B.3. Jeroan dari suatu Komputer: Lapisan Berbeda yang Terlibat

Komputer sering dianggap sebagai sesuatu yang agak abstrak, dan antarmuka yang terlihat secara eksternal jauh lebih sederhana daripada kompleksitas internalnya. Kerumitan seperti itu sebagian berasal dari banyaknya bagian yang terlibat. Namun, potongan-potongan ini dapat dilihat dalam lapisan-lapisan, dimana suatu lapisan hanya berinteraksi dengan yang berada tepat di atas atau di bawahnya.

Pengguna akhir dapat bertahan tanpa mengetahui detail ini… selama semuanya berfungsi. Ketika menghadapi masalah seperti, “Internet tidak berfungsi!”, hal pertama yang harus dilakukan adalah mengidentifikasi di mana lapisan masalahnya berasal. Apakah kartu jaringan (perangkat keras) berfungsi? Apakah itu dikenali oleh komputer? Apakah kernel Linux melihatnya? Apakah parameter jaringan dikonfigurasi dengan benar? Semua pertanyaan ini mengisolasi lapisan yang tepat dan fokus pada sumber potensial masalah.

B.3.1. Lapisan Terdalam: Perangkat Keras

Mari kita mulai dengan pengingat dasar bahwa suatu komputer, pertama dan terpenting, adalah sekumpulan elemen perangkat keras. Biasanya ada suatu papan utama (dikenal sebagai motherboard), dengan satu (atau lebih) prosesor, RAM, pengendali perangkat, dan slot ekstensi untuk papan opsi (untuk pengendali perangkat lain). Yang paling penting di antara pengendali ini adalah IDE (Parallel ATA), SCSI, dan Serial ATA, untuk menghubungkan ke perangkat penyimpanan seperti hard disk. Pengontrol lainnya termasuk USB, yang dapat menghosting berbagai perangkat (mulai dari webcam hingga termometer, dari papan ketik hingga sistem otomasi rumah) dan IEEE 1394 (Firewire). Kontroler ini sering memungkinkan menghubungkan beberapa perangkat sehingga subsistem lengkap yang ditangani oleh pengontrol oleh karena itu biasanya dikenal sebagai ”bus”. Kartu-kartu opsi termasuk kartu grafis (di mana layar monitor akan dipasang), kartu suara, kartu antarmuka jaringan, dan sebagainya. Beberapa papan utama sudah dibangun sebelumnya dengan fitur-fitur ini, dan tidak perlu kartu opsi.

DALAM PRAKTEK Memeriksa bahwa perangkat keras bekerja

Memeriksa bahwa suatu perangkat keras bekerja bisa rumit. Di sisi lain, membuktikan bahwa itu tidak bekerja kadang-kadang cukup sederhana.

Hard disk drive terbuat dari piringan berputar dan kepala magnetik yang bergerak. Ketika hard disk dinyalakan, motor piringan membuat desir yang khas. Ini juga membuang energi sebagai panas. Akibatnya, hard disk drive yang tetap dingin dan diam saat dinyalakan berarti rusak.

Kartu jaringan sering menyertakan LED yang menampilkan status link. Jika kabel dicolokkan dan mengarah ke hub atau switch jaringan yang berfungsi, setidaknya satu LED akan menyala. Jika tidak ada lampu LED yang menyala, kartu itu sendiri, perangkat jaringan, atau kabel di antara keduanya, rusak. Langkah selanjutnya adalah menguji setiap komponen secara individual.

Beberapa kartu opsi — terutama kartu video 3D — menyertakan perangkat pendinginan, seperti heat sink dan/atau kipas. Jika kipas tidak berputar meskipun kartu dinyalakan, penjelasan yang masuk akal adalah kartu terlalu panas. Ini juga berlaku untuk prosesor utama yang terletak di papan utama.

B.3.2. Awal: BIOS atau UEFI

Perangkat keras, berdiri sendiri, tidak mampu melakukan tugas-tugas yang berguna tanpa perangkat lunak terkait yang menggerakkannya. Mengendalikan dan berinteraksi dengan perangkat keras adalah tujuan dari sistem operasi dan aplikasi. Ini, pada gilirannya, memerlukan perangkat keras yang fungsional untuk berjalan.

Simbiosis antara perangkat keras dan perangkat lunak ini tidak terjadi dengan sendirinya. Ketika komputer pertama kali dinyalakan, beberapa penyiapan awal diperlukan. Peran ini diambil oleh BIOS atau UEFI, sepenggal perangkat lunak yang ditanamkan ke dalam main board yang berjalan secara otomatis saat mulai dinyalakan. Tugas utamanya adalah mencari perangkat lunak yang bisa dilimpahi kendali. Biasanya, seperti yang mungkin sudah Anda pelajari dalam Bagian 9.1, “Boot Sistem”, dalam kasus BIOS, ini termasuk mencari hard disk pertama yang memiliki sektor boot (juga dikenal sebagai master boot record atau MBR), memuat sektor boot tersebut, dan menjalankannya. Selanjutnya, BIOS biasanya tidak terlibat (sampat boot berikutnya). Dalam kasus UEFI, prosesnya melibatkan pemindaian disk untuk mencari partisi EFI terdedikasi yang memuat aplikasi-aplikasi EFI yang selanjutnya dapat dieksekusi.

PERKAKAS Penyiapan, alat konfigurasi BIOS/UEFI

BIOS/UEFI juga memiliki suatu perangkat lunak bernama Setup, dirancang untuk mengizinkan konfigurasi berbagai aspek komputer. Khususnya, itu mengizinkan memilih perangkat boot mana yang disukai (misalnya, flash disk USB atau drive CD-ROM bukan hard disk baku), menata jam sistem, dan seterusnya. Memulai Setup biasanya dengan menekan sebuah tombol segera setelah komputer mulai dihidupkan. Tombon ini biasanya Del atau Esc, terkadang F2,F5, F8, atau F10. Seringkali, pilihan ditampilkan di layar saat boot. Bila tidak, Anda sebaiknya memeriksa manual motherboard atau komputer Anda.

Sektor boot (atau partisi EFI), pada gilirannya, memuat penggalan perangkat lunak lain, yang dinamai bootloader, yang berguna untuk mencari dan menjalankan suatu sistem operasi. Karena bootloader ini tidak ditanamkan dalam papan utama tapi dimuat dari disk, itu bisa lebih cerdas daripada BIOS, yang menjelaskan mengapa BIOS sendiri tidak memuat sistem operasi. Sebagai contoh, bootloader (biasanya GRUB pada sistem Linux) dapat menampilkan daftar sistem operasi yang tersedia dan menanyakan ke pengguna untuk memilih satu. Biasanya, suatu tenggat waktu dan pilihan baku disediakan. Kadang pengguna juga dapat memilih untuk menambah parameter yang dilewatkan ke kernel, dan seterusnya. Pada akhirnya, suatu kernel ditemukan, dimuat ke memori, dan dieksekusi.

CATATAN UEFI, pengganti modern untuk BIOS

BIOS (yang merupakan singkatan dari Basic Input/Output System) adalah perangkat lunak yang disertakan dalam motherboard - papan elektronik yang menghubungkan semua periferal - dan dieksekusi saat komputer di-boot, untuk memuat sistem operasi (melalui bootloader yang disesuaikan). Sistem ini tetap berada di latar belakang untuk menyediakan antarmuka antara perangkat keras dan perangkat lunak (dalam kasus kita, kernel Linux).

Pada tahun 2005/2006, penggantinya, spesifikasi UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), telah diterbitkan. Spesifikasi ini mendefinisikan antarmuka yang memiliki tujuan yang sama dengan BIOS, tetapi mencoba menyediakan lebih banyak kegunaan, ekstensibilitas, dan fleksibilitas, antarmuka pengguna grafis, dan dukungan 64bit yang sebenarnya. Dan itu menyingkirkan beberapa keterbatasan boot BIOS: dengan penggunaan suatu partisi terdedikasi, bootloader tidak perlu lagi trik khusus agar bisa dimuat dalam master boot record yang mungil lalu mencari kernel yang akan di-boot. Bahkan lebih baik lagi, dengan suatu kernel Linux yang dibangun secara sesuai, UEFI dapat secara langsung mem-boot kernel tanpa bootloader perantara apapun. UEFI juga adalah landasar dasar yang dipakai untuk menghadirkan Secure Boot, suatu teknologi yang memastikan bahwa Anda hanya menjalankan perangkat lunak yang divalidasi oleh vendor sistem operasi Anda.

Saat ini, kebanyakan komputer baru akan melakukan boot dalam mode UEFI secara baku, tetapi biasanya komputer juga mendukung boot BIOS juga untuk kompatibilitas ke belakang dengan sistem operasi yang belum siap untuk mengeksploitasi UEFI. Ini disebut Compatibility Support Mode/Module (CSM). Tetapi, beberapa produsen telah mengumumkan untuk menghentikan dukungan untuk mode BIOS lama dalam implementasi UEFI mereka, atau mereka sudah melakukannya. Namun, transisi ini bukannya tanpa diskusi atau tanpa kritik.

BIOS/UEFI juga bertanggung jawab mendeteksi dan mengisialisasi sejumlah perangkat. Tentu saja, ini termasuk perangkat IDE/SATA (biasanya drive CD/DVD-ROM dan hard disk), tapi juga perangkat-perangkat PCI. Perangkat-perangkat yang terdeteksi seringkali dimunculkan daftarnya dalam proses boot. Bila daftar ini berlalu terlalu cepat, gunakan tombol Pause untuk membekukannya cukup lama untuk dibaca. Perangkat-perangkat PCI terpasang yang tidak muncul adalah pertanda buruk. Terparahnya, perangkat bermasalah. Terbaiknya, itu sekedar tidak kompatibel dengan versi saat ini dari BIOS papan utama. Spesifikasi PCI bertumbuh, dan papan utama lama tidak dijamin menangani perangkat PCI yang lebih baru.

B.3.3. Kernel

BIOS/UEFI maupun bootloader masing-masing hanya berjalan selama beberapa detik; sekarang kita sampai ke bagian pertama dari perangkat lunak yang berjalan untuk waktu yang lama, kernel sistem operasi. Kernel ini mengambil peran seorang dirigen orkestra, dan menjamin koordinasi antara perangkat keras dan perangkat lunak. Peran ini melibatkan beberapa tugas termasuk: menggerakkan perangkat keras, mengelola proses, pengguna dan izin, sistem berkas, dan seterusnya. Kernel menyediakan dasar yang umum untuk semua program lain pada sistem.

B.3.4. Ruang Pengguna

Walaupun segala sesuatu yang terjadi di luar kernel dapat dikelompok bersama di bawah ”ruang pengguna”, kita masih dapat memisahkan menjadi lapisan-lapisan perangkat lunak. Namun, interaksi mereka lebih kompleks daripada sebelumnya, dan klasifikasi mungkin tidak sederhana. Aplikasi umumnya menggunakan pustaka, yang pada gilirannya melibatkan kernel, tetapi komunikasi dapat juga melibatkan program lain, atau bahkan banyak pustaka memanggil satu sama lain.