Diktat Organisasi Komputer.pdf

ORGANISASI

SISTEM

KOMPUTER

oleh. Dr. Ir. Sumijan, M.Sc

DIKTAT

UNIVERSITAS

PUTRA INDONESIA "YPTK" PADANG

i

DAFTAR ISI

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

1. Definisi Komputer 1

2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer 2

3. Evolusi dan Kinerja Komputer 3

BAB 2. SISTEM BUS

1. Definisi dan Fungsi Bus 10

2. Struktur Interkoneksi 11

3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus 12

BAB 3. MEMORI

1. Definisi dan Fungsi Memori 16

2. Memori Utama Semikonduktor 17

3. Koreksi Kesalahan 21

4. Memori Virtual 24

BAB 4. MEMORI CACHE

1. Definisi dan Fungsi 26

2. Metode Pemetaan 27

3. Algoritma Penggantian 31

BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

1. Magnetic Disc 33

3. Blu-Ray Disc 38

4. Magnetic Tape 38

BAB 6. STORAGE ARRAY

1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk) 40

2. Storage Area Network (SAN) 43

BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi 45

2. Penjadwalan 46

3. Manajemen Memori 47

BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN

1. Definisi dan Fungsi 51

2. Sistem Masukan dan Keluaran 51

3. Teknik Masukan dan Keluaran 52

BAB 9. SET INSTRUKSI

1. Elemen-elemen Instruksi 54

2. Format-format Instruksi 55

BAB 10. MODE PENGALAMATAN

1. Definisi dan Fungsi 59

2. Teknik Pengalamatan 59

BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

2. Siklus pada CPU 67

3. RISC dan CISC 72

BAB 12. CONTROL UNIT

1. Fungsi dan Operasi Control Unit 75

2. Microoperation 75

3. Input dan Output pada Unit Control 77

BAB 13. KOMPUTASI PARALLEL

1. Klasifikasi Multiprosesor 79

2. Komputasi Paralel 81

3. Klasifikasi Komputer Parallel 82

4. Analisa Algoritma Parallel 86

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

1. Definisi Komputer

Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang menerima informasi sebagai masukan digital dan mengolah informasi tersebut berdasarkan instruksi yang tersimpan dalam komputer sehingga menghasilkan keluaran informasi.

Penggambaran secara sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama masukan, keluaran ,memori , ALU dan kontrol yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri:

Unit masukan menerima input yang dijadikan sebagai informasi untuk disimpan didalam memori selanjutnya informasi dioleh pada unit ALU berdasarkan instruksi yang didapat pada memori. Hasil-hasil yang diperoleh dikeluarkan melalui unit keluaran. Sementara seluruh proses diawasi oleh unit kontrol.

Organisasi Komputer

Organisasi komputer merupakan bagian yang berhubungan dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturnya. Contoh: perangkat antar muka, teknologi memori, sinyal kontrol dan lain sebagainya.

Gam bar 1.1. Unit Fungsional dasar pada kom put er

Arsitektur Komputer

Arsitektur berhubungan dengan atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contoh: set instruksi, teknik pengalamatan dan lain sebagainya.

2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer

Struktur Utama Komputer

 Central Processing Unit (CPU): pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan

fungsi – fungsi komputer. CPU umumnya disebut sebagai prosesor.

 Memori Utama:sebagai penyimpan data.

 I/O: memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

 System Interconnection: sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

Gambar 1.2. Struktur Dasar Komputer

Dari keempat komponen tersebut CPU merupakan komponen yang paling kompleks.

Struktur CPU:

 Control Unit: mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.

 Arithmetic And Logic Unit(ALU): membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.

 Register: penyimpan internal bagi CPU.

 CPU Interconnection: menghubungkan seluruh bagian dari CPU.

Fungsi Komputer

Fungsi operasi dasar sistem komputer:

 Fungsi Operasi Pengolahan Data

 Fungsi Operasi Penyimpanan Data

 Fungsi Operasi Pemindahan Data

 Fungsi Operasi Kontrol

Gambar 1.3. Operasi-Operasi Komputer

Gambar a. mengilustrasikan komputer sebagai fungsi operasi pemindahan data. Gambar b operasi penyimpanan data sementara c dan d fungsi komputer sebagai fungsi operasi pengolahan data.

3. Evolusi dan Kinerja Komputer

Sejarah Singkat Komputer

Generasi Pertama: Tabung Vakum (1945-1955)

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia.

ENIAC dibuat di bawah lembaga Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru.

ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai 5.000 operasi penambahan perdetik. ENIAC masih merupakan mesin desimal, representasi data bilangan dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing-masing akumulatornya mampu menampung 10 digit desimal. Setiap digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung vakum.

Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC selesai pada tahun 1946.

John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer barunya,bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program tersimpan ( stored-program concept ).

Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang kemudian di kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

Struktur komputer IAS terdiri dari :

 Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

 Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.

 Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori

sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.

 I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Gambar 1.4. Struktur Komputer IAS

Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40 binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing-masing 8 bit kode operasi (op code) dan 12 bit alamat.

Op Code Alam at Op Code Alam at

Inst ruksi Kiri Inst ruksi Kanan

Gambar 1.5. Format M emori IAS

0 7 8 19 20 27 28 39

Unit kontrol maupun ALU berisi lokasi- lokasi penyimpanan yang disebut register yang terdiri dari beberapa jenis yaitu:

 Memory Buffer Register (MBR): berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori

atau digunakan untuk menerima word dari memori.

 Memory Address Register (MAR): untuk menentukan alamat word di memori untuk

dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.

 Instruction Register (IR): berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.

 Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi

sebelah kanan word di dalam memori.

 Program Counter (PC): berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil

dari memori.

 Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ): digunakan untuk penyimpanan

sementara operand dan hasil ALU.

IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :

 Data transfer: memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau

antara dua register ALU sendiri.

 Unconditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu

 Conditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat

tertentu agar dihasilkan suatu nilai percabangan.

 Arithmetic: kumpulan operasi yang dibentuk oleh ALU.

 Address Modify: instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat dikomputasi

memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

Kelebihan komputer IAS:

 Mesin alamat tunggal

 Panjang instruksinya pendek sehingga menghasilkan program yang kecil.

 Pengambilan instruksi dilakukan dua sekaligus sehingga mempercepat waktu siklus instruksi.

 Address modify menghasilkan perubahan field alamat instruksi yang lain dalam memori.

Kekurangan komputer IAS:

 Lemah dalam pelaksanaan operasi I/O.

 Tidak mempunyai tipe instruksi “call” dan “return”

Gambar 1.6. Struktur Detail Komputer IAS

Komputer Komersial

Tahun 1950 dianggap sebagai industri komersial dengan berdirinya dua perusahaan yaitu Sperry dan IBM.

Tahun 1947 Eckkert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Operation untuk memproduksi komputer secara komersial. UNIVAC I (Universal Automatic Computer) merupakan komputer pertama yang mereka hasilkan.

Generasi kedua: transistor (1955-1965)

Pada era ini tidak lagi menggunakan tabung vakum melainkan transistor. Daya dan bentuknya relative kecil. Transistor ditemukan tahun 1947 di Bell Labs. Dengan adanya transistor nikerja hardware komputer makin cepat prosesnya. Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. ALU menjadi lebih komplek ,lahirnya bahasa tingkat tinggi dan software sistem operasi. Pada generasi ini munculnya Digital Equipment Corporation dengan komputer pertamanya PDP 1.

Generasi Ketiga: Integrated Circuit (1965-1980)

Ditemukannya Integrated Circuits (IC) yang terbuat dari silicon oleh Robert Noyce pada tahun 1958 yang merupakan konsep penggabungan komponen elektronika dalam satu paket.

Generasi Keempat: Very Large Scale Integration

Diawali dengan peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004 yang merupakan tonggak awal perkembangan mikroprosesor selanjutnya.

Perancangan Kinerja

Perkembangan mikroprosesor sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Sehingga menyebabkan berkurangnya sinkronisasi operasi antar komponen.

Gambar grafik perbandingan perkembangan kecepatan mikroprosesor dan memori.

Metode yang digunakan untuk mengatasi perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor dengan komponen lainnya:

 Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan

lintasan sistem bus.

 Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan teknik cache atau pola buffer

lainnya pada keeping DRAM.

 Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan menggunakan hirarki

bus-bus yang lebih cepat dan membuat struktur aliran data.

Evolusi komputer Pentium dan power PC

Teknologi Pentium menggunakan rancangan CISC (Complex Instruction Set Computers) dalam arsitekturnya. Sedangkan PowerPC menerapkan teknologi RISC (Reduced Instruction Set Computers) yang akan dibahas pada bagian-bagian selanjutnya.

BAB 2. SISTEM BUS

1. Definisi dan Fungsi Bus

Sistem bus merupakan penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalani tugasnya. Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel pada motherboard yang menghubungkan modul-modul. Jalur bus pada modul-modul I/O dibuat menjadi slot-slot yang mudah dilepas pasang. Sedangkan jalur bus pada chips akan terhubung melalui pinnya.

2. Struktur Interkoneksi

Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancangan struktur interkoneksi bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya.

Gambar 2.1. Modul-modul Komputer

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut:

 Memori ke CPU: CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

 CPU ke Memori: CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

 I/O ke CPU: CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O

 CPU ke I/O: CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O

 I/O ke Memori atau dari Memori:digunakan pada sistem DMA.

Interkoneksi Bus

Merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

Struktur Bus

Sebuah bus terdiri atas beberapa saluran. Secara umum fungis saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian yaitu: saluran data, alamat dan kontrol.

Gambar 2.2. Pola Interkoneksi bus

Data bus adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluran atau lebar bus berhubungan dengan panjang word.

Address bus digunakan untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada data bus dan saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

Control bus digunakan untuk mengontrol bus data, alamat dan seluruh modul yang ada.

Sinyal kontrol terdiri atas:

 Sinyal pewaktuan: digunakan untuk menandakan validitas data dan alamat

 Sinyal perintah: membentuk suatu operasi.

Secara umum saluran kontrol meliputi:

 Memory write: memerintahkan data pada bus akan dituliskn ke dalam lokasi alamat.

 Memory read: memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.

 I/O write: memerintahkan data pada bus dikirm ke lokasi port I/O

 I/O read: memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

 Transfer ACK: menunjukan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada

bus.

 Bus request: menunjukan bahwa modul memerlukan kontrol bus

 Bus grant: menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.

 Interrupt request: menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.

 Interrupt ACK: menunjukan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.

 Clock: kontrol untuk sinkronisasi antar modul.

 Reset: digunakan untuk melalukan inisialisasi seluruh modul.

3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus

Dikarenakan bus merupakan jalur yang menghubungkan antar perangkat didalam sistem komputer maka setiap operasi akan menggunakan jalur ini dua kegiatan operasi pada jalur bus: Operasi pengiriman data ke modul lainnya:

 Meminta penggunaan bus

 Apabila telah disetujui modul akan memidahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju.

Operasi meminta data dari modul lainnya:

 Meminta penggunaan bus

 Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.

 Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

Hirarki Multiple Bus

Terlalu banyaknya modul atau perangkat yang terhubung dengan bus maka kinerja sistem menjadi menurun yang disebabkan antara lain:

 Semakin besar delay propgansi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

 Antrian penggunaan bus semakin panjang.

 Habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Untuk mengantisipasi dapat dilakukan dengan penggunaan bus jamak yang heirarkis yang terdiri atas bus lokal, bus sistem dan bus ekspansi.

Gambar 2.3. Arsitektur Bus Jamak Tradisional

Gambar 2.4. Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi

Prosesor, cache dan memori utama terletak pada bus level tinggi karena memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi. Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi.

Pada bus jamak kinerja tinggi bus kecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor. perubahan pada arsitektur tidak mempengaruhi kinerja bus.

4. Elemen Rancangan Bus

Jenis Bus

Dibedakan menjadi dua:

 Dedicated bus, khusus menyalurkan data tertentu misal data saja atau alamat saja.

 Multiplexed bus, menyalurkan data yang berbeda baik data, alamat atau sinyal kontrol.

Kategori ini memliki keuntungan hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat namun kerugiannya adalah kecepatan transfer menurun.

Metode Arbitrasi

Terdiri dari dua macam metode:

 Tersentral: diperlukan arbiter sebagai pengontrol penggunaan bus oleh modul

 Terdistribusi: setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengatur

pertukaran data melalui bus.

Timing

Metode terbagi menjadi dua:

 Pewaktuan sinkron: terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu. Biasanya satu

siklus untuk satu event.

 Pewaktuan asinkron: memungkinkan kerja modul yang tidak sama kecepatannya. Event yang

terjadi tergantung pada event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal validasi.

Lebar Bus

semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu dan semakin besar bus alamat semakin banyak range lokasi yang dapat direferensikan.

Contoh Bus:

 Industry Standard Architecture (ISA)

 Peripheral Component Interconnect (PCI): bus yang tidak tergantung pada prosesor dan

berfungsi sebagai bus peripheral. Digunakan untuk sistem I/O berkecepatan tinggi seperti: NIC, video, sound card dan sebagainya,

 Universal Standard Bus (USB): digunakan untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.

Keuntungan penggunaan USB pemakai tidak perlu membuak casing untuk memasang peralatan I/O baru dan tidak perlu memasang tombola tau jumper pada PCB atau peralatan.

 Small Computer System Interface (SCSI): menggunakan interface paralel 8,16 atau 32

saluran data. Merupakan interface untuk drive CD-ROM, audio, hard disk, perangkat eksternal berukuran besar.

BAB 3. MEMORI

1. Definisi dan Fungsi Memori

Memori berdasarkan lokasi terbagi mejadi tiga yaitu register, memori internal dan memori eksternal. Register merupakan memori yang terletak pada prosesor sementara memori internal dan eksternal berada diluar prosesor, yang membedakan keduanya adalah memori internal (memori utama dan cache) pengaksesan dilakukan langsung oleh prosesor sementara memori eksternal (disk, pita) terakses menggunakan piranti I/O.

Memori harus mampu mengikuti kecepatan CPU tujuan agar terjadi sinkronisasi kerja untuk menghindari adanya waktu tunggu. Semakin besar kapasitas semakin besar waktu akses dan semakin kecil harga per bitnya.

Metode mengakses unit data meliputi:

 Akses Squential: memori diorgaisasi mejadi unit-unit yang disebut record. Informasi

pengalamatan dipakai untuk memisahkan record dan pencarian lokasi Akses dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Digunakan mekanisme baca/tulis bersama. Contoh : pita magnetik

 Akses Langsung: terdapat mekanisme baca/tulis bersama. Setiap blok dan record mempunyai

alamat unit berdasarkan lokasi fisik. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Contoh: disk

 Akses Acak: waktu untuk mengakses lokasi yang ditentukan tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya dan dilakukan secara langsung.contoh: memori utama

 Associatif: memungkinkan untuk melakukan perbandingan dari suatu lokasi bit dengan

pencocokan secara spesifik suatu word secara simultan.

Berdasarkan karakterisitik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja:

 Waktu akses: waktu yang dibutuhkan untuk baca tulis.

 Waktu siklus: waktu akses ditambah waktu untuk menghilang pada saluran sinyal.

 Transfer rate: untuk non random akses hubungan berikut harus terpenuhi:

TN = TA + dimana

TN = waktu rata-rata untuk baca/tulis N bit

TA = waktu akses rata-rata

N = jumlah bit

R = kecepatan transfer dalam bit perdetik (bps)

Satuan memori paling sederhana disebut sebagai bit. Satuan lainnya dikatakan sebagai byte (1 byte = 8 bit) dan kumpulan byte dinyatakan dalam word. Pajang word yang biasa digunakan adalah 8,16 dan 32 bit

Tingkatan satuan memori

Kilobytes (Kb) 1024 bytes

Megabyte (Mb) 1,048,576 bytes

Gigabyte (Gb) 1,073,741,824 bytes

Terabyte (Tb) 1,099,511,627,776 bytes

Tabel 3.1. Tingkatan dan Satuan Memori

2. Memori Utama Semikonduktor

Elemen dasar dari memori utama semikonduktor adalah sel memori yang umumnya mempunyai tiga terminal fungsional yang mampu membawa sinyal elektrik dan mempunyai karakter:

 Memiliki dua keadaan stabil atau semi stabil direpresentasikan dengan 0 dan 1.

 Mempunyai kemampuan untuk ditulis sedikitnya satu kali untuk menetapkan keadaan.

 Kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan.

Jenis-jenis memori semikonduktor

Tipe memori Kategori Penghapusan Mekanisme Tulis Volatilitas

Random Acces

Memory (RAM) Baca - tulis

Secara elektrik,

tingkatan byte Secara elektrik Volatile

RAM

Random Akses Memori memiliki sifat diakses secara acak melalui logika wired-in-addressing dan volatile. Memori ini digunakan kan sebagai media penyimpan sementara. Teknologi yang digunakan pada RAM ada dua yaitu dinamis dan statis.

RAM Dinamis (DRAM) disusun oleh sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Sifat dari kapasitor memiliki kecenderungan untuk mengosongkan muatan hal ini menyebabkan DRAM memerlukan muatan listrik secara berkala untuk memelihara penyimpanan. Memori jenis ini berkapasitas besar dikarenakan memiliki lebih banyak sel perunit luas atau lebih padat. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori dinamik digunakan pada memori utama.

RAM Statis (SRAM) pada memori nilai biner disimpan menggunakan konfigurasi flip-flop yang tradisional dan umumnya memiliki sifat lebih cepat dibanding memori dinamis. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori statis digunakan pada memori cache.

ROM

Read Only Memory memiliki sifat menyimpan data secara permanen tidak dapat diubah dan nonvolatile. Dengan demikian mengakibatkan setiap data yang tersimpan menjadi aman namun tidak memungkinkan untuk melakukan koreksi. Perubahan data dilakukan hanya dengan melakukan penyisipan secara elektrik dengan bantuan alat khusus tanpa menghapus data sebelumnya. Programmable ROM (PROM) merupakan jenis memori dari ROM yang dapat melakukan hal tersebut.

Jenis-jenis memori ROM lainnya yang memiliki sifat lebih sering dilakukan pembacaan jika dibandingkan dengan penulisan adalah EPROM, EEPROM dan flash. Perbedaan diantara ketiga memori tersebut dalah pada proses penghapusan data EPROM dilakukan secara tingkatan keping, EEPROM penghapusan dilakukan secara tingkatan byte dan flash penghapusan dilakukan secara blok yang merupakan tingkat menengah diantara EPROM dan EEPROM dipandang dari sisi harga dan kemampuan

Pengemasan Keping

Penggunaaan pin pada EPROM keping 8 Mbit yang diorgnisasiskan sebagai 1M x 8. Dengan pin 32 (standar) yang mendukung beberapa saluran sinyal antara lain:

 Alamat word yang sedang diakses. 1M word diperlukan 20 buah pin (A0-A19)

 Data yang akan dibaca terdiri dari 8 saluran (D0 – D7)

 Catu daya pada saluran Vcc

 Grounding pada Vss

 Chip Enable (CE) digunakan untuk menentukan kevalidan dari pin bila terdapat lebih dari satu keping memori pada bus yang sama, A19.

 Tegangan program (Vpp)

3. Koreksi Kesalahan

Kesalahan pada memori semikonduktor dapat dikategorikan kedalam 2 keadaan:

1. Kesalahan berat, merupakan kerusakan sel memori secara permanen dikarenakan cacat pabrikasi atau lainnya yang mengakibatkan memori tidak dapat dibaca/tullis.

2. Kesalahan ringan merupakan kerusakan nondestructive yang dapat mengubah isi data didalam sel memori tanpa merusak sel yang disebabkan adanya gangguan pada pasokan tenaga atau partikel alfa. Jenis kesalahan ini dapat masih dapat dikoreksi dengan dua cara:

2.1. Deteksi kesalahan

Deteksi kesalahan dengan cara menambahkan data word (W) dengan suatu kode (K) yang disebut sebagai bit cek paritas, W + K. kesalahan ditemukan dengan

memeriksa bit paritas. Richard Hamming (1950) menggunakan diagram Venn untuk melakukan deteksi pada word 4 bit .

Pada word data 4 bit digambarkan dengan diagram Venn 3 lingkaran yang saling berpotongan dan membentuk 7. Kotak pertama berisikan data. Pada kotak kedua parity bit yang kosong diisikan dengan bilangan logika 1 sehingga berjumlah genap. Pada kotak ketiga ditemukan adanya kesalahan penulisan bit pada data dengan melihat bilangan logika 1 yang tidak genap.

Koreksi kesalahan 8 bit data:

Data Bits Bit Paritas SEC Bit Paritas DEC

8 4 5

8 bit data diperlukan 4 bit tambahan sehingga panjang seluruhnya adalah 12 bit

Posisi bit 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Bit cek paritas ditempatkan dengan perumusan 2N dimana N = 0,1,…sedangkan bit data adalah sisanya. Kemudian dengan exclusive-OR dijumlahkan sebagai berikut:

C1 = D1 D2 D4 D5 D7

C2 = D1 D3 D4 D6 D7

C4 = D2 D3 D4 D8

C8 = D5 D6 D7 D8

Setiap cek bit beroperasi pada setiap posisi bit data yang nomor posisinya berisi bilangan 1 pada kolomnya. Contoh pada data 00111001 kemudian ganti bit data ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai errornya. Bagaimana untuk mendapatkan data ke 3 sebagai bit yang terdapat error?

Jawab: masukan data pada perumusan cek bit paritas

C1 = 1 0 1 1 0 = 1

C2 = 1 0 1 1 0 = 1

C4 = 0 0 1 0 = 1

C8 = 1 1 0 0 = 0

Bit 3 mengalami kesalahan sehingga data menjadi 00111101

C1 = 1 0 1 1 0 = 1

C2 = 1 1 1 1 0 = 0

C4 = 0 1 1 0 = 0

C8 = 1 1 0 0 = 0

Apabila bit-bit cek dibandingkan antara yang lama dengan yang baru maka terbentuk syndrom word:

C8 C4 C2 C1

0 1 1 1

0 0 0 1

0 1 1 0 = 6

Jika diperhatikan posisi ke-6 adalah data ke-3

Mekanisme koreksi kesalahan akan meningkatkan reabilitas memori namun menambah kompleksitas pengolahan data mengurangi kapasitas memori karena adanya bit parity.

4. Memori Virtual

Memori virtual diperlukan pada dua kasus dalam mengeksekusi program-program besar yang mempunyai ukuran melebihi ukuran fisik memori:

 memori utama prosesor tidak cukup untuk menjalankan program besar

 ukuran fisik memori utama dibiarkan kecil untuk mengurangi biaya walapun prosesor

mempunyai ruang memori logic yang besar.

Keuntungan memori virtual:

 Ukuran program tidak dibatasi oleh ukuran memori fisik.

 User tidak perlu mengestimasi alokasi memori melainkan didilakukan secar otomatis sesuai

permintaan program.

 Manual folding dieliminasi untuk menjalankn program-program besar.

 Program dapat diload dalam suatu area memori fisik karena program tidak menggunakan alamat fisik..

Mekanisme Memori Virtual

Kapanpun suatu instruksi atau operand harus diakses, prosesor akan mencari didalam memori utama jika tersedia maka proses dilanjutkan jika tidak tersedia maka interupsi dibangkitkan atau yang dikenal dengan page fault untuk meminta sistem operasi melakukan swapping (pertukaran).

Swapping merupakan suatu peristiwa dimana pada suatu saat hanya sebagian program yang dikirim dari harddisk ke memori utama. Pada saat diperlukan bagian yang tidak berada pada memori utama dikirim dari harddisk, dan pada saat yang sama bagian dari suatu program yang berada pada memori utama dikeluarkan dan disimpan di harddisk.

Dua metode yang umum dalam implementasi memori virtual:

 Paging: software sistem membagi program menjadi sejumlah page

 Segmentation: pemrogram menyusun program ke dalam segmen-segmen berbeda dengan ukuran yang berbeda.

BAB 4. MEMORI CACHE

1. Definisi dan Fungsi

Keberadaan memori cache dimaksudkan untuk mempercepat kerja dari memori utama sehingga mendekati kecepatan prosesor, cache memiliki salinan data dari memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memori maka terlebih dahulu akan memeriksa keberaan word tersebut didalam cache bila ditemukan akan langsung dikirim ke CPU bila tidak ditemukan maka pencarian akan dilanjutkan ke memori utama. Cache terhubung dengan prosesor melalui saluran data, kontrol dan alamat.

Gambar 4.1. Cache dan Memori Utama

Keberadaan cache bisa terletak pada prosesor yang disebut on chip cache atau cache internal/ cache tingkat 1 (L1) dan berada diluar prosesor yang disebut off chip cache atau cache eksternal/cache tingkat 2 (L2)

Pada gambar berikut menjelaskan konsep kerja dari prosesor menuju cache dengan kondisi cache hit yaitu suatu keadaan ditemukannya data didalam cache dan cache miss keadaan tidak ditemukannya data didalam memori cache.

Pada peristiwa cache hit, buffer alamat dan buffer data akan diabaikan komunikasi terjadi hanya diantara prosesor dan cache.

Pada keadaan cache miss alamat akan dimuat pada sistem bus dan data akan dikembalikan dari cache maupun prosesor melalui buffer data.

Gambar 4.2. Organisasi Cache Memori

Semakin besar ukuran cache maka semakin lambat unjuk kerja dari cache tersebut. Memori cache disusun atas sejumlah baris (disebut juga blok) dengan ukuran setiap baris sama dengan ukuran blok pada memori utama hanya saja memori utama memiliki jumlah blok yang lebih. Untuk itu diperlukan metode pemetaan untuk melakukan pemindahan word data dari keduanya.

2. Metode Pemetaan

 Pemetaan Langsung, blok memori utama dipetakan ke satu baris khusus dalam memori

cache. Setiap saluran pada baris cache akan diberikan alamat dari blok sehingga tidak ada 2 blok memori utama dipetakan pada baris yang sama pada cache.

Kelebihan:

Metode ini sederhana karena tag dari baris cache hanya satu yang cocok dengan field tag dari memori utama yang diberikan.

Kekurangan :

Blok memori tertentu dipetakan pada suatu baris cache yang tetap. Jika dua blok yang sering diakses terjadi untuk dipetakan pada baris cache yang sama maka hit ratio pada baris yang sering diakses kecil menyebabkan eksekusi program menjadi lambat.

Gambar 4.2. Organisasi Cache Pemetaan Langsung

 Pemetaan Asosiatif

Setiap blok memori utama akan dimuat kesembarang saluran cache berdasarkan tag yang dimiliki memori utama yang diatur oleh kontrol logika cache. Metode ini mengatasi kekurangan pada pemetaan langsung.

Kelebihan :

Fleksibelitas tinggi. Suatu blok memori dapat dimuatkan pada sembarang baris cache

Kekurangan:

Merupakan sistem yang mahal. Pengontrol cache menjadi komplek karena pencarian parallel terhadap perpindahan blok pada baris.

Gambar 4.3. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif

 Pemetaan Assosiatif Set

Merupakan penggabungan dari dua metode pemetaan langsung dan assosiatif. Jumlah total baris cache dikelompokan ke dalam set yang banyak. Setiap blok memori utama dapat dimuat dalam sembarang saluran cache.

Kelebihan:

Menyediakan fleksibelitas yang lebih baik. Terdapat pilihan yang banyak dalam pemetaan suatu blok memori.

Selama pembacaan dan pencarian terjadi hanya dalam suatu set. Tidak seperti assosiatif pencarian dilakukan pada semua cache.

Kekurangan:

Biaya lebih mahal daripada pemetaan langsung namun tidak lebih mahal dari pemetaan assosiatif.

Gambar 4.4. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif Set

Gambar 4.4. Contoh Pemetaan Asosiatif Set

Gambar 4.5. Contoh Pemetaan Asosiatif Set

3. Algoritma Penggantian

Merupakan metode yang digunakan untuk membuat kosong isi dari memori cache untuk dapat dimuatkan blok data yang baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan algoritma penggantian. Tiga metode algoritma penggantian yang akan diuraikan sebagai berikut:

 Random Choice: memilih baris cache secara acak tanpa suatu acuan.

 First In First Out (FIFO) : memilih set yang telah berada pada cache dalam waktu yang lama.

 Least Frequently Used (LFU): mengganti blok data yang mempunyai referensi paling sedikit.

 Least recently Used (LRU) mengganti blok data terlama yang berada pada cache dan tidak

memiliki referensi.

Write Policy

Sebelum dilakukan penggantian terhadap data yang berada pada memori cache perlu dilakukan cek apakah data pada memori telah sama. Bila data memori utama telah using maka segera digantikan. Dua metode yang digunakan:

 Write Through Policy

Penulisan data yang sama dalam memori utama sekaligus dalam memori cache. Metode ini memperlambat eksekusi dikarenakan setiap saat memerlukan akses ke memori utama.

 Write Back Policy penulisan hanya pada memori cache saja. Data pada memori cache akan

dipindahkan ke memori utama apabila cache ingin melakukan perubahan data. Hal ini akan menimbulkan masalah apabila perangkat I/O mengakses data pada memori utama yang belum update.

Pendekatan yang mungkin dilakukan bagi koherensi cache meliputi:

 Bus Watching with Write Through, cache controller akan melakukan monitoring bus alamat

untuk mendeteksi setiap operasi. Apabila ditemukan adanya penulisan pada alamat yang dipakai bersama maka data pada cache akan dianggap tidak valid.

 Hardware transparency, adanya perangkat keras tambahan yang menjamin semua updating

data pada memori utama dan cache.

 Non Cacheable Memory, hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan secara bersama oleh lebih dari satu prosesor. seluruh Akses yang masuk pada bagian memori ini dianggap sebagai cache miss dikarenakan data tidak akan pernah disalin kedalam cache.

BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

1. Magnetic Disc

Disc merupakan penyimpan eksternal pada sistem komputer yang berbahan non magnetik yang dapat dimagnetisasi dan berbentuk lingkaran. Proses baca dan tulis pada disk menggunakan head yaitu kumparan yang dimuati listrik hingga menghasilkan medan magnet.

Disk tersusun dari sejumlah ribuan lingkaran yang semakin ketengah semakin rapat yang disebut sebagai track. Setiap track dibatasi oleh gap yang bertujuan untuk menghindari kesalahan baca atau tulis yang disebabkan melesetnya head atau gangguan dari medan magnet. Lebar track sama dengan lebar head.

Data yang tersimpan dalam pada track berbentuk blok berukuran tidak lebih besar dari track itu sendiri yang disebut sebagai sector.

Gambar 5.1 Penampang Disk Magnetik

Untuk melakukan baca atau tulis head harus mengetahui letak awal dan posisi sector maupun track melalui header dari setiap data.

Field ID merupakan header data berfungsi untuk menentukan letak sector dan track. Byte SYNCH merupakan pola bit yang menandakan awal field data.

Gambar 5.3. Multiple Platter Disk

Sync Byte Track Head Sector CRC Sync Byte Data CRC

Gambar 5.2.Format Data pada track

Gap 1 Id Gap 2 Data Gap 3 Gap 1 ID Gap 2 Data Gap 3

Karakterisitik Magnetik Disk

Karakteristik Jenis Keterangan

Gerakan Head  Fixed head (satu per track)

 Movable head (satu per

permukaan)

Pada fixed head masing-masing track memiliki satu head.

Pada movable hanya terdapat satu head yang bergerak untuk mencari posisi track

Portabilitas Disk  Removable disk

 Nonremovable disk

Removable disk berkapasitas lebih besar dan fleksible

Pada mekanisme kontak, head bersentuhan dengan permukaan disk.

Pada Gap tetap terdapat jarak antara head dengan permukaan semakin padat data semakin dekat dan semakin besar terjadinya kesalahan baca tulis.

Seek Time disebut sebagai waktu yang digunakan head untuk menemukan track yang dicari.

Rotational latency disebut sebagai waktu berputar yang digunakan sector untuk menemukan headnya apabila track sudah didapatkan.

Acces time adalah waktu yang diperlukan disk untuk berada pada posisi siap membaca dan menulis.

Disk Drive

Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

Fisik lebih fleksible Fisik lebih kaku

Kapasitas lebih kecil Kapasitas lebih besar

Waktu akses dan transfer data lebih cepat Waktu akses dan transfer data lebih cepat

Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

lebih lambat lebih cepat

Lebih rentan mengalami kerusakan Kerusakan data lebih sedikit

Saat baca tulis head menyentuh permukaan media

Head melayang diatas permukaan pada jarak dekat yang disebut flying head

Mempunyai dua permukaan Mempunyai dua permukaan dengan banyak piringan

2. Optical Disc

Compact Disc (CD)

Pertama kali ditemukan tahun 1983 dengan kapasitas mencapai 700 MB berbahan dasar aluminium berbungkus plastik atau resin yang dapat memantulkan cahaya. Pembacaan informasi menggunakan sinar laser berdaya rendah dan tidak dapat dihapus dengan baca tulis menggunakan teknik direct acces. CD berisi track berbentuk spiral yang berawal dari pusat menuju sisi luar. Kecepatan rotasi semakin menuju pusat semakin lambat.

CD-R (Compact Disk Recordales): berbahan dasar resin polycarbonate. Memiliki sifat tidak dapat dihapus menjadikannya back up data terbaik.

CD-RW (Compact Disk Rewritables): penulisan dapat dilakukan berulang berbahan dasar logam perpaduan dari perak, indium, antimo dan tellurium.

Digital Versatile Disc (DVD)

Dikembangkan tahun 1997 berkapasitas 4,7 GB untuk yang bersisi tunggal dan berkapasitas lebih untuk yang ganda. Penulisan menggunakan sinar laser dibuat dalam format sebuah ROM serta dapat dihapus (DVD-E) dan yang dapat ditulisi sekali (DVD-R). Media berbahan dasar polikarbonat dan menggunakan teknik direct acces. Baca tulis menggunakan teknis direct access.

Blu-Ray Disc (BD)

Blu-ray Disc (BD) adalah sebuah media penyimpanan cakram optik yang dirancang untuk menggantikan format DVD. Disk plastik 120 mm dan diameter 1,2 mm, ukuran yang sama seperti DVD dan CD. Konvensional (pre-BD-XL) Blu-ray Disc mengandung 25 GB per layer, dengan cakram dual layer (50 GB) menjadi standar industri untuk fitur-panjang cakram video. Disc tiga lapisan (100 GB) dan lapisan quadruple (150 GB) yang tersedia untuk BD-XL ulang

-penulis drive. [3] Nama Blu-ray Disc mengacu pada laser biru yang digunakan untuk membaca disk, yang memungkinkan informasi untuk menjadi disimpan dengan kepadatan yang lebih besar daripada yang mungkin dengan laser merah panjang-panjang gelombang yang digunakan untuk DVD. Aplikasi utama dari Blu-ray Disc adalah sebagai media untuk bahan video seperti film. Selain spesifikasi hardware, Blu-ray Disc dikaitkan dengan satu set format multimedia. Umumnya, format ini memungkinkan untuk video dan audio untuk disimpan dengan definisi yang lebih besar dari pada DVD.

Format ini dikembangkan oleh Sony dan Blu-ray Disc Association, sebuah kelompok yang mewakili pembuat elektronik konsumen, perangkat keras komputer, dan film. Blu-ray Disc pertama prototipe yang diresmikan pada bulan Oktober 2000, dan pemain prototipe pertama dirilis pada bulan April 2003 di Jepang. Setelah itu, ia terus dikembangkan sampai rilis resmi pada bulan Juni 2006.

IDE Disk (Hardisk)

Pengalamatan menggunakan LBA (Logical Block Addressing) yaitu metode pengalamatan yang hanya member nomor pada sector-sekto mulai dari 0 hingga 224-1. Metode yang mengharuskan pengontrol menkonversi alamat-alamat LBA menjadi head, sector dan silinder.

SCSI Disk (Harddisk)

SCSI (Small Computer System Interface) metode pengalamatan sama dengan IDE perbedaan mampu mentranfer data dalam kecepatan tinggi yang menjadikanya standar bagi beberapa prodesen komputer. Selain itu dapat dianggap sebagai sebuah bus yang mampu mengontrol hingga 7 peralatan al: CD, recorder CD, scanner dan sebagainya. Media tersebut dikenali okeh SCSI berdasarkan ID unik yang mereka miliki.

3. Magnetic Tape

Berbentuk track-track parallel mempunyai head baca tulis tunggal dan dimana head baca dan tulis dipisahkan. Head harus melewati bagian-bagian pita lain yang ada sebelumnya secara serial. Cocok untuk menyimpan data besar namum tidak untuk pembacaan secara acak. Bit disimpan dalam selebar pita dalam suatu frame dan sepanjang pita dalam bentuk data terkecil yang disebut record. Pengaksesan dilakukan

 secara sequensial. Apabila head berada lebih atas dari letak record yang diinginkan maka

pita harus dimundurkan. Kecepatan putaran pita rendah transfer data menjadi lambat.

Track 2

Track 1

Track 0

Tepi baw ah pit a

Arah baca t ulis Gam bar 5.4 Pit a M agnet ik

BAB 6. STORAGE ARRAY

1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

Redundancy Array of Independent Disk merupakan pengaturan beberapa disk memori dengan sistem akses parallel dan redudansi guna meningkatkan reliabilitas khususnya penyimpanan berbasis data. Konsep ini menggantikan disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk-disk berkapasitas kecil dengan mendistribusian data pada disk-disk tersebut.

Karakteristik RAID:

 Sekumpulan disk drive yang dianggap sebagai satu sistem tunggal.

 Data didistribusikan ke drive fisik array

 Digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recovery data ketika terjadi

masalah.

Tingkatan RAID

 RAID Level 0

Metode drive spinning, block interleave data spinning atau disk stripping digunakan pada level ini yaitu penempatan blok-blok data pada stripe dalam beberapa permukaan disk. Level ini tidak menawarkan fault tolerance karena tidak memiliki redundansi. Kelebihan ketiadaan redundansi adalah kinerja lebih tinggi. Direkomendasikan untuk data yang tidak kritis yang membutuhkan kecepatan baca tulis yang tinggi.

Gam bar 6.1. RAID 0 (Nonredundant )

 Raid Level 1

Konsep yang digunakan pada level ini adalah secara mirroring dengan memberikan proteksi kegagalan yang terbaik dimana proses tulis dilakukan pula pada mirror set yang mengakibatkan kinerja lebih lambat dari RAID 0. Namun mengakibatkan proses baca menjadi lebih cepat. Direkomendasikan untuk proses yang memerlukan fault tolerance tinggi seperti kuntansi dan gaji. Harga mahal karena diperlukan jumlah disk dua kali lipat.

 Raid Level 2

Menggunakan konsep data stripping. Pada level ini disk terbagi menjadi disk penyimpan data dan disk parity yaitu disk tambahan untuk menyimpan informasi koreksi kesalahan yang dibangkitkan dengan metode kode hamming. Adanya metode koreksi ini mengakibatkan kinerja menjadi lebih lambat.

 Raid Level 3

Konsep yang dibangun sama dengan RAID level 2 yang membedakan pada jumlah penggunaan disk parity yang hanya 1 saja. Level ini dinilai lebih ekonomis. Berguna untuk penyimpanan data dengan blok-blok yang besar.

Gam bar 6.2. RAID 1 (Disk M irroring)

Drive Dat a Drive Ham m ing

Gam bar 6.3. RAID 2 (redundancy m elalui kode Ham ming

 Raid Level 4

Konsep yang diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai parity. Tidak direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

 Raid Level 5

Konsep yang digunakan sama dengan level 4 hanya saja penempatan parity disebar pada masing-masing disk. Direkomendasikan untuk file dan server aplikasi, email dan server pemberitaan, server berbasis data dan web dikarenakan memiliki proteksi terbaik untuk harga murah.

 Raid Level 6

Kekurangan RAID adalah terjadinya kerusakan fisik secara bersamaan dikarenakan waktu penggunaan. Level ini menjawab kerusakan multidisk pada RAID. Yaitu dengan menggandakan

Parit y

Gam bar 6.4. RAID 3, Bit int erleave dat a st riping dengan parit y

Gam bar 6.6. RAID 5, Block int erleave dengan parit y t erdist ribusi Gam bar 6.5. RAID 4, Block Int erleave dat a st riping dengan sat u parit y disk

Parit y

paritas dan meletakan secara menyebar. Dan menempatkan sebuah level proteksi kedua yang menggunakan kode-kode reed Solomon error correction disamping parity. Konsep yang diterapkan sama dengan level 0 hanya saja menggunakan 1 buah disk sebagai parity. Tidak direkomendasikan untuk kinerja tinggi.

2. Storage Area Network (SAN)

Merupakan teknologi media penyimpanan yang terhubung dengan jaringan terpisah dari jaringan utama (LAN/WAN) yang dimiliki oleh suatu organisasi. Secara fisik SAN terdiri dari controller dan storage dengan konsentrator switch. Dengan kata lain SAN merupakan storage berbasis networking yang terhubung dengan network utama

Dengan demikian SAN dapat menangani trafik data dalam jumlah besar antara server dan peralatan penyimpan tanpa mengurangi bandwith yang ada pada jaringan utama.

Keuntungan penggunaan SAN:

 Availability: satu salinan data dapat diakses oleh semua host melalui jalur yang berbeda dan

semua data lebih efisien dalam pengaturannya.

 Reliability: infrastruktur yang dapat menjamin tingkat kesalahan yang minimal dan

kemampuan dalam mengatasi kegagalan.

 Scalability: server maupun media penyimpan dapat ditambahkan secara independent.

 Performance: menggunakan Fiber Channel dengan bandwidth 100MBps dengan overhead

(informasi mengenai data tersebut) yang rendah. Trafik back up dan jalur utama LAN/WAN dipisahkan.

Gam bar 6.7. RAID 5, Block int erleave dengan parit y t erdist ribusi

 Manageability: manajemen dilakukan terpusat dan deteksi, koreksi kesalahan yang proaktif.

 Return on Information Management: bertambahnya tingkat redundansi, kemampuan

manajemen dan penambahan server maupun media penyimpan secara independen mengakibatkan biaya kepemilikan menjadi rendah sementara mampu menaikan Return on Information Management (ROIM) jika dibandingkan dengan media penyimpanan tradisional.

Gambar 6.8. Storage Area Network

BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi

Merupakan program yang mengontrol eksekusi program aplikasi dan bertindak sebagai antar muka antara brainware dan hardware.

Layanan-layanan yang disediakan sistem operasi:

 Pembuatan program: layanan program utilitas seperti editor dan debugger yang bukan

bagian dari sistem operasi tetapi dapat di akses melalui sistem operasi

 Eksekusi program:

 Akses terkontrol ke file: menyediakan mekanisme perlindungan untuk mengontrol akses

ke file-file

 Akses sistem: mengontrol akses kesistem secara keseluruhan .

 Pendeteksian Kesalahan dan tanggapan: Untuk pelacakan, mencari kesalahan terdapat

terjadi di dalam Prosesor atau Memori

 Akuntansi

Jenis sistem operasi

 Interaktif: pengguna berinteraksi secara langsung dengan komputer.

 Batch: program pengguna ditampung secara bersama program pengguna lainnya dan

kemudian disampaikan oleh operator komputer. Setelah program diselasaikan hasilnya dicetak bagi pengguna.

Multiprogramming: beberapa program disimpan dimemori dalam sekali waktu tertentu untuk kemudian dilakukan proses secara bersama untuk meningkatkan kinerja dari prosesor.

Uniprogramming : satu proses yang dilakukan dalam waktu tertentu.

2. Penjadwalan

Pada multiprogramming penjadwaln sangat diperlukan sekali guna mengatur seluruh proses yang sedang berlangsung. Jenis-jenis penjadwalan:

 Penjadwalan jangka pendek: menjadwalkan alokasi pemroses diantara proses-proses

ready dalam memory utama

 Penjadwalan jangka menengah: menangani proses-proses yang tertunda ketika kondisi

yang membuat tertunda hilang proses langsung dimasukan ke memori utama dalam status ready untuk diproses

 Penjadwalan jangka panjang : bertugas pada antrian proses (batch) dan emilih proses

Tujuan Penjadwalan

 Efisiensi

 Utilisasi CPU: membuat CPU selalu sibuk

 Respon time: waktu mulai menjawab sampai selesai

 Meminimalkan Turn around time, yaitu jumlah waktu eksekusi dan waktu tunggu.

 Memaksimalkan Throughput, hasil yang dapat diselesaikan dalam satu unit waktu.

Ada 2 strategi penjadwalan :

1. Penjadwalan nonpreemptive: Setiap proses diberi sejumlah waktu tertentu oleh prosesor setiap proses tidak dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses lainnya hingga proses yang sedang berlangsung selesai.

 FIFO (First In First Out): mengutamakan proses yang terlebih dulu masuk

 SJF (Shortest Job First) : mengetahui seluruh waktu dari setiap proses untuk

mengambil proses dengan waktu terpendek yang terlebih dahulu dilayani.

2. Penjadwalan preemptive : proses dapat diambil alih atau dilakukan sela oleh proses lainnya dan akan dilanjutkan kemudian.

 RR (Round Robin): semua proses dianggap penting dan diberi sejumlah waktu yang

disebut quantum untuk dapat menyelesaikan proses.

 PS (Priority Schedulling): setiap proses memiliki prioritas dan prosesor mengutaman

proses yang memilki prioritas lebih tinggi. Jika semua prioritas sama maka FIFO yang akan digunakan untuk menyelesaikan proses.

3. Manajemen Memori

Pada uniprogramming memori utama dibagi menjadi dua satu bagian untuk sistem operasi dan satu bagian untuk program yang sedang dieksekusi. Pada sistem multiprogramming bagian pengguna dari memori dibagi lagi untuk mengakomodasi berbagai proses. Teknik pengaturan memori yang demikian disebut sebagai manajemen memori yang efektif pada multiprogramming

Swapping

 Suatu proses dapat di-swap secara temporary keluar dari memori dan dimasukkan ke backing

store, dan dapat dimasukkan kembali ke dalam memori pada eksekusi selanjutnya.

 Backing store –disk cepat yang cukup besar untuk mengakomodasi copy semua memori

image pada semua user; menyediakan akses langsung ke memori image.

 Roll out, roll in – varian swapping yang digunakan dalam penjadualan prioritas; proses

dengan prioritas rendah di-swap out, sehingga proses dengan prioritas tinggi dapat di-load dan dieksekusi.

 Bagian terbesar dari swap time adalah transfer time, total transfer time secara proporsional

dihitung dari jumlah memori yang di swap.

 Modifikasi swapping dapat ditemukan pada sistem UNIX, Linux dan Windows.

Contiguous Allocation

 Memori utama biasanya terbagi dalam dua bagian:

 Resident operating system, biasanya tersimpan di alamat memori rendah termasuk

interrupt vector .

 User proces menggunakan memori beralamat tinggi/besar.

 Single-partition allocation

 Relokasi register digunakan untuk memproteksi masing-masing user proses dan

perubahan kode sistem operasi dan data.

 Relokasi register terdiri dari alamat fisik bernilai rendah; limit register terdiri dari

rentang/range alamat logik, setiap alamat logik harus lebih kecil dari limit register.

Paging

 Membagi memori fisik ke dalam blok (page, frame) dengan ukuran tertentu (fixed) yang

seragam.

 Memudahkan manajemen free memory (hole) yang dapat bervariasi.

 Tidak perlu menggabungkan hole menjadi blok yang besar seperti pada

variable partition (compaction).

 OS lebih sederhana dalam mengontrol (proteksi dan kebijakan) pemakaian

memori untuk satu proses.

 Standard ukuran blok memori fisik yang dialokasikan (de-alokasi) untuk setiap proses.

 Ukuranya (tergantung OS): 512 byte s/d 16 KB.

Segmentation

 Skema pengaturan memori yang mendukung user untuk melihat memori tersebut..

 Sebuah program merupakan kumpulan dari segment. Sebuah segement berisi unit logik

Sistem Operasi, terdiri dari sekumpulan program untuk suatu resources (memori). Bagaimana hubungan antara program-program baik selama proses berjalan dan kapan program tersebut harus dipergunakan?.

Kondisi utama dalam proses Sistem Operasi.

1. RUN

Adalah proses yang sudah dipilih oleh prosesor dan program-programnyanya sedang berjalan.

2. WAIT

Adalah proses yang sedang menunggu yang dikarenakan adanya event/kejadian

Misal: suatu operasi Input-Output yang sedang berjalan maka prosesor tidak akan melakukan proses, karena I/O yang sedang beroperasi.

3. READY

Adalah proses dalam kondisi yang siap dilaksana kan/ready, akan tetapi jumlah proses lebih banyak dari jumlah prosesor sehingga proses tersebut harus menunggu giliran untuk diproses (Ready to Run)

Kondisi lain;

1. SUBMIT

Adalah kondisi dimana pemakai/user memasukan suatu JOB kedalam sistem, dan sistem tersebut harus memberikan suatu respon.

2. HOLD

Adalah kondisi dimana Job dimasukan telah dikonversikan kedalam bentuk yang “readable” (yang dapat dibaca oleh mesin). Tetapi tidak ada resources yang dialokasikan untuk job tersebut, sehingga untuk ke kondisi berikutnya harus dialokasikan terlebih dahulu.

3. COMPLETE

Adalah kondisi dimana prosesor telah menyelesaikan proses komputasi dan semua resource sudah dikembalikan.

BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN

1. Definisi dan Fungsi

Unit masukan dan keluaran merupakan bagian komponen utama dari sistem komputer selain dari CPU dan memori. Dalam modul I/O berisikan logika yang mengatur dan menghubungkan antara perangkat erksternal dengan sistem bus sekaligus antara perangkat eksternal lainnya .

Beberapa alasan mengapa perangkat eksternal eksternal tidak terhubung secara langsung dengan sistem bus adalah:

 Banyaknya variasi perangkat eksternal.

 Perbedaan kecepatan transfer data antara perangkat eksternal dengan CPU maupun

memori.

 Perbedaan format dan panjang data antara perangkat erksternal dengan CPU

2. Sistem Masukan dan Keluaran Komputer

Dalam menjalankan tugasnya fungsi modul I/O terbagi menjadi beberapa kategori:

1. Kontrol dan pewaktuan: melakukan pengaturan dan pengawasan supaya terjadinya sinkronisasi antara CPU, memori dan perangkat eksternal.

2. Komunikasi CPU:

 meliputi proses-proses menerima perintah dari CPU untuk perangkat eksternal,

M odul I/ O Link ke perangkat luar lainnya

Sist em BUS Gam bar 8.1 M odul I/ O

 pertukaran data antara CPU dengan perangkat eksternal,

 pelaporan status modul I/O maupun perangkat eksternal apakah dalam keadaan

sibuk,siap atau error.

 Mengetahui alamat perangkat eksternal yang dikontrolnya.

3. Komunikasi perangkat eksternal: meliputi komunikasi data, kontrol dan status.

4. Melakukan buffer data: bertujuan untuk mendapatkan penyesuaian data sehubungan dengan perbedaan laju transfer.

5. Deteksi kesalahan: bertujuan melaporkan ketiap kali perangkat eksternal mendapati masalah. Misal isi tinta atau kertas habis.

3. Teknik Masukan atau Keluaran

Dalam modul I/O terdapat tiga teknik untuk melalukan proses masukan dan keluaran yaitu:

 I/O terprogram: Data saling dipertukarkan antara CPU dan Modul I/O.

Kelemahan: adanya waktu tunggu pada CPU saat I/O merampungkan tugasnya. Setiap instruksi yang diberikan dari CPU kepada modul I/O maupun perangkat eksternal dipastikan disertakan dengan alamat tujuan.

Empat klasifikasi perintah I/O:

1. Perintah Kontrol: mengaktivasi perangkat eksternal dan memberitahukan tugas yang harus dikerjakan.

2. Perintah Test: menguji berbagai kondisi status modul

3. Perintah Read: mengambil paket data dari perangkat I/O kemudian menyimpannya dalam buffer internal melalui bus data.

4. Perintah write: perintah dari CPU kepada modul I/O untuk mengambil data dari bus data untuk selanjutnya dberikan ke perangkat eksternal.

 Interrupt – driven I/O: Tidak adanya waktu tunggu pada CPU. Saat instruksi menjalankan

perintah I/O dari modul I/O karena pada saat yang sama CPU melakukan proses lainnya tanpa harus menunggu perintah I/O selesai.

Data hasil pembacaan oleh modul I/O dari perangkat I/O akan disimpan di bus data hingga menunggu diminta baca oleh CPU sementara itu modul mengirimkan sinyal interupsi kepada CPU untuk mengirimkan instruksi selanjutnya.

Terdapat empat keadaan yang digunakan CPU untuk menjawab interupsi tersebut:

1. Multiple Interrupt Lines: merupakan terknik yang paling sederhana yaitu dengan membangun saluran interupsi yang banyak antara Modul dengan CPU.

2. Software Poll: saat menerima sinyal interupsi dari modul. Selanjutnya CPU akan menuju Interrupt Services Routine tempat terjadinya software poll untuk menentukan modul mana yang melakukan interupsi. Proses penentuan ini mengambil waktu proses dari CPU menjadi lebih lambat.

3. Daisy Chain: seluruh modul I/O terhubung dengan saluran interupsi CPU secara melingkar

4. Arbitrasi Bus: modul I/O akan mendapatkan kendali kontrol bus sebelum melakukan interupsi kepada CPU hal ini mengakibatkan hanya ada satu modul I/O yang melakukan interupsi.

 DMA (Direct Memory Acces): CPU hanya akan melakukan proses di awal dan akhir saja

ketika menanggapi sinyal interupsi yang masuk. Seluruh proses interupsi akan diserahkan kepada DMA dengan cara mengambil alih siklus bus pada jalur bus oleh DMA. Sementara interupsi berlangsung CPU masih dapat melakukan proses lainnya.

BAB 9. SET INSTRUKSI

Merupakan sekumpulan lengkap instruksi yang dapat dimengerti oleh sebuah CPU.

1. Elemen-elemen Instruksi

 Operation code (Op code) : berisikan perintah yang akan dikerjakan

 Source Operand reference : letak data yang harus dikerjakan sesuai perintah

 Result Operand reference : Penyimpan hasil operasi

 Next Instruction Reference : Perintah selanjutya yang harus diselesaikan

Dalam sebuah instruksi, tidak harus semua elemen ini dicantumkan, tergantung kebutuhan dan jenis instruksinya. Semua instruksi dijalankan didalam CPU dan umumnya menggunakan register sebagai tempat membaca/menyimpan operand meskipun tidak selamanya register berisikan operand melainkan menunjuk kepada salah satu media penyimpan lainnya missal: memori, cache, modul I/O.

Source and result operand dari suatu operasi dapat berada pada tiga tempat berikut:

 Memori utama atau memori virtual

 CPU register

 Perangkat I/O

Representasi Instruksi

Pada bahasa mesin, setiap instruksi berbentuk pola bit biner yang unik untuk itu agar dapat dimengerti oleh pengguna maka dibuatlah berbagai instruksi menggunakan singkatan sebagai simbolik yang disebut sebagai mnemonic. Missal: ADD, SUB, MPY, DIV, LOAD, STOR. Operand dapat direpresentasikan dengan menggunakan simbolik missal: ADD A,B

Tambahkan nilai yang berada pada B kedalam register A dan simpan hasilnya di register A. seorang programmer diperkenankan menggunakan symbol dan menetapkan lokasi untuk merepresentasikan bahasa mesin dimana setiap opcode symbol direpresentasikan dengan angka biner yang selalu tetap.

Jenis-jenis Instruksi

 Transfer data missal : STOR, LOAD, MOVE, dll.

3. Data movement: Input dan Output ke modulI/O 4. Program flow control: JUMP, HALT, dll.

2. Format-format Instruksi

Format Instruksi 3 Alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO1], [AO2] merupakan suatu instruksi dengan satu alamat hasil dan dua alamat operand.

Misal: SUB Y,A,B bentuk algoritmik Y  A – B yang mengandung arti kurangkan isi register A dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

Dengan format seperti ini program lebih pendek dan mengoperasikan banyak register sekaligus dan bentuk ini tidak umum digunakan di komputer.

Format Instruksi 2 Alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AH], [AO] merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan satu alamat hasil merangkap salah satu operand lainnya.

Misal: SUB Y, B bentuk algoritmik Y  Y – B yang mengandung arti kurangkan isi register Y dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di register Y.

Dengan format instruksi seperti ini panjang program tidak bertambah terlalu banyak tetapi mengoperasikan lebih sedikit register dan bentuk instruksi seperti ini masih digunakan di komputer.

Format Instruksi 1 Alamat

Bentuk umum: [OPCODE] [AO], merupakan instruksi dengan satu alamat operand dan hasil disimpan di accumulator.

Misal: SUB B bentuk algoritmik AC  AC – B mengandung arti kurangkan isi Acc dengan isi register B kemudian simpan hasilnya di Acc.

Dengan format instruksi seperti ini program menjadi bertambah panjang sementara register yang digunakan hanya satu dan bentuk ini digunakan pada komputer jaman dahulu.

Misal: SUB bentuk algoritmik: S[top]  S[top-1] – S[top] mengandung arti kurangkan isi stack no.2 dari atas dengan isi stack paling atas kemudian simpan isi hasilnya di stack paling atas. Untuk instruksi PUSH dan POP mempunyai cara kerja yang berbeda.

POP Y bentuk algoritmik Out  S[top] Memerlukan 10 operasi

Latihan

Kerjakan X = (A + B × C) / (D – E × F)

Design dari sebuah intruksi sangat komplek karena mempengaruhi banyak aspek dalam sistem komputer. Beberapa hal yang paling fundamental dalam prose perancangan antara lain meliputi:

 Operation repertoire berkenaan dengan seberapa banyak dan jenis operasi apa yang yang

harus tersedia dan sekomplek apakah operasi itu seharunya.

 Data types berkenaan dengan jenis data yang dapat disediakan

 Instruction format berknaan dengan panjang instruksi (bits), nomor alamat, ukuran field

dan sebagainya.

 Register berkenaan dengan jumlah register yang dapat digunakan oleh instruksi dan

masing-masing fungsinya.

 Addressing digunakan untuk menspesifikasikan alamat operand.

Jenis-jenis operasi komputer:

 Data transfer :

 Lokasi sumber dan tujuan harus ditentukan

 Panjang data harus diidentifikasi

 Mode address untuk setiap operasi harus ditentukan

BAB 10. MODE PENGALAMATAN

1. Definisi dan Fungsi

Dua cara yang umumnya dilakukan dalam penempatan operand instruksi yaitu pada lokasi memori utama dan register CPU.

Apabila penempatan berada pada memori utama maka alamat lokasi harus diberikan oleh instruksi dalam medan operand tidak perlu memberikan alamat secara eksplisit pada instruksi.

Mode pengalamatan merupakan metode penentuan alamat operand pada instruksi.

Tujuan yang mempengaruhi arsitektur komputer ketika memilih mode pengalamatan:

1. Mengurangi panjang instruksi dengan mempunyai medan yang pendek untuk alamat.

2. Menyediakan bantuan yang tangguh kepada pemrogram untuk penanganan data kompleks seperti pengindeksan sebuah array, control loop, relokasi program dan sebagainya.

Merupakan metode yang tidak melakukan aktivitas pengambilan operand.

 Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama

dengan field alamat

 Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplement dua

 Bit paling kiri sebagai bit tanda

 Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga

maksimum word data

Contoh: ADD 5; tambahkan 5 pada akumulator

Keuntungan:

 Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh

operand

 Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

Kekurangan:

 Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

2. Direct Addressing

Alamat operand secara eksplisit diberikan didalam instruksi.

Keuntungan:

 Field alamat berisi efektif address sebuah operand

 Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

 Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kekurangan:

 Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan

panjang word

Contoh: ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

Gambar 10.1 Direct Addressing 3. Indirect Addressing

Pada metode ini dapat melalui lokasi memori atau register.

 Indirect addressing memori: jika sebuak lokasi memori menyimpan alamat operand.

 Indirect addressing register: jika sebuah register digunakan untuk menyimpan alamat

operand.

Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilrannya akan berisi alamat operand yang panjang.

Contoh: ADD (A); tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

Gambar 10.2 Indirect Addressing

Keuntungan:

 Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi