Transcription
Review:Struktur Sistem KomputerMata Kuliah : Sistem OperasiKode MK2: IT-012336StrukturSistem Komputer Tim Teaching GrantMata Kuliah Sistem Operasi Operasi Sistem KomputerStruktur I/OStruktur StorageProteksi HardwareBab 2. Struktur Sistem Komputer Operasi Sistem KomputerArsitektur Sistem Komputer CPU devices dan I/O dapat beroperasi secara serentak(concurrent) 3Setiap device terdapat controller yang mengendalikan devicetertentu, misalkan video display video card, disk diskcontroller.Setiap device controller mempunyai local buffer.CPU memindahkan data dari/ke memory ke/dari local buffer. Efisiensi pemakaian CPUSemua request ke I/O dikendalikan oleh I/O systems: Bab 2. Struktur Sistem Komputer2Setelah itu controller akan mengirimkan data dari buffer kedevice.Bagaimana mekanisme I/O supaya CPU dapat melakukanswitch dari satu job keBabjoblain?2. Struktur Sistem Komputer4
Operasi Sistem Komputer(Cont.) Ilustrasi: Programmed I/O (1) Instruksi CPU dalam orde: beberapa mikro-detikOperasi read/write dari disk: 10 – 15 mili-detikRatio: CPU ribuan kali lebih cepat dari operasi I/O Jika CPU harus menunggu (idle) sampai data transferselesai, maka utilisasi CPU sangat rendah (lebih kecil 1%). Concurrent: CPU dapat menjalankan beberapa I/O devicesekaligusCPU tidak menunggu sampai operasi I/O selesai tapimelanjutkan tugas yang lainBagaimana CPU mengetahuitelah selesai?Bab 2. Struktur Sistem I/OKomputer Bab 2. Struktur Sistem Komputer Interrupt: Menggunakan instruksi khusus untuk menguji flagMasalah: seberapa sering? “wasted CPU time !”? Antar I/Odevice berbeda “speed”!Bantuan hardware – melakukan interupsi pada CPU jika flagtersebut telah di-set (operasi I/O telah selesai) 7CPU transfer control ke “interrupt service routine”, address dariservice routine yang diperlukan untuk device tsb.Interrupt handler: menentukan aksi/service yang diperlukanStruktur interrupt harus menyimpan address dari instruksi yangsedang dikerjakan oleh CPU (interrupted). Bab 2. Struktur Sistem Komputer6InterruptInterrupt: Apakah menguji flag? Seberapa sering?5CPU harus mengetahui jika I/O telah selesai hardware flag (controller)Polling: CPU secara periodik menguji flag (true orfalse) Jika telah selesai memberikan informasi ke CPU flagBagaimana CPU mengetahui operasi telah selesai? Programmed I/O (2) Transfer data dari/ke bufferController melakukan detil operasi I/O Mekanisme CPU yang bertanggung jawab memindahkandata dari/ke memori ke/dari controllerCPU bertanggung jawab untuk jenis operasi I/O Solusi: operasi CPU dan I/O harus overlap Programmed I/OCPU dapat resume ke lokasi tersebut jika service routine telahselesai dikerjakanSelama CPU melakukan service interrupt, maka interruptselanjutnya tidak akan dilayani “disabled”, karena CPU tidakdapat melayani interrupt (lost).Pengoperasian sistem tersebut menggunakan interrupt driven.Bab 2. Struktur Sistem Komputer8
Struktur I/OInterrupt Handling Hardware dapat membedakan devices mana yangmelakukan interupsi. Jenis interupsi : polling vectored interrupt system Jika service routine telah selesai CPU dapatmelanjutkan instruksi terakhir yang dikerjakanSistim operasi akan “load” kembali status CPU tersebut.Bab 2. Struktur Sistem Komputer Instruksi khusus: wait CPU menunggu sampai adainterrupt berikutnya dari I/O tersebut.Paling banyak hanya mempunyai satu I/O request.Keuntungan: CPU mengetahui secara pasti device manayang melakukan interrupt (operasi I/O selesai).Kerugian: operasi I/O tidak dapat serentak untuksemuadevice9I/O Interrupt CPU: load instruksi ke register controllerController: menjalankan instruksiSetelah I/O mulai, control kembali ke user programjika operasi I/O telah selesai Tugas sistim operasi menyimpan status CPU(program counter, register dll) User request I/O:Bab 2. Struktur Sistem Komputer10Dua Metode I/OPilihan lebih baik: asynchronous I/OSetelah I/O mulai, kendali langsung kembali ke user programtanpa menunggu I/O selesai CPU dapat melanjutkan operasi I/O untuk device yang lain User program dapat menjalankan program tanpa menunggu atauharus menunggu sampai I/O selesai. System call – request ke OS untuk operasi I/O dan menunggusampai 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 denganstatus device (interrupt)Bab 2. Struktur Sistem Komputer11SynchronousAsynchronousBab 2. Struktur Sistem Komputer12
Device-Status TableDirect Memory Access (DMA) Jika I/O devices sangat cepat (“high-speed”),bebanCPU menjadi besar harus mengawasi transfer datadari controller ke memory dan sebaliknya.Hardware tambahan DMA controller dapatmemindahkan blok data dari buffer langsung kememory tanpa menggangu CPU. Bab 2. Struktur Sistem Komputer13 Struktur Storage 14Mekanisme Pergerakan Head-DiskMedia penyimpanan, dimana CPU dapat melakukan aksessecara langsungSecondary storage Bab 2. Struktur Sistem KomputerMain memory CPU menentukan lokasi memory dan jika DMA controllertelah selesai interrupt ke CPUHanya satu interrupt ke CPU untuk sekumpulan data(blok).Tambahan dari main memory yang memiliki kapasitas besar danbersifat nonvolatileMagnetic disks Metal keras atau piringan yang terbungkus material magnetikPermukaan disk terbagi secara logikal dalam track, yangmasing-masing terbagi lagi dalam sectorDisk controller menentukan interaksi logikal antara device dankomputerBab 2. Struktur Sistem Komputer15Bab 2. Struktur Sistem Komputer16
Hirarki Storage Hirarki sistem storage, diorganisasikan dalambentuk : Hirarki Storage-DeviceKecepatanBiayaVolatilitasCaching Penduplikasian informasi ke dalam sistem storageyang cepat dapat dilakukan melalui cache padasecondary storageBab 2. Struktur Sistem Komputer17Caching Bab 2. Struktur Sistem Komputer18Migrasi dari Disk ke RegisterMenggunakan memori berkecepatan tinggiuntuk menangani akses data saat itu juga(yang terbaru)Membutuhkan manajemen cache.Caching mengenalkan tingkatan lain dalamhirarki storage, dimana data secara serentakdisimpan pada lebih dari satu tingkatansecara konsistenBab 2. Struktur Sistem Komputer19Bab 2. Struktur Sistem Komputer20
Proteksi HardwareDual-Mode OperationDual-Mode OperationProteksi I/OProteksi MemoryProteksi CPU Penggunaan resource sharing membutuhkan sistemoperasi yang menjamin suatu program yang salahtidak menyebabkan program lain tidak terpengaruhMenyediakan dukungan hardware yang dibedakanke dalam dua mode operasi :1. User mode – eksekusi dilakukan untuk kepentingan user.2. Monitor mode (disebut juga kernel mode atau systemmode) – eksekusi dilakukan untuk kepentingan sistemoperasi.Bab 2. Struktur Sistem KomputerDual-Mode Operation (Cont.) 22Proteksi I/OMode bit ditambahkan pada computer hardware (CPU)untuk indikasi mode sekarang: monitor (0) atau user(1).Jika terjadi interrupt/fault/error hardware mengubahmode ke monitor Semua instruksi I/O adalah instruksi privileged: Interrupt/faultmonitorBab 2. Struktur Sistem Komputer21 userOS menjaga supaya program user tidak dapatmenjadi “monitor mode” untuk mencegah userprogram melakukan: set user modeHanya dapat dilakukan melalui OSOS dapat mencegah “request” ke I/O dengan melihat modesaat ini. Menangani interrupt: dengan mengubah alamat interruptvector.Mengubah status dan data pada “device table”Instruksi Privileged hanya dapat diberikan dalam mode monitorBab 2. Struktur Sistem Komputer23Bab 2. Struktur Sistem Komputer24
Penggunaan System Call untukPengoperasian I/OProteksi Memory Melindungi memori terutama untuk isi: Cara umum adalah setiap user program hanya dapatmengakses lokasi memori yang telah dibatasi (disediakanuntuk program tsb). Bab 2. Struktur Sistem KomputerRange address – alamat yang validBase register – menyimpan alamat terkecil memori secara fisikLimit register – besarnya jangkauan memori yang diijinkanMemori diluar range tersebut tidak dapat diakses oleh userprogram tsb.Bab 2. Struktur Sistem Komputer25Penggunaan Base dan LimitRegisterinterrupt vector dan interrupt service routines.26Proteksi Alamat HardwareKetika eksekusi pada mode monitor, OS dapat mengakses semualokasi memori. Pemuatan instruksi ke base dan limit register tergantung instruksiprivileged Bab 2. Struktur Sistem Komputer27Bab 2. Struktur Sistem Komputer28
Proteksi CPU Timer Interupsi secara berkala oleh hardware: transfer control ke OS.Nilai timer akan berkurang sesuai “clock tick” darihardware komputer.Saat nilai timer menjadi 0, interrupt terjadiHousekeeping: melakukan CPU scheduling (jatahCPU), status device table dll.Timer digunakan untuk system time.Bab 2. Struktur Sistem Komputer29
Mata Kuliah Sistem Operasi Review: Struktur Sistem Komputer Operasi Sistem Komputer Struktur I/O Struktur Storage 2 Proteksi Hardware Bab 2. Struktur Sistem Komputer Arsitektur Sistem Komputer Bab 2. Struktur Sistem Komputer 3 Operasi Sistem Komputer CPU devi
