Konsep Dasar Perangkat Komputer (Bagian 1)

Sebuah komputer modern merupakan sistem yang kompleks. Komputer tersebut, secara fisik
terdiri dari beberapa bagian seperti prosesor, memori, disk, pencetak  (printer), serta perangkat lainnya. Sebuah komputer dapat menjalankan berbagai perangkat lunak aplikasi (software aplication). Sebuah sistem operasi merupakan  perangkat lunak penghubung antara perangkat keras (hardware) dengan perangkat lunak aplikasi tersebut di atas.

Secara singkat, bab pendahuluan ini akan memberikan gambaran umum perihal komponen-komponen komputer tersebut. Mula-mula, akan diperkenalkan apa yang dimaksud dengan sistem operasi. Uraian yang lebih lengkap akan dilanjutkan pada bab berikutnya (Bab 2). Selanjutnya, akan diuraikan aspek-aspek yang terkait dengan perangkat keras komputer. Aspek-aspek tersebut diperlukan untuk memahami konsep-konsep sistem operasi yang akan dijabarkan dalam buku ini. Selain itu, akan dibahas perihal proteksi perangkat keras, keamanan, serta jaringan komputer. Tentunya tidak dapat diharapkan bahwa pembahasan yang dalam. Rincian lanjut, sebaiknya dilihat pada rujukan yang berhubungan dengan "Pengantar Organisasi Komputer", "Pengantar Struktur Data", serta "Pengantar Jaringan Komputer".

1.1. Pengenalan Sistem Operasi Komputer

1.1.1. Definisi Umum Sistem Operasi

Para pembaca sepertinya pernah mendengar istilah "sistem operasi". Mungkin pula pernah berhubungan secara langsung atau pun tidak langsung dengan istilah tersebut. Namun, belum tentu dapat menjabarkan perihal apa yang sebetulnya dimaksud dengan kata "sistem operasi". Sebaliknya, banyak pula yang pernah mendengar merek dagang "WindowsTM 1)" atau pun istilah "GNU/Linux 2)", lalu mengidentikkan nama Windows TM atau GNU/Linux dengan istilah "sistem operasi" tersebut. Mendefinisikan istilah "sistem operasi" mungkin merupakan hal yang mudah, namun mungkin juga merupakan hal yang sangat ribet!

Sistem operasi merupakan salah satu komponen utama dari sebuah "sistem komputer". Komponen komputer lainnya ialah "perangkat keras", "perangkat lunak aplikasi", dan "para pengguna" (Gambar 1-1). "Perangkat keras" merupakan penyedia sumber daya untuk komputasi. Perangkat keras merupakan benda konkret yang dapat dilihat dan disentuh. Perangkat lunak merupakan sarana yang memberitahukan perangkat keras apa yang harus dikerjakannya. Berbeda dengan perangkat keras, perangkat lunak merupakan benda abstrak yang hanya dapat dilihat dari sudut apa yang dilakukannya terhadap perangkat keras. Perangkat lunak dibagi lagi menjadi dua bagian yaitu "sistem operasi" dan "program aplikasi". Program aplikasi merupakan perangkat lunak yang menentukan bagaimana sumber daya digunakan untuk menyelesaikan masalah para pengguna. Terakhir, istilah "pengguna komputer" yang dimaksud di sini dapat berupa manusia, program aplikasi lain, atau pun komputer lain.

Secara lebih rinci, sistem operasi didefinisikan sebagai sebuah program yang mengatur perangkat keras komputer, dengan menyediakan landasan untuk aplikasi yang berada di atasnya, serta bertindak sebagai penghubung antara para pengguna dengan perangkat keras. Sistem operasi bertugas untuk mengendalikan (kontrol) serta mengkoordinasikan pengunaan perangkat keras untuk berbagai program aplikasi untuk bermacam-macam pengguna. Dengan demikian, sebuah sistem operasi bukan merupakan bagian dari perangkat keras komputer, dan juga bukan merupakan bagian dari perangkat lunak aplikasi komputer, apalagi tentunya bukan merupakan bagian dari para pengguna komputer.

Sistem operasi berada di antara perangkat keras komputer dan perangkat aplikasinya. Namun, bagaimana caranya menentukan secara pasti, letak perbatasan antara "perangkat keras komputer" dan "sistem operasi", dan terutama antara "perangkat lunak aplikasi" dan "sistem operasi"? Umpamanya, apakah "Internet Explorer TM3)" merupakan aplikasi atau bagian dari sistem operasi? Siapakah yang berhak menentukan perbatasan tersebut? Apakah para pengguna? Atau Apakah perlu didiskusikan habis-habisan melalui milis?

Pengertian dari sistem operasi dapat dilihat dari berbagai sudut pandang. Dari sudut pandang pengguna, sistem operasi merupakan sebagai alat untuk mempermudah penggunaan komputer. Dari sudut pandang sistem, sistem operasi dapat dianggap sebagai alat yang menempatkan sumber daya secara efisien (Resource Allocator). Sistem operasi ialah manager bagi sumber daya, yang menangani konflik permintaan sumber daya secara efisien. Sistem operasi juga mengatur eksekusi aplikasi dan operasi dari alat I/O. Fungsi ini dikenal juga sebagai program pengendali (Control Program). Lebih lagi, sistem operasi merupakan suatu bagian program yang berjalan setiap saat yang dikenal dengan istilah kernel.

Dari sudut pandang tujuan sistem operasi, sistem operasi dapat dipandang sebagai alat yang membuat komputer lebih nyaman digunakan (convenient) untuk menjalankan aplikasi dan menyelesaikan masalah pengguna. Tujuan lain sistem operasi ialah membuat penggunaan sumber daya komputer menjadi efisien. Dapat disimpulkan, bahwa sistem operasi merupakan komponen penting dari setiap sistem komputer. Akibatnya, pelajaran "sistem operasi" selayaknya merupakan komponen penting dari sistem pendidikan berbasis "ilmu komputer". Konsep sistem operasi dapat lebih mudah dipahami, jika juga memahami jenis perangkat keras yang digunakan. Demikian pula sebaliknya. Dari sejarah diketahui bahwa sistem operasi dan perangkat keras saling mempengaruhi dan saling melengkapi. Struktur dari sebuah sistem operasi sangat tergantung pada perangkat keras yang pertama kali digunakan untuk mengembangkannya. Sedangkan perkembangan perangkat keras sangat dipengaruhi dari hal-hal yang diperlukan oleh sebuah sistem operasi. Dalam bagian-bagian berikut ini, akan diberikan berbagai ilustrasi perkembangan dan jenis sistem operasi beserta perangkat kerasnya.

1.1.2. Sejarah Perkembangan Sistem Operasi

Arsitektur komputer tradisional terdiri dari empat komponen utama yaitu "Prosesor", "Memori Penyimpanan", "Masukan" (Input), dan "Keluaran" (Output). Model tradisional tersebut sering dikenal dengan nama arsitektur Von Neumann Pada saat awal, komputer berukuran sangat besar sehingga komponen-komponennya dapat memenuhi sebuah ruangan yang sangat besar. Sang pengguna --menjadi programmer yang sekali gus merangkap menjadi menjadi operator komputer -- juga bekerja di dalam ruang komputer tersebut.

Walau pun berukuran besar, sistem tersebut diketegorikan sebagai "komputer pribadi" (PC). Siapa saja yang ingin melakukan komputasi; harus memesan/antri untuk mendapatkan alokasi waktu (rata-rata 30-120 menit). Jika ingin melakukan kompilasi Fortran, maka pengguna pertama kali akan me-load kompilator Fortran, yang diikuti dengan "load" program dan data. Hasil yang diperoleh, biasanya berbentuk cetakan (print-out).

Timbul beberapa masalah pada sistem PC tersebut. Umpama, alokasi pesanan harus dilakukan dimuka. Jika pekerjaan rampung sebelum rencana semula, maka sistem komputer menjadi "idle"/tidak tergunakan. Sebaliknya, jika perkerjaan rampung lebih lama dari rencana semula, para calon pengguna berikutnya harus menunggu hingga pekerjaan selesai. Selain itu, seorang pengguna kompilator Fortran akan beruntung, jika pengguna sebelumnya juga menggunakan Fortran. Namun, jika pengguna sebelumnya menggunakan Cobol, maka pengguna Fortran harus me-"load". Masalah ini ditanggulangi dengan menggabungkan para pengguna kompilator sejenis ke dalam satu kelompok batch yang sama. Medium semula yaitu punch card diganti dengan tape. Selanjutnya, terjadi pemisahan tugas antara programer dan operator. Para operator biasanya secara eksklusif menjadi penghuni "ruang kaca" seberang ruang komputer. Para programer yang merupakan pengguna (users), mengakses komputer secara tidak langsung melalui bantuan para operator. Para pengguna mempersiapkan sebuah job yang terdiri dari program aplikasi, data masukan, serta beberapa perintah pengendali program.

Medium yang lazim digunakan ialah kartu berlubang (punch card). Setiap kartu dapat menampung informasi satu baris hingga 80 karakter Set kartu job lengkap tersebut kemudian diserahkan kepada para operator. Perkembangan sistem operasi dimulai dari sini, dengan memanfaatkan sistem batch (Gambar 1-3). Para operator mengumpulkan job-job yang mirip yang kemudian dijalankan secara berkelompok. Umpama, job yang memerlukan kompilator Fortran akan dikumpulkan ke dalam sebuah batch bersama dengan job-job lainnya yang juga memerlukan kompilator Fortran. Setelah sebuah kelompok job rampung, maka kelompok job berikutnya akan dijalankan secara otomatis.

Pada perkembangan berikutnya, diperkenalkan konsep Multiprogrammed System. Dengan sistem ini job-job disimpan di main memory di waktu yang sama dan CPU dipergunakan bergantian. Hal ini membutuhkan beberapa kemampuan tambahan yaitu: penyediaan I/O routine oleh sistem, pengaturan memori untuk mengalokasikan memory pada beberapa Job, penjadualan CPU untuk memilih job mana yang akan dijalankan, serta pengalokasian perangkat keras lain (Gambar 1-4). Peningkatan lanjut dikenal sistem "bagi waktu"/"tugas ganda"/"komputasi interaktif" (Time-Sharing System/Multitasking/Interactive Computing). Sistem ini, secara simultan dapat diakses lebih dari satu pengguna. CPU digunakan bergantian oleh job-job di memori dan di disk. CPU dialokasikan hanya pada job di memori dan job dipindahkan dari dan ke disk. Interaksi langsung antara pengguna dan komputer ini melahirkan konsep baru, yaitu response time yang diupayakan wajar agar tidak terlalu lama menunggu. Hingga akhir tahun 1980-an, sistem komputer dengan kemampuan yang "normal", lazim dikenal dengan istilah main-frame. Sistem komputer dengan kemampuan jauh lebih rendah (dan lebih murah) disebut "komputer mini". Sebaliknya, komputer dengan kemampuan jauh lebih canggih disebut komputer super (super-computer). CDC 6600 merupakan yang pertama dikenal dengan sebutan komputer super menjelang akhir tahun 1960-an. Namun prinsip kerja dari sistem operasi dari semua komputer tersebut lebih kurang sama saja. Komputer klasik seperti diungkapkan di atas, hanya memiliki satu prosesor. Keuntungan dari sistem ini ialah lebih mudah diimplementasikan karena tidak perlu memperhatikan sinkronisasi antar prosesor, kemudahan kontrol terhadap prosesor karena sistem proteksi tidak, teralu rumit, dan cenderung murah (bukan ekonomis). Perlu dicatat yang dimaksud satu buah prosesor ini ialah satu buah prosesor sebagai Central Processing Unit (CPU). Hal ini ditekankan sebab ada beberapa perangkat yang memang memiliki prosesor tersendiri di dalam perangkatnya seperti VGA Card AGP, Optical Mouse, dan lain-lain.

 

1.1.3. Sistem Operasi Komputer Meja (Desktop)

Dalam pembahasan ini, semua yang layak diletakan di atas meja kerja dikategorikan ke dalam keluarga "komputer meja" (desktop). Salah satu jenis desktop yang paling mudah dikenal ialah komputer personal (PC). Pada awalnya, perangkat keras dari jenis komputer ini relatif sederhana. Sedangkan sistem operasinya hanya mampu secara nyaman, melayani satu pengguna dengan satu job per saat. Baik komputer meja mau pun sistem operasinya, sudah sangat popular sehingga mungkin tidak perlu perkenalan lebih lanjut. Bahkan, mungkin banyak yang belum menyadari bahwa masih terdapat banyak jenis komputer dan sistem operasi lainnya. Dewasa ini, komputer meja lebih canggih ribuan kali dibandingkan IBM PC yang pertama (1981, prosesor 8088, 4.77 MHz). Sedangkan PC pertama tersebut, beberapa kali lebih canggih dibandingkan main-frame tahun 1960-an. Titik fokus perancangan sistem operasi jenis komputer meja agak berbeda dibadingkan dengan sistem operasi "main-frame". Pertama, kinerja serta derajat kerumitan komponen perangkat keras komputer meja jauh lebih sederhana (dan murah). Karena itu, "utilisasi" perangkat keras tidak lagi menjadi masalah utama. Kedua, para pengguna komputer meja tidak selalu merupakan "pakar", sehingga kemudahan penggunaan menjadi prioritas utama dalam perancangan sistem operasinya. Ketiga, akibat dari butir kedua di atas, "keamanan" dan "perlindungan" kurang mendapatkan perhatian. Dewasa ini, "semut" (Virus) dan "cacing" (Worm) telah menjadi masalah utama yang dihadapi para pengguna sistem operasi komputer meja tertentu. Yang juga termasuk keluarga komputer meja ini ialah komputer jinjing. Pada dasarnya, tidak terdapat banyak perbedaan, kecuali:

a. Sistem portable, ini pada dasarnya mirip dengan sistem komputer meja, namun harganya relatif lebih mahal.

b. Penggunaan catu daya internal (baterei) agar catu daya dapat bertahan selama mungkin (rata-rata 3-6 jam).

c. Bobot komputer yang lebih ringan, serta ukuran komputer yang nyaman untuk dijinjing. Sistem ini nyaman digunakan untuk bekerja di perjalanan atau pekerjaan yang menuntut fleksibilitas tempat.

1.1.4. Sistem Operasi Prosesor Jamak

Pada umumnya, setiap komputer dilengkapi dengan satu buah prosesor (CPU). Namun, dewasa ini mulai umum, jika sebuat sistem komputer memiliki lebih dari satu prosesor (multi-procesor). Terdapat dua jenis sistem prosesor jamak, yaitu Symmetric MultiProcessing (SMP) dan Asymmetric MultiProcessing (ASMP). Dalam SMP setiap prosesor menjalankan salinan identik dari sistem operasi dan banyak job yang dapat berjalan di suatu waktu tanpa pengurangan kinerja. Sementara itu dalam ASMP setiap prosesor diberikan suatu tugas yang spesifik. Sebuah prosesor bertindak sebagai Master processor yang bertugas menjadualkan dan mengalokasikan pekerjaan pada prosesor lain yang disebut slave processors. Umumnya ASMP digunakan pada sistem yang besar. Sistem Operasi Jamak memiliki beberapa keunggulan [Silbeschatz 2004] :

• Peningkatan throughput karena lebih banyak proses/thread yang dapat dijalankan sekali gus. Perlu diingat hal ini tidak berarti daya komputasinya menjadi meningkat sejumlah prosesornya. Yang meningkat ialah jumlah pekerjaan yang bisa dilakukannya dalam waktu tertentu.
• Economy of Scale: Ekonomis dalam peralatan yang dibagi bersama. Prosesor-prosesor terdapat dalam satu komputer dan dapat membagi peripheral (ekonomis) seperti disk dan catu daya listrik.
• Peningkatan Kehandalan: Jika satu prossor mengalami suatu gangguan, maka proses yang terjadi masih dapat berjalan dengan baik karena tugas prosesor yang terganggu diambil alih oleh prosesor lain. Hal ini dikenal dengan istilah Graceful Degradation. Sistemnya sendiri dikenal bersifat fault tolerant atau fail-soft system.