loop dengan memberikan interrupt setelah waktu tertentu.

Proteksi MemoryMenggunakan base register dan limit register



 

Proteksi Sistem operasi

Proteksi dilakukan agar tidak terjadi bentrokan pemakaian sumber daya
 Operasi Dual ModeUser mode dan monitor mode (supervisor mode)
Proteksi I/O  intruksi I/O dibuat dalam monitor mode
Proteksi CPU menggunakan timer mencegah over loop dengan memberikan interrupt setelah waktu tertentu

Proteksi MemoryMenggunakan base register dan limit register

Sumber refensi
https://repository.unikom.ac.id/30892/1/2Struktur%20Sistem%20Komputer.ppt