struktur dasar komputer

STRUKTUR KOMPUTER

Suatu sistem komputer terdiri dari lima unit struktur dasar, yaitu:

• Unit masukan (Input Unit)
• Unit kontrol (Control Unit)
• Unit logika dan aritmatika (Arithmetic & Logical Unit / ALU)
• Unit memori/penyimpanan (Memory / Storage Unit)
• Unit keluaran (Output Unit)

            Control Unit dan ALU membentuk suatu unit tersendiri yang disebut Central Processing Unit (CPU). Hubungan antar masing-masing unit yang membentuk suatu sistem komputer dapat dilihat pada gambar berikut:

            Data diterima melalui Input Device dan dikirim ke Memory. Di dalam Memory data disimpan dan selanjutnya diproses di ALU. Hasil proses disimpan kembali ke Memory sebelum dikeluarkan melalui Output Device. Kendali dan koordinasi terhadap sistem ini dilakukan oleh Control Unit. Secara ringkas prinsip kerja komputer adalah Input – Proses – Output, yang dikenal dengan singkatan IPO.

Fungsi Utama dari masing-masing Unit akan dijelaskan berikut ini:

·           Unit Masukan (Input Unit)
Berfungsi untuk menerima masukan (input) kemudian membacanya dan diteruskan ke Memory / penyimpanan. Dalam hubungan ini dikenal istilah peralatan masukan (input device) yaitu alat penerima dan pembaca masukan serta media masukan yaitu perantaranya.

·           Unit Kontrol (Control Unit)
Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan pengendalian seluruh sistem komputer. Ia berfungsi seperti pengatur rumah tangga komputer, memutuskan urutan operasi untuk seluruh sistem, membangkitkan dan mengendalikan sinyal-sinyal kontrol untuk menyesuaikan operasi-operasi dan arus data dari bus alamat (address bus) dan bus data (data bus), serta mengendalikan dan menafsirkan sinyal-sinyal kontrol pada bus kontrol (control bus) dari sistem komputer. Pengertian mengenai bus dapat dilihat di bagian bawah halaman ini.

·           Unit Logika & Aritmatika (Arithmetical & Logical Unit)
Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan atau aritmatika & logika seperti menambah, mengurangi, mengalikan, membagi dan memangkatkan. Selain itu juga melaksanakan pekerjaan seperti pemindahan data, penyatuan data, pemilihan data, membandingkan data, dll, sehingga ALU merupakan bagian inti dari suatu sistem komputer. Pada beberapa sistem komputer untuk memperingan dan membantu tugas ALU dari CPU ini diberi suatu peralatan tambahan yang disebut coprocessor sehingga khususnya proses perhitungan serta pelaksanaan pekerjaan pada umumnya menjadi lebih cepat. Pengertian mengenai coprocessor dapat dilihat di bagian bawah halaman ini.

·           Unit Memori / Penyimpan (Memory / Storage unit)
Berfungsi untuk menampung data/program yang diterima dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah oleh CPU yang selanjutnya diteruskan ke unit keluaran. Pada suatu sistem komputer terdapat dua macam memori, yang penamaannya tergantung pada apakah alat tersebut hanya dapat membaca atau dapat membaca dan menulis padanya. Bagian memori yang hanya dapat membaca tanpa bisa menulis padanya disebut ROM (Read Only Memory), sedangkan bagian memori yang dapat melaksanakan membaca dan menulis disebut RAM (Random Access Memory).

·           Unit Keluaran (Output Unit)
Berfungsi untuk menerima hasil pengolahan data dari CPU melalui memori. Seperti halnya pada unit masukan maka pada unit keluaran dikenal juga istilah peralatan keluaran (Output device) dan media keluaran (Output media).

 

Operasi Sistem Komputer

            Secara umum, sistem komputer terdiri atas CPU dan sejumlah device controller yang terhubung melalui sebuah bus yang menyediakan akses ke memori. Umumnya, setiap device controller bertanggung jawab atas sebuah hardware spesisfik. Setiap device dan CPU dapat beroperasi secara konkuren untuk mendapatkan akses ke memori. Adanya beberapa hardware ini dapat menyebabkan masalah sinkronisasi. Karena itu untuk mencegahnya sebuah memory controller ditambahkan untuk sinkronisasi akses memori.

Gambar 1-12. Arsitektur Umum Komputer

            Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitekturnya lebih kompleks. Untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus . Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge .

            Tanggung jawab sinkronisasi bus yang secara tak langsung juga mempengaruhi sinkronisasi memori dilakukan oleh sebuah bus controller atau dikenal sebagai bus master . Bus master akan mengendalikan aliran data hingga pada satu waktu, bus hanya berisi data dari satu buah device .

Pada prakteknya bridge dan bus master ini disatukan dalam sebuah chipset .

Gambar 1-13. Arsitektur PC Modern

Catatan;

·         GPU     = Graphics Processing Unit;

·         AGP    = Accelerated Graphics Port;

·         HDD   = Hard Disk Drive;

·         FDD    = Floppy Disk Drive;

·         FSB      = Front Side Bus;

·         USB     = Universal Serial Bus;

·         PCI       = Peripheral Component Interconnect;

·         RTC      = Real Time Clock;

·         PATA  = Pararel Advanced Technology Attachment;

·         SATA    = Serial Advanced Technology Attachment;

·         ISA      = Industry Standard Architecture;

·         IDE     = Intelligent Drive Electronics/Integrated Drive Electronics;

·         MCA    = Micro Channel Architecture;

·         PS/2      =Sebuah port yang dibangun IBM untuk menghubungkan mouse ke PC;

            Jika komputer dinyalakan, yang dikenal dengan nama booting, komputer akan menjalankan bootstrap program yaitu sebuah program sederhana yang disimpan dalam ROM yang berbentuk chip CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) . Chip CMOS modern biasanya bertipe EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu memori non-volatile (tak terhapus jika power dimatikan) yang dapat ditulis dan dihapus dengan pulsa elektronik. Lalu bootsrap program ini lebih dikenal sebagai BIOS (Basic Input Output System) .

            Bootstrap program utama, yang biasanya terletak di Motherboard akan memeriksa hardware-hardware utama dan melakukan inisialisasi terhadap program dalam hardware yang dikenal dengan nama firmware.

            Bootstrap program utama kemudian akan mencari dan meload kernel sistem operasi ke memori lalu dilanjutkan dengan inisialisasi sistem operasi.Dari sini program sistem operasi akan menunggu kejadian tertentu. Kejadian ini akan menentukan apa yang akan dilakukan sistem operasi berikutnya ( event-driven ).

            Kejadian ini pada komputer modern biasanya ditandai dengan munculnya interrupt dari software atau hardware, sehingga Sistem Operasi ini disebut Interrupt-driven. Interrupt dari hardware biasanya dikirimkan melalui suatu signal tertentu, sedangkan software mengirim interrupt dengan cara menjalankan system call atau juga dikenal dengan istilah monitor call . System/Monitor call ini akan menyebabkan trap yaitu interrupt khusus yang dihasilkan oleh software karena adanya masalah atau permintaan terhadap layanan sistem operasi. Trap ini juga sering disebut sebagai exception .

            Setiap interrupt terjadi, sekumpulan kode yang dikenal sebagai ISR (Interrupt Service Routine) akan menentukan tindakan yang akan diambil. Untuk menentukan tindakan yang harus dilakukan, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu polling yang membuat komputer memeriksa satu demi satu perangkat yang ada untuk menyelidiki sumber interrupt dan dengan cara menggunakan alamat-alamat ISR yang disimpan dalam array yang dikenal sebagai interrupt vector di mana sistem akan memeriksa Interrupt Vector setiap kali interrupt terjadi.

            Arsitektur interrupt harus mampu untuk menyimpan alamat instruksi yang di- interrupt . Pada komputer lama, alamat ini disimpan di tempat tertentu yang tetap, sedangkan padakomputer baru, alamat itu disimpan di stack bersama-sama dengan informasi state saat itu.

1.   Struktur I/O

Ada dua macam tindakan jika ada operasi I/O . Kedua macam tindakan itu adalah:

            Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program saat proses I/O selesai (Synchronous). Instruksi wait menyebabkan CPU idle sampai interrupt berikutnya. Akan terjadi Wait loop (untuk menunggu akses berikutnya). Paling banyak satu proses I/O yang berjalan dalam satu waktu.

            Setelah proses I/O dimulai, kendali akan kembali ke user program tanpa menunggu proses I/O selesai (Asynchronous). System call permintaan pada sistem operasi untuk mengizinkan user menunggu sampai I/O selesai.Device-status table mengandung data masukkan untuk tiap I/O device yang menjelaskan tipe, alamat, dan keadaannya. Sistem operasi memeriksa I/O device untuk mengetahui keadaan device dan mengubah tabel untuk memasukkan interrupt. Jika I/O device mengirim/mengambil data ke/dari memory hal ini dikenal dengan nama (Direct Memory Access) DMA.

Gambar 1-14. Struktur I/O

 

Direct Memory Access

            Digunakan untuk I/O device yang dapat memindahkan data dengan kecepatan tinggi (mendekati frekuensi bus memori). Device controller memindahkan data dalam blok-blok dari buffer langsung ke memory utama atau sebaliknya tanpa campur tangan prosesor. Interrupt hanya terjadi tiap blok bukan tiap word atau byte data. Seluruh proses DMA dikendalikan oleh sebuah controller bernama DMA Controller (DMAC) . DMA Controller mengirimkan atau menerima signal dari memori dan I/O device. Prosesor hanya mengirimkan alamat awal data, tujuan data, panjang data ke DMA Controller . . Interrupt pada prosesor hanya terjadi saat proses transfer selesai. Hak terhadap penggunaan bus memory yang diperlukan DMA controller didapatkan dengan bantuan bus arbiter yang dalam PC sekarang berupa chipset Northbridge.

Bus

            Suatu jalur transfer data yang menghubungkan setiap device pada komputer. Hanya ada satu buah device yang boleh mengirimkan data melewati sebuah bus, akan tetapi boleh lebih dari satu device yang membaca data bus tersebut. Terdiri dari dua buah model: Synchronous bus di mana digunakan dengan bantuan clock tetapi berkecepatan tinggi, tapi hanya untuk device berkecepatan tinggi juga; Asynchronous bus digunakan dengan sistem handshake tetapi berkecepatan rendah, dapat digunakan untuk berbagai macam device .

2.   Struktur Storage

Hal penting yang perlu diingat adalah program adalah bagian dari data.

Register

            Tempat penyimpanan beberapa buah data volatile yang akan diolah langsung di prosesor yang berkecepatan sangat tinggi. Register ini berada di dalam prosesor dengan jumlah yang sangat terbatas karena fungsinya sebagai tempat perhitungan/komputasi data.

Cache Memory

            Tempat penyimpanan sementara ( volatile ) sejumlah kecil data untuk meningkatkan kecepatan pengambilan atau penyimpanan data di memori oleh prosesor yang berkecepatan tinggi. Dahulu cache disimpan di luar prosesor dan dapat ditambahkan. Misalnya pipeline burst cache yang biasa ada di komputer awal tahun 90-an. Akan tetapi seiring menurunnya biaya produksi die atau wafer dan untuk meningkatkan kinerja, cache ditanamkan di prosesor. Memori ini biasanya dibuat berdasarkan desain static memory.

Random Access Memory (RAM) - Main Memory

            Tempat penyimpanan sementara sejumlah data volatile yang dapat diakses langsung oleh prosesor. Pengertian langsung di sini berarti prosesor dapat mengetahui alamat data yang ada di memori secara langsung. Sekarang, RAM dapat diperoleh dengan harga yang cukup murah dangan kinerja yang bahkan dapat melewati cache pada komputer yang lebih lama.

Extension Memory

            Tambahan memory yang digunakan untuk membantu proses-proses dalam komputer, biasanya berupa buffer. Peranan tambahan memori ini sering dilupakan akan tetapi sangat penting artinya untuk efisiensi. Biasanya tambahan memori ini memberi gambaran kasar kemampuan dari perangkat tersebut, sebagai contoh misalnya jumlah VGA memory, soundcard memory.

Secondary Storage

            Media penyimpanan data yang non-volatile yang dapat berupa Flash Drive, Optical Disc, Magnetic Disk, Magnetic Tape. Media ini biasanya daya tampungnya cukup besar dengan harga yang relatif murah. Portability-nya juga relatif lebih tinggi.

 

Gambar 1-15. Struktur Harddisk

Gambar 1-16. Struktur Optical Drive

 

3.   Hirarki Storage

            Dasar susunan sistem storage adalah kecepatan, biaya, sifat volatilitas. Caching menyalin informasi ke storage media yang lebih cepat; Main memory dapat dilihat sebagai cache terakhir untuk secondary storage . Menggunakan memory berkecepatan tinggi untuk memegang data yang diakses terakhir. Dibutuhkan cache management policy. Cache juga memperkenalkan tingkat lain di hirarki storage. Hal ini memerlukan data untuk disimpan bersama-sama di lebih dari satu level agar tetap konsisten. 

Gambar 1-17. Hirarki storage

---

Sumber:
1. Achmad Bachrum, PC: Kenali Sebelum Membeli, PT. Elex Media Komputindo, 1991
2. Drs. Suyanto, MM., —–, —–, 199-

STRUKTUR KOMPUTER
Struktur Sistem Operasi
Komponen-komponen Sistem
Pada kenyataannya tidak semua sistem operasi mempunyai struktur yang sama. Namun menurut Avi Silberschatz, Peter Galvin, dan Greg Gagne, umumnya sebuah sistem operasi modern mempunyai komponen sebagai berikut:
• Managemen Proses.
• Managemen Memori Utama.
• Managemen Secondary-Storage.
• Managemen Sistem I/O.
• Managemen Berkas.
• Sistem Proteksi.
• Jaringan.
• Command-Interpreter system.
Managemen Proses
Proses adalah keadaan ketika sebuah program sedang di eksekusi. Sebuah proses membutuhkan beberapa sumber daya untuk menyelesaikan tugasnya. sumber daya tersebut dapat berupa CPU time, memori, berkas-berkas, dan perangkat-perangkat I/O.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen proses seperti:
• Pembuatan dan penghapusan proses pengguna dan sistem proses.
• Menunda atau melanjutkan proses.
• Menyediakan mekanisme untuk proses sinkronisasi.
• Menyediakan mekanisme untuk proses komunikasi.
• Menyediakan mekanisme untuk penanganan deadlock.
Managemen Memori Utama
Memori utama atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte, yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Memori Utama berfungsi sebagai tempat penyimpanan yang akses datanya digunakan oleh CPU atau perangkat I/O. Memori utama termasuk tempat penyimpanan data yang sementara (volatile), artinya data dapat hilang begitu sistem dimatikan.
Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan managemen memori seperti:
• Menjaga track dari memori yang sedang digunakan dan siapa yang menggunakannya.
• Memilih program yang akan di-load ke memori.
• Mengalokasikan dan meng-dealokasikan ruang memori sesuai kebutuhan.
Managemen Secondary-Storage
Data yang disimpan dalam memori utama bersifat sementara dan jumlahnya sangat kecil. Oleh karena itu, untuk meyimpan keseluruhan data dan program komputer dibutuhkan secondary-storage yang bersifat permanen dan mampu menampung banyak data. Contoh dari secondary-storage adalah harddisk, disket, dll.
Sistem operasi bertanggung-jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan disk-management seperti: free-space management, alokasi penyimpanan, penjadualan disk.
Managemen Sistem I/O
Sering disebut device manager. Menyediakan “device driver” yang umum sehingga operasi I/O dapat seragam (membuka, membaca, menulis, menutup). Contoh: pengguna menggunakan operasi yang sama untuk membaca berkas pada hard-disk, CD-ROM dan floppy disk.
Komponen Sistem Operasi untuk sistem I/O:
• Buffer: menampung sementara data dari/ ke perangkat I/O.
• Spooling: melakukan penjadualan pemakaian I/O sistem supaya lebih efisien (antrian dsb.).
• Menyediakan driver untuk dapat melakukan operasi “rinci” untuk perangkat keras I/O tertentu.
Managemen Berkas
Berkas adalah kumpulan informasi yang berhubungan sesuai dengan tujuan pembuat berkas tersebut. Berkas dapat mempunyai struktur yang bersifat hirarkis (direktori, volume, dll.). Sistem operasi bertanggung-jawab:
• Pembuatan dan penghapusan berkas.
• Pembuatan dan penghapusan direktori.
• Mendukung manipulasi berkas dan direktori.
• Memetakan berkas ke secondary storage.
• Mem-backup berkas ke media penyimpanan yang permanen (non-volatile).
Sistem Proteksi
Proteksi mengacu pada mekanisme untuk mengontrol akses yang dilakukan oleh program, prosesor, atau pengguna ke sistem sumber daya. Mekanisme proteksi harus:
• membedakan antara penggunaan yang sudah diberi izin dan yang belum.
• specify the controls to be imposed.
• provide a means of enforcement.
Jaringan
Sistem terdistribusi adalah sekumpulan prosesor yang tidak berbagi memori atau clock. Tiap prosesor mempunyai memori sendiri. Prosesor-prosesor tersebut terhubung melalui jaringan komunikasi Sistem terdistribusi menyediakan akses pengguna ke bermacam sumber-daya sistem. Akses tersebut menyebabkan:
• Computation speed-up.
• Increased data availability.
• Enhanced reliability.
Command-Interpreter System
Sistem Operasi menunggu instruksi dari pengguna (command driven). Program yang membaca instruksi dan mengartikan control statements umumnya disebut: control-card interpreter, command-line interpreter, dan UNIX shell. Command-Interpreter System sangat bervariasi dari satu sistem operasi ke sistem operasi yang lain dan disesuaikan dengan tujuan dan teknologi I/O devices yang ada. Contohnya: CLI, Windows, Pen-based (touch), dll.
Layanan Sistem Operasi
Eksekusi program adalah kemampuan sistem untuk “load” program ke memori dan menjalankan program. Operasi I/O: pengguna tidak dapat secara langsung mengakses sumber daya perangkat keras, sistem operasi harus menyediakan mekanisme untuk melakukan operasi I/O atas nama pengguna. Sistem manipulasi berkas dalah kemampuan program untuk operasi pada berkas (membaca, menulis, membuat, and menghapus berkas). Komunikasi adalah pertukaran data/ informasi antar dua atau lebih proses yang berada pada satu komputer (atau lebih). Deteksi error adalah menjaga kestabilan sistem dengan mendeteksi “error”, perangkat keras mau pun operasi.
Efesisensi penggunaan sistem:
• Resource allocator adalah mengalokasikan sumber-daya ke beberapa pengguna atau job yang jalan pada saat yang bersamaan.
• Proteksi menjamin akses ke sistem sumber daya dikendalikan (pengguna dikontrol aksesnya ke sistem).
• Accounting adalah merekam kegiatan pengguna, jatah pemakaian sumber daya (keadilan atau kebijaksanaan).
System Calls
System call menyediakan interface antara program (program pengguna yang berjalan) dan bagian OS. System call menjadi jembatan antara proses dan sistem operasi. System call ditulis dalam bahasa assembly atau bahasa tingkat tinggi yang dapat mengendalikan mesin (C). Contoh: UNIX menyediakan system call: read, write => operasi I/O untuk berkas.
Sering pengguna program harus memberikan data (parameter) ke OS yang akan dipanggil. Contoh pada UNIX: read(buffer, max_size, file_id);
Tiga cara memberikan parameter dari program ke sistem operasi:
• Melalui registers (sumber daya di CPU).
• Menyimpan parameter pada data struktur (table) di memori, dan alamat table tsb ditunjuk oleh pointer yang disimpan di register.
• Push (store) melalui “stack” pada memori dan OS mengambilnya melalui pop pada stack tsb.
Mesin Virtual
Sebuah mesin virtual (Virtual Machine) menggunakan misalkan terdapat sistem program => control program yang mengatur pemakaian sumber daya perangkat keras. Control program = trap System call + akses ke perangkat keras. Control program memberikan fasilitas ke proses pengguna. Mendapatkan jatah CPU dan memori. Menyediakan interface “identik” dengan apa yang disediakan oleh perangkat keras => sharing devices untuk berbagai proses.
Mesin Virtual (MV) (MV) => control program yang minimal MV memberikan ilusi multitasking: seolah-olah terdapat prosesor dan memori ekslusif digunakan MV. MV memilah fungsi multitasking dan implementasi extended machine (tergantung proses pengguna) => flexible dan lebih mudah untuk pengaturan. Jika setiap pengguna diberikan satu MV => bebas untuk menjalankan OS (kernel) yang diinginkan pada MV tersebut. P otensi lebih dari satu OS dalam satu komputer. Contoh: IBM VM370: menyediakan MV untuk berbagai OS: CMS (interaktif), MVS, CICS, dll. Masalah: Sharing disk => OS mempunyai sistem berkas yang mungkin berbeda. IBM: virtual disk (minidisk) yang dialokasikan untuk pengguna melalui MV.
Konsep MV menyediakan proteksi yang lengkap untuk sumberdaya sistem, dikarenakan tiap MV terpisah dari MV yang lain. Namun, hal tersebut menyebabkan tidak adanya sharing sumberdaya secara langsung. MV merupakan alat yang tepat untuk penelitian dan pengembangan sistem operasi. Konsep MV susah untuk diimplementasi sehubungan dengan usaha yang diperlukan untuk menyediakan duplikasi dari mesin utama.
Perancangan Sistem dan Implementasi
Target untuk pengguna: sistem operasi harus nyaman digunakan, mudah dipelajari, dapat diandalkan, aman dan cepat. Target untuk sistem: sistem operasi harus gampang dirancang, diimplementasi, dan dipelihara, sebagaimana fleksibel, error, dan efisien.
Mekanisme dan Kebijaksanaan:
• Mekanisme menjelaskan bagaimana melakukan sesuatu kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan. Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengizinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.
• Kebijaksanaan memutuskan apa yang akan dilakukan.
Pemisahan kebijaksanaan dari mekanisme merupakan hal yang sangat penting; ini mengizinkan fleksibilitas yang tinggi bila kebijaksanaan akan diubah nanti.
Implementasi Sistem biasanya menggunakan bahas assembly, sistem operasi sekarang dapat ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Kode yang ditulis dalam bahasa tingkat tinggi: dapat dibuat dengan cepat, lebih ringkas, lebih mudah dimengerti dan didebug. Sistem operasi lebih mudah dipindahkan ke perangkat keras yang lain bila ditulis dengan bahasa tingkat tinggi.
System Generation (SYSGEN)
Sistem operasi dirancang untuk dapat dijalankan di berbagai jenis mesin; sistemnya harus di konfigurasi untuk tiap komputer. Program SYSGEN mendapatkan informasi mengenai konfigurasi khusus dari sistem perangkat keras.
• Booting: memulai komputer dengan me-load kernel.
• Bootstrap program: kode yang disimpan di code ROM yang dapat menempatkan kernel, memasukkannya kedalam memori, dan memulai eksekusinya.
Rangkuman
Sistem operasi telah berkembang selama lebih dari 40 tahun dengan dua tujuan utama. Pertama, sistem operasi mencoba mengatur aktivitas-aktivitas komputasi untuk memastikan pendayagunaan yang baik dari sistem komputasi tersebut. Kedua, menyediakan lingkungan yang nyaman untuk pengembangan dan jalankan dari program.
Pada awalnya, sistem komputer digunakan dari depan konsul. Perangkat lunak seperti assembler, loader, linkerdan compiler meningkatkan kenyamanan dari sistem pemrograman, tapi juga memerlukan waktu set-up yang banyak. Untuk mengurangi waktu set-up tersebut, digunakan jasa operator dan menggabungkan tugas-tugas yang sama (sistem batch). Sistem batch mengizinkan pengurutan tugas secara otomatis dengan menggunakan sistem operasi yang resident dan memberikan peningkatan yang cukup besar dalam utilisasi komputer. Komputer tidak perlu lagi menunggu operasi oleh pengguna. Tapi utilisasi CPU tetap saja rendah. Hal ini dikarenakan lambatnya kecepatan alat-alat untuk I/O relatif terhadap kecepatan CPU. Operasi off-line dari alat-alat yang lambat bertujuan untuk menggunakan beberapa sistem reader-to-tape dan tape-to-printer untuk satu CPU.
Untuk meningkatkan keseluruhan kemampuan dari sistem komputer, para developer memperkenalkan konsep multiprogramming. Dengan multiprogramming, beberapa tugas disimpan dalam memori dalam satu waktu; CPU digunakan secara bergantian sehingga menambah utilisasi CPU dan mengurangi total waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tugas-tugas tersebut. Multiprogramming, yang dibuat untuk meningkatkan kemampuan, juga mengizinkan time sharing. Sistem operasi yang bersifat time-shared memperbolehkan banyak pengguna untuk menggunakan komputer secara interaktif pada saat yang bersamaan. Komputer Personal adalah mikrokomputer yang dianggap lebih kecil dan lebih murah dibandingkan komputer mainframe. Sistem operasi untuk komputer-komputer seperti ini diuntungkan oleh pengembangan sistem operasi untuk komputer mainframe dalam beberapa hal. Namun, semenjak penggunaan komputer untuk keperluan pribadi, maka utilisasi CPU tidak lagi menjadi perhatian utama. Karena itu, beberapa desain untuk komputer mainframe tidak cocok untuk sistem yang lebih kecil.
Sistem parallel mempunyai lebih dari satu CPU yang mempunyai hubungan yang erat; CPU-CPU tersebut berbagi bus komputer, dan kadang-kadang berbagi memori dan perangkat yang lainnya. Sistem seperti itu dapat meningkatkan throughput dan reliabilititas. Sistem hard real-time sering kali digunakan sebagai alat pengontrol untuk applikasi yang dedicated. Sistem operasi yang hard real-time mempunyai batasan waktu yang tetap yang sudah didefinisikan dengan baik.Pemrosesan harus selesai dalam batasan-batasan yang sudah didefinisikan, atau sistem akan gagal. Sistem soft real-time mempunyai lebih sedikit batasan waktu yang keras, dan tidak mendukung penjadwalan dengan menggunakan batas akhir. Pengaruh dari internet dan World Wide Webbaru-baru ini telah mendorong pengembangan sistem operasi modern yang menyertakan web browser serta perangkat lunak jaringan dan komunikasi sebagai satu kesatuan.
Multiprogramming dan sistem time-sharing meningkatkan kemampuan komputer dengan melampaui batas operasi (overlap) CPU dan I/O dalam satu mesin. Hal seperti itu memerlukan perpindahan data antara CPU dan alat I/O, ditangani baik dengan polling atau interrupt-driven akses ke I/O port, atau dengan perpindahan DMA. Agar komputer dapat menjalankan suatu program, maka program tersebut harus berada di memori utama (memori utama). Memori utama adalah satu-satunya tempat penyimpanan yang besar yang dapat diakses secara langsung oleh prosessor, merupakan suatu array dari word atau byte, yang mempunyai ukuran ratusan sampai jutaan ribu. Setiap word memiliki alamatnya sendiri. Memori utama adalah tempat penyimpanan yang volatile, dimana isinya hilang bila sumber energinya (energi listrik) dimatikan. Kebanyakan sistem komputer menyediakan secondary storage sebagai perluasan dari memori utama. Syarat utama dari secondary storage adalah dapat menyimpan data dalam jumlah besar secara permanen. Secondary storage yang paling umum adalah disk magnetik, yang meyediakan penyimpanan untuk program mau pun data. Disk magnetik adalah alat penyimpanan data yang nonvolatile yang juga menyediakan akses secara random. Tape magnetik digunakan terutama untuk backup, penyimpanan informasi yang jarang digunakan, dan sebagai media pemindahan informasi dari satu sistem ke sistem yang lain.
Beragam sistem penyimpanan dalam sistem komputer dapat disusun dalam hirarki berdasarkan kecepatan dan biayanya. Tingkat yang paling atas adalah yang paling mahal, tapi cepat. Semakin kebawah, biaya perbit menurun, sedangkan waktu aksesnya semakin bertambah (semakin lambat). Sistem operasi harus memastikan operasi yang benar dari sistem komputer. Untuk mencegah pengguna program mengganggu operasi yang berjalan dalam sistem, perangkat keras mempunyai dua mode: mode pengguna dan mode monitor. Beberapa perintah (seperti perintah I/O dan perintah halt) adalah perintah khusus, dan hanya dapat dijalankan dalam mode monitor. Memori juga harus dilindungi dari modifikasi oleh pengguna. Timer mencegah terjadinya pengulangan secara terus menerus (infinite loop). Hal-hal tersebut (dual mode, perintah khusus, pengaman memori, timer interrupt) adalah blok bangunan dasar yang digunakan oleh sistem operasi untuk mencapai operasi yang sesuai.
Sistem operasi menyediakan banyak pelayanan. Di tingkat terrendah, sistem calls mengizinkan program yang sedang berjalan untuk membuat permintaan secara langsung dari sistem operasi. Di tingkat tertinggi, command interpreter atau shell menyediakan mekanisme agar pengguna dapat membuat permintaan tanpa menulis program. Command dapat muncul dari bekas sewaktu jalankan batch-mode, atau secara langsung dari terminal ketika dalam mode interaktive atau time-shared. Program sistem disediakan untuk memenuhi kebanyakan dari permintaan pengguna. Tipe dari permintaan beragam sesuai dengan levelnya. Level sistem call harus menyediakan fungsi dasar, seperti kontrol proses serta manipulasi alat dan bekas. Permintaan dengan level yang lebih tinggi (command interpreter atau program sistem) diterjemahkan kedalam urutan sistem call.
Pelayanan sistem dapat dikelompokkan kedalam beberapa kategori: kontrol program, status permintaan dan permintaan I/O. Program error dapat dipertimbangkan sebagai permintaan yang implisit untuk pelayanan. Bila sistem pelayanan sudah terdefinisi, maka struktur dari sistem operasi dapat dikembangkan. Berbagai macam tabel diperlukan untuk menyimpan informasi yang mendefinisikan status dari sistem komputer dan status dari sistem tugas. Perancangan dari suatu sistem operasi yang baru merupakan tugas yang utama. Sangat penting bahwa tujuan dari sistem sudah terdefinisi dengan baik sebelum memulai perancangan. Tipe dari sistem yang diinginkan adalah landasan dalam memilih beragam algoritma dan strategi yang akan digunakan. Karena besarnya sistem operasi, maka modularitas adalah hal yang penting. Merancang sistem sebagai suatu urutan dari layer atau dengan menggunakan mikrokernel merupakan salah satu teknik yang baik. Konsep virtual machine mengambil pendekatan layer dan memperlakukan baik itu kernel dari sistem operasi dan perangkat kerasnya sebagai suatu perangkat keras. Bahkan sistem operasi yang lain dapat dimasukkan diatas virtual machine tersebut. Setiap sistem operasi yang mengimplemen JVM dapat menjalankan semua program java, karena JVM mendasari dari sistem ke program java, menyediakan arsitektur tampilan yang netral.
Didalam daur perancangan sistem operasi, kita harus berhati-hati untuk memisahkan pembagian kebijakan (policy decision) dengan detail dari implementasi (mechanism). Pemisahan ini membuat fleksibilitas yang maksimal apabila policy decision akan diubah kemudian. Sistem operasi sekarang ini hampir selalu ditulis dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi. Hal ini meningkatkan implementasi, perawatan portabilitas. Untuk membuat sistem operasi untuk suatu konfigurasi mesin tertentu, kita harus melakukan system generation.

Bilangan Biner,oktal,decimal,hexa
Didalam dunia komputer kita mengenal empat jenis bilangan:

1. Bilangan biner binary digit (bit), adalah bilangan yang terdiri dari 1 dan 0.
2. Bilangan oktal, terdiri dari 0,1,2,3,4,5,6 dan 7.
3. Bilangan desimal, terdiri dari 0,1,2,3,4,5,6,7,8 dan 9 dan
4. Bilangan hexadesimal terdiri dari 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E dan F.


Konversi Antar Basis Bilangan
Sudah dikenal, dalam bahasa komputer terdapat empat basis bilangan. Keempat bilangan itu adalah biner, oktal, desimal dan hexadesimal. Keempat bilangan itu saling berkaitan satu sama lain. Rumus atau cara mencarinya cukup mudah untuk dipelajari. Konversi dari desimal ke non-desimal, hanya mencari sisa pembagiannya saja. Dan konversi dari non-desimal ke desimal adalah: 1. Mengalikan bilangan dengan angka basis bilangannya. 2. Setiap angka yang bernilai satuan, dihitung dengan pangkat NOL (0). Digit puluhan, dengan pangkat SATU (1), begitu pula dengan digit ratusan, ribuan, dan seterusnya. Nilai pangkat selalu bertambah satu point.
Konversi Biner ke Oktal
Metode konversinya hampir sama. Cuma, karena pengelompokkannya berdasarkan 3 bit saja, maka hasilnya adalah: 1010 (2) = ...... (8)
Solusi: Ambil tiga digit terbelakang dahulu. 010(2) = 2(8) Sedangkan sisa satu digit terakhir, tetap bernilai 1. Hasil akhirnya adalah: 12.

Konversi Biner ke Hexadesimal
Metode konversinya hampir sama dengan Biner ke Oktal. Namun pengelompokkannya sejumlah 4 bit. Empat kelompok bit paling kanan adalah posisi satuan, empat bit kedua dari kanan adalah puluhan, dan seterusnya. Contoh: 11100011(2) = ...... (16) Solusi: kelompok bit paling kanan: 0011 = 3 kelompok bit berikutnya: 1110 = E Hasil konversinya adalah: E3(16)

Konversi Biner ke Desimal
Cara atau metode ini sedikit berbeda. Contoh: 10110(2) = ......(10) diuraikan menjadi: (1x24)+(0x23)+(1x22)+(1x21)+(0x20) = 16 + 0 + 4 + 2 + 0 = 22 Angka 2 dalam perkalian adalah basis biner-nya. Sedangkan pangkat yang berurut, menandakan pangkat 0 adalah satuan, pangkat 1 adalah puluhan, dan seterusnya.

Konversi Oktal ke Biner
Sebenarnya, untuk konversi basis ini, haruslah sedikit menghafal tabel konversi utama yang berada di halaman atas. Namun dapat dipelajari dengan mudah. Dan ambillah tiga biner saja. Contoh: 523(8) = ...... (2)
Solusi: Dengan melihat tabel utama, didapat hasilnya adalah: 3 = 011 2 = 010 5 = 101 Pengurutan bilangan masih berdasarkan posisi satuan, puluhan dan ratusan. Hasil: 101010011(2)

Konversi Hexadesimal ke Biner
Metode dan caranya hampir serupa dengan konversi Oktal ke Biner. Hanya pengelompokkannya sebanyak empat bit. Seperti pada tabel utama.
Contoh: 2A(16) = ......(2)
Solusi: A = 1010, 2 = 0010
Hasil: 101010(2).
Dengan catatan, angka "0" paling depan tidak usah ditulis.

Konversi Desimal ke Hexadesimal
Ada cara dan metodenya, namun bagi sebagian orang masih terbilang membingungkan. Cara termudah adalah, konversikan dahulu dari desimal ke biner, lalu konversikan dari biner ke hexadesimal.
Contoh: 75(10) = ......(16)
Solusi: 75 dibagi 16 = 4 sisa 11 (11 = B).
Dan hasil konversinya: 4B(16)

Konversi Hexadesimal ke Desimal
Caranya hampir sama seperti konversi dari biner ke desimal. Namun, bilangan basisnya adalah 16.
Contoh: 4B(16) = ......(10)
Solusi: Dengan patokan pada tabel utama,
B dapat ditulis dengan nilai "11". (4x161)+(11x160) = 64 + 11 = 75(10)

Konversi Desimal ke Oktal
Caranya hampir sama dengan konversi desimal ke hexadesimal.
Contoh: 25(10) = ......(8)
Solusi: 25 dibagi 8 = 3 sisa 1.
Hasilnya dapat ditulis: 31(8)
25 : 8 sisa 1 3 -------- 3 hasilnya adalah 31

Konversi Oktal ke Desimal
Metodenya hampir sama dengan konversi hexadesimal ke desimal. Dapat diikuti dengan contoh di bawah ini:
31(8) = ......(10)
Solusi: (3x81)+(1x80) = 24 + 1 = 25(10)