BAB 4 - Piranti Proses

A.    Piranti Proses

Piranti proses adalah adalah alat dimana instruksi – instruksi program diproses untuk mengolah data yang sudah dimasukkan lewat Peranti masukan dan hasilnya akan ditampilkan di Peranti keluaran. Saat komputer berjalan, terdapat banyak proses yang berjalan secara bersamaan. Sebuah proses dibuat melalui system call create-process yang membentuk proses turunan ( child process) yang dilakukan oleh proses induk (parent process). Proses turunantersebut juga mampu membuat.

Ketika sebuah proses dibuat maka proses tersebut dapat memperoleh sumber-daya seperti waktu CPU, memori, berkas, atau perangkat I/O. Sumber daya ini dapat diperoleh langsung dari sistem operasi, dari proses induk yang membagi-bagikan sumber daya kepada setiap proses turunannnya, atau proses turunan dan proses induk berbagi sumber-daya yang diberikan sistem operasi. Pranti proses terdiri dari Central Processing Unit (CPU) dan Main Memory

.

B.     Pengelolaan Proses

Proses perlu dikelola karena dalam sebuah proses membutuhkan beberapa sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. Sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat I/O. Perkembangan sistem komputer mendatang adalah menuju ke sistem multi- processing, multiprogramming, terdistribusi dan paralel yang mengharuskan adanya proses-proses yang berjalan bersama dalam waktu yang bersamaan. Hal demikian merupakan masalah yang perlu perhatian dari perancang sistem operasi. Kondisi dimana pada saat yang bersamaan terdapat lebih dari satu proses disebut dengan kongkurensi (proses-proses yang kongkuren).

Proses-proses yang mengalami kongkuren dapat berdiri sendiri (independen) atau dapat saling berinteraksi, sehingga membutuhkan sinkronisasi atau koordinasi proses yang baik. Proses tersebut tidak lepas dari peran prosesor sebagai pengendali dari berjalannya sebuah proses.

C.    Procesor

Processor juga biasa disebut dengan Mikroprosesor adalah suatu komponen (biasanyawujud fisiknya berupa chip) yang terdapat dalam suatu sistem komputer yang berfungsisebagai unit pusat pemroses atau pengolah data dan istruksi. Dalam bahasa kasar sering diistilahkan sebagai „otak‟ komputer. Mikroprosesor ini umumnya terpasang pada motherboard. Penulisan kata mikroprosesor sering disingkat μP atau uP. Istilah mikroprosesor juga disebut dengan nama prosesor atau CPU (central processing unit).

Prosesor ini terbuat dari chip silikon yang di dalamnya mengandung jutaan transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sirkuit terintegrasi semikonduktor. Selama ini, perkembangan mikroprosesor diketahui mengikuti hukum Moore. Hukum ini dilontarkan oleh Gordon Moore pada tahun 1965. Saat itu Moore memprediksi bahwa jumlah transistor yang ada pada IC (Integrated Circuit) akan berlipat ganda setiap tahunnya, dan merumuskan bahwa daya penghitungan akan berlipat ganda setiap 18 bulan. Pernyataan ini diperbaharui oleh Moore pada tahun 1995, berdasar hasil penelitian bahwa kelipatan ganda jumlah transistor akan terjadi setiap dua tahun sekali. Hukum tersebut memang benar-benar terjadi dan terbukti sejak awal tahun 1970-an. Sehingga performa komputerpun terus meningkat dari tahun ke tahun.

Hukum Moore tersebut mungkin tidak akan berlaku seterusnya, kalau mengamati perkembangan prosesor saat ini tampaknya hukum tersebut hanya berlaku untuk waktu yang terbatas.

D.    Cara kerja Prosesor 

Prosesor berfungsi seperti kalkulator, hanya saja dengan kemampuan pemrosesan data yang jauh lebih besar. Fungsi utamanya adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data.

Data tersebut diambil dari memori atau diperoleh dari alat input yang dioperasikan oleh operator seperti papan ketik (keyboard), mouse dan lainnya. Kerja prosesor ini dikontrol oleh sekumpulan instruksi software. Software tersebut diperoleh atau dibaca dari media penyimpan seperti harddisk, disket, CD, dan lainnya. Kemudian instruksi-instruksi tadi disimpan dalam RAM. Setiap instruksi diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Untuk selanjutnya, prosesor akan mengakses data-data yang ada pada RAM, dengan cara menentukan alamat data yang dikehendaki.

Prosesor dan RAM dihubungkan oleh unit yang disebut bus. Saat sebuah program dijalankan, data akan mengalir dari RAM melalui bus, menuju ke prosesor. Di dalam prosesor, data ini di-dekode, kemudian berjalan ke ALU yang bertugas melakukan kalkulasi dan perbandingan. Kadang-kadang data disimpan sementara di register agar dapat diambil kembali dengan cepat untuk diolah. Setelah selesai, hasil pemrosesannya mengalir kembali ke RAM atau ke media penyimpan. Apabila data hasil perosesan tadi akan diolah lagi, maka data tersebut akan disimpan dalam register. Demikian seterusnya. Bilangan yang ditangani oleh prosesor

Terdapat dua macam bilangan yang ditangani oleh prosesor, yaitu bilangan fixed point dan bilangan floating point.

Bilangan fixed point adalah bilang yang memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik desimalnya, Hal ini akan membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka tersebut, namun, hal ini justru dapat dihitung oleh prosesor.

Sedangkan bilangan floating point, adalah bilangan yang diwujudkan dalam notasi ilmiah, yaitu berupa angka pecahan desimal dikalikan dengan angka 10 pangkat bilangan tertentu. Misalnya: 705,2944 x 109, atau 4,3 x 10-7. Cara penulisan angka seperti ini merupakan cara singkat untuk menuliskan angka yang nilainya sangat besar maupun sangat kecil. Bilangan seperti ini banyak digunakan dalam pemrosesan grafik dan kerja ilmiah. Proses aritmatika bilangan floating point memang lebih rumit dan prosesor membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mengerjakannya, karena mungkin akan menggunakan beberapa siklus detak (clock cycle) prosesor.

Oleh karena itu, beberapa jenis komputer menggunakan prosesor sendiri untuk menangani bilangan floating point. Prosesor yang khusus menangani bilangan floating point disebut Floating Point Unit (FPU) atau disebut juga dengan nama math co-processor. FPU dapat bekerja secara paralel dengan prosesor. Dengan demikian proses penghitungan bilangan floating point dapat berjalan lebih cepat. Keberadaan FPU integrated (bersatu dengan prosesor) sudah menjadi kebutuhan standart komputer masa kini, karena banyak sekali aplikasi-aplikasi yang beroperasi menggunakan bilangan floating point.

E.     Komponen Prosesor

Prosesor biasanya terdiri dari beberapa komponen penting, antara lain:

a.       Unit Aritmatika Dan Logika

b.      Register

c.       Cache memory

d.      Unit kontrol

a. ALU ( Arithmetic Logical Unit )

ALU (Arithmetic Logical Unit = Unit Logika dan Aritmatika). Komponen ini berfungsi sebagai tempat memproses data dengan cara memanipulasi informasi dan mengevaluasi hasilnya. ALU dapat melakukan operasi-operasi tertentu, misalnya penjumlahan, perkalian, pengurangan, dan lainnya. ALU sendiri terdiri dari device-device memori kecil yang dikenal dengan nama register. Pada register inilah informasi-informasi disimpan selama pemrosesan data sedang berlangsung. ALU juga terdiri dari sirkuit-sirkuit untuk mengevaluasi informasi. Misalnya adder dan comparator, yang memanipulasi data sesuai instruksi yang terprogram. FPU (Floating Point Unit). Komponen ini berfungsi untuk memproses data berupa bilangan floating point.Kebanyakan operasi komputer dieksekusi dalam unit aritmatika dan logika (arithmelogic unit) pada prosesor. Perhatikanlah suatu contoh umum. Misalkan dua bilangan yang berada dalam memori ditambahkan. Bilangan tersebut di bawa ke prosesor, dan penambahan yang sesungguhnya dilakukan oleh ALU. Jumlah tersebut kemudian disimpan dalam memori atau tetap dalam prosesor untuk segera digunakan. Operasi aritmatika atau logika yang lain, misalnya, perkalian, pembagian, perbandingan bilangan, diawali dengan membawa operand yang diperlukan ke prosesor, di mana operasi tersebut dilakukan oleh ALU. Pada saat operand dibawa ke prosesor, operand tersebut disimpan dalam elemen penyimpanan kecepatan tinggi yang disebut register. Tiap register dapat menyimpan satu word data. Waktu akses ke register lebih cepat daripada waktu akses ke unit cache tercepat dalam hierarki memori. Unit kontrol dan unit aritmatika dan logika jauh lebih cepat daripada  peralatan lain yang terhubung ke sistem komputer. Jadi memungkinkan satu prosesor tunggal mengendalikan sejumlah peralatan eksternal seperti keyboard, display, disk magnetik dan optikal, sensor, dan kontroler mekanik. Sekumpulan daftar yang dapat digunakan untuk menampung data maupun hasil perhitungan yang belum selesai dengan sempurna. Komponen ini terkadang terdapat dalam CPU, tetapi tidak semuanya.

b. Register processor

Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.

Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi Intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

Register terbagi menjadi beberapa kelas: Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer). Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori.

Register general purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus. Register floating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point). Register konstanta (constant register), yang digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifat read-only), semacam phi, null, true, false dan lainnya. Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD. Register special purpose yang dapat digunakan untuk menyimpan data internal prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register. Register yang spesifik terhadap model mesin (machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain prosesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi prosesor.

Berikut ini adalah ukuran register dan padanan prosesornya :

Register

Prosesor

4-bit

Intel 4004

8-bit

Intel 8080

16-bit

Intel 8086, Intel 8088, Intel 80286

32-bit

Intel 80386, Intel 80486, Intel Pentium Pro, Intel Pentium, Intel Pentium 2, Intel Pentium 3, Intel Pentium 4, Intel Celeron, Intel Xeon, AMD K5, AMD K6, AMD Athlon, AMD Athlon MP, AMD Athlon XP, AMD Athlon 4, AMD Duron, AMD Sempron

64-bit

Intel Itanium, Intel Itanium 2, Intel Xeon, Intel Core, Intel Core 2, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX, AMD Turion 64, AMD Turion X2, AMD Sempron

c. Cache memory

Cache memory adalah memory berukuran kecil berkecepatan tinggi yang berfungsi untuk menyimpan sementara instruksi dan/atau data (informasi) yang diperlukan oleh prosesor. Boleh dikatakan bahwa cache memory ini adalah memory internal prosesor. Cache memory ini berbasis SRAM yang secara fisik berukuran kecil dan kapasitas tampung datanya juga kecil atau sedikit. Pada saat ini, cache memory ada 3 jenis, yaitu L1 cache, L2 cache, dan L3 cache.

Letak cache memory L1 cache terintegrasi dengan chip prosesor, artinya letak L1 cache sudah menyatu dengan chip prosesor (berada di dalam keping prosesor). Sedangkan letak L2 cache, ada yang menyatu dengan chip prosesor, ada pula yang terletak di luar chip prosesor, yaitu di motherboard dekat dengan posisi dudukan prosesor. Pada era prosesor intel 80486 atau sebelumnya, letak L2 cache kebanyakan berada di luar chip prosesor. Chip cache terpisah dari prosesor, berdiri mandiri dekat chip prosesor. Sejak era prosesor Intel Pentium, letak L2 cache ini sudah terintegrasi dengan chip prosesor (menyatu dengan keping prosesor). Posisi L2 cache selalu terletak antara L1 cache dengan memori utama (RAM). Sedangkan L3 cache belum diimplementasikan secara umum pada semua jenis prosesor. Hanya prosesor-prosesor tertentu yang memiliki L3 cache.

Cache memory yang letaknya terpisah dengan prosesor disebut cache memory non integrated atau diskrit (diskrit artinya putus atau terpisah). Cache memory yang letaknya menyatu dengan prosesor disebut cache memory integrated, on-chip, atau on-die (integrated artinya bersatu/menyatu/ tergabung, on-chip artinya ada pada chip).

L1 cache (Level 1 cache) disebut pula dengan istilah primary cache, first cache, atau level one cache. L2 cache disebut dengan istilah secondary cache, second level cache, atau level two cache.

F.     Kecepatan cache memory

Transfer data dari L1 cache ke prosesor terjadi paling cepat dibandingkan L2 cache maupun L3 cache (bila ada). Kecepatannya mendekati kecepatan register. L1 cache ini dikunci pada kecepatan yang sama pada prosesor. Secara fisik L1 cache tidak bisa dilihat dengan mata telanjang. L1 cache adalah lokasi pertama yang diakses oleh prosesor ketika mencari pasokan data. Kapasitas simpan datanya paling kecil, antara puluhan hingga ribuan byte tergantung jenis prosesor. Pada beberapa jenis prosesor pentium kapasitasnya 16 KB yang terbagi menjadi dua bagian, yaitu 8 KB untuk menyimpan instruksi, dan 8 KB untuk menyimpan data.

Transfer data tercepat kedua setelah L1 cache adalah L2 cache. Prosesor dapat mengambil data dari cache L2 yang terintegrasi (on-chip) lebih cepat dari pada cache L2 yang tidak terintegrasi. Kapasitas simpan datanya lebih besar dibandingkan L1 cache, antara ratusan ribu byte hingga jutaan byte, ada yang 128 KB, 256 KB, 512 KB, 1 MB, 2 MB, kemapuan komputer tersebut. Memori diukur dengan KB atau MB. Random Access Memory

(RAM), merupakan bagian memory yang biasa digunakan oleh para pemakai untuk

menyimpan program dan data. Kebanyakan dari RAM disebut sebagai barang yang volatile. Artinya adalah jika daya listrik dicabut dari komputer dan komputer tersebut mati, maka semua konten yang ada di dalam RAM akan segera hilang secara permanen. Karena RAM bersifat temporer dan volatile, maka orang menciptakan suatu media penyimpanan lain yang sifatnya permanen. Ini biasanya disebut sebagai secondary storage. Secondary storage bersifat tahan lama dan juga tidak volatile, ini berarti semua data atau program yang tersimpan di dalamnya bias tetap ada walaupun daya atau listrik dimatikan. Beberapa contoh dari secondary storage ini misalnya adalah magnetic tape, hardisk, magnetic disk dan juga optical disk.

Memori internal CPU, biasanya berupa cache, seringkali disebut dengan istilah cache memori. Sekarang ini, prosesor-prosesor modern sudah dilengkapi komponen ini. Sedangkan prosesor-prosesor lama, banyak yang tidak memilikinya.

G.    Cara Piranti-piranti I/O Mentransfer Informasi ke Dalam dan ke Luar Komputer

Komputer adalah perangkat elektronik yg dpt menerima masukan (input), dan

selanjutnya melakukan pengolahan (process) untuk menghasilkan keluaran (output) berupa informasi. Pada dasarnya, tugas utama komputer adalah processing dan I/O (input dan output). Perangkat utama komputer meliputi perangkat input, proses, dan perangkat output ditambah penyimpanan data.