Memori Sistem

Memori Sistem

I. TEKNOLOGI DAN BIAYA SISTEM MEMORI

Ada 2 teknologi yang mendominasi industri memori sentral dan memori utama, yaitu :

a.       Memori Magnetic Core (tahun 1960)

Sel penyimpanan yang ada dalam memori inti dibuat dari elemen besi yang berbentuk donat yang disebut magnetic core (inti magnetis) atau hanya disebut core saja.

Para pembuat(pabrikan) yang membuat core ini menyusun core plane bersama dengan sirkuit lain yang diperlukan, menjadi memori banks(bank memori).

b.      Memori Solid State

Komputer yang pertama diproduksi untuk tujuan komersil adaalah UNIVAC dimana :

·   CPU nya menggunakan teknologi vacuum tube (tabung hampa udara) dan menjalankan aritmatika decimal.

·   Memori utamanya 1000 word (setiap word besarnya 60 bit dan menyimpan 12 karakter 5 bit)

II. ORGANISASI MEMORI

• Salah satunya adalah menggunakan Inteleaving dimana tujuannya adalah untuk meningkatkan kecepatan pengaksesan system penyimpanan yang besar.
• Sistem penyimpanan yang besar terdiri atas beberapa bank memori independent yang diakses oleh CPU dan peralatan I/O melalui pengontrolan port memori

Contoh : Cross bar switch

Sistem penyimpanan menggunakan Interleave High Order

• Setiap bank (penyimpanan) berisi blok alamat yang berurutan.
• Setiap peralatan, termasuk CPU, menggunakan bank memori yang berbeda untuk program dan datanya, maka semua bank dapat mentransfer data secara serentak.

Sistem penyimpanan menggunakan Interleave Low Order

• Alamat yang berurutan berada dalam bank yang terpisah, sehingga setiap peralatan perlu mengakses semua bank selagi menjalankan programnya atau mentransfer data.

Contohnya : suatu siklus memori lebih lama daripada waktu siklus CPU.

• Apabila word yang berurutan berada dalam bank yang berbeda, maka system penyimpanan bila dilengkapi dengan putaran yang cocok dapat melengkapi akses memori yang berurutan, dengan kata lain setelah CPU meminta untuk mengakses word pertama yang disimpan dalam salah satu bank, maka ia dapat bergerak ke bank kedua dan mengawali akses word kedua sementara penyimpanan tetap mendapatkan kembali word pertama sementara penyimpanan tetap mendapatkan kembali word pertama.Pada CPU kembali ke bank pertama, system penyimpanan diharapkan telah menyelesaikan mengakses word pertama dan telah siap mengakses lagi.
• Banyak komputer berkinerja tinggi menggunakan Inteleave Low Order

III. JENIS MEMORI

a. Memory Read Only (ROM)

• Peralatan memori yang dapat dibaca namun tidak dapat ditulis oleh CPU

Contoh : Switch Mekanis (computer menggunakannya untuk menyimpan konstansta yang digunakan untuk menentukan konfigurasi system(jumlah memori utama).

• PROM (Programming Read Only Memory) adalah ROM yang diprogram oleh pabrik pembuatnya dan kita tidak bisa mengubah isinya.
• EPROM (Erasable PROM) adalah ROM yang dapat dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet dan kemudian deprogram kembali.
• EAROM(Electrically Alterable ROM) ROM yang dapat deprogram oleh computer dengan menggunakan operasi arus tinggi (high current) khusus, digunakan untuk menyimpan informasi yang jarang sekali berubah, contohnya : informasi konfigurasi.

b.      Memory Read / Write

Memori Read/Write dapat diklasifikasikan menurut sifat pengoperasiannya adalah :

1.      Sifat Fisik

v  Statis lawan Dinamis

Static RAM (SRAM)

·   Untuk setiap word apabila telah ditulis tidak perlu lagi dialamatkan atau dimanipulasi untuk menyimpan nilainya.

·   Tidak perlu penyegaran

·   Dibentuk dari flip-flop yang nmeggunakan arus kecil untuk memelihara logikanya.

·   Digunakan untuk register CPU dan peralatan penyimpanan berkecepatan tinggi.

·   Merupakan sirkuit memori semikonduktor yang cepat dan mahal.

Dynamic RAM (DRAM)

·   Dibentuk dari kapasitor (peralatan yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik) dan transistor

·   Menggunakan sirkuit pembangkit

·   Waktu siklusnya 2 kali access time (waktu access baca) yaitu waktu yang dibutuhkan untuk memanggil kembali data dari peralatan.

·   Perlu penyegaran

v  Volatil lawan Non-Volatil

Memori Volatile

Membutuhkan sumber daya yang terus menerus untuk menyimpan nilainya. Contoh : RAM Static dan Dynamic

Memori Non Volatile

Tidak membutuhkan sumber daya yang terus menerus untuk menyimpan nilainya.

Contoh : ROM

v  Read Destruktif lawan Read Non-Destruktif

Memori Read Destruktif

·   Apabila dalam proses membaca word memori tersebut juga menghancurkan nilainnya.

·   Mempunyai 2 fase operasi yaitu read cycle dan restore cycle

·   Selama akses baca system penyimpan pertama kali akan membaca word dan selama akses tulis system penyimpanan pertama kali akan membaca word, yang mengakibatkan waku akses baca akan lebih pendek daripada waktu tulis.

   Contoh : DRAM

Memori Read Non-Destruktif

·   Dalam proses membaca word, memori tersebut tidak dapat dihancurkan.

·   Contohnya : SRAM dan ROM

v  Removable lawan Permanen

Memori Removable

·   Memori yang elemen aktifnya dapat dikeluarkan dari hardware system.

·   Contoh : disket.

Memori Non Removable

·   Memori yang elemen aktifnya tidak dapat dikeluarkan dari hardware system.

·   Contoh : RAM dan hard disk

2.      Organisasi Logis

• Teralamatkan (addressed)

Memori yang menggunakan alamat untuk menentukan sel yang dibaca dan ditulis.

• Asosiatif

Memori yang menggunakan isi dari bagian word untuk menentukan sel yang dibaca atau ditulis

• Akses Urut

Memori yang menggunakan piya magnetis untuk mengakses data secara urut.

3.      Memori Archival

• Memori non volatile yang dapat menyimpan banyak data dengan biaya yang sangat sedikit dan dalam jangka waktu yang lama.Contoh : Tape(Pita), Disk dan Disk Optis
• Disk Optis menyimpan data dengan mengubah secara internal sifat reflektif dari bidang kecil yang ada pada disk dan membaca data dengan cara mendeteksi secara visual yang telah diubah.
• WORM Memori (Word Once Read Many Times) ideal untuk menyimpan archival, karena bila sekali telah ditulis ia secara fungsional menjadi ROM.

IV. SISTEM MEMORI UTAMA

• Tahun 1960-an para programmer system mengembangkan system pengoperasian multiprogramming, yang memanfaatkan atau menggunakan memori utama yang sangat besar.
• Komputer yang hanya mempunyai satu system memori utama dikatakan mempunyai one-level strorage system(system penyimpanan tingkat satu)
• Komputer yang mempunyai memori virtual menggunakan multilevel storage system (system penyimpanan bertingkat)
• Penyimpanan multilevel mempunyai memori sentral(internal) yaitu memori utama dan register CPU sebagai primary memory dan peralatan penyimpanan eksternal seperti hardisk dan disket sebagai secondary memory memori sekunder.

V. RELOKASI PROGRAM DAN PROTEKSI MEMORI

• Multiprogramming adalah cara yang tepat untuk meningkatkan kegunaan CPU dengan cara memungkinkan beberapa tugas berada dalam memori pada waktu yang bersamaan.
• Berhasilnya multiprogramming ditentukan antara lain oleh :

o   Relokasi Program

-          Dengan cara menmpatkan program dimana saja dalam memori

-          Initial Program Relocation (Relokasi Program Awal) adalah proses merelokasi program tempat system pengoperasian pertama kali.

-          Dynamic Program Relocation (Relokasi Program Dinamis) adalah system pengoperasian dapat memindahkan program dari suatu tempat ke tempat yang lain dalam memori utama setelah program dijalankan.

o   Proteksi Program

-          Mencegah suatu program mengakses memori yang telah diberikan oleh system pengoperasian ke program yang lain.

-          Contoh relokasi program dan proteksi adalah IBM System/360 dan CDC 6600

-          IBM System/360

§  Menggunakan Register Base untuk merelokasi program

§  Menggunakan relokasi program awal

§  Menggunakan key-controlled memory protection untuk proteksi memori.

-          CDC 6600

§  Mempunyai register khusus yaitu Relocation Address (RA/Register Alamat Relokasi) untuk merelokasi program.

§  Menggunakan relokasi program awal

VI. MEMORI CACHE

·   Buffer berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data yang diakses pada saat itu dan data yang berdekatan dalam memori utama.

·   Memori akses random (RAM) berkecepatan tinggi yang ditempatkan diantara system memori dan pemakaiannya untuk mengurangi waktu akses efektif dari system memori.

·   Dengan memasukan memori chace antara peralatan cepat dan system memori yang lebih lambat, perancangan ini dapat memberikan system memori yang cepat.

·   Kegunaan Memori Cache adalah :

w Program cenderung menjalankan instruksi yang berurutan, menyebabkan instruksi tersebut berada didekat lokasi memori.

w Program biasanya mempunyai simpul untuk tempat menjalankan kelompok instruksi secara berulang-ulang.

w Compiler menyimpan array dalam blok lokasi memori yang bersebelahan.

w Compiler biasanya menempatkan item data yang tidak berhubungan didalam segmen data.

·   Cache terdiri dari sejumlah cache entries(entry cache) dan setiap entri cache terdiri dari 2 yaitu

o   Memori Cache

§  merupakan SRAM berkecepatan tinggi

§  data yang disimpan merupakan kopi dari data memori utama yang terpilih pada saat itu atau data yang baru disimpan yang belum berada didalam memori.

o   Address Tag (Tag Alamat)

§  Menunjukan alamat fisik data yang ada dalam memori utama dan beberapa informasi valid

·   Cara kerja Cache adalah :

• Ketika CPU mengakses memori maka system penyimpanan akan mengirim alamat fisik ke cache
• Membandingkan alamat fisik tersebut dengan semua tag alamat untuk mengetahui apakah ia menyimpan kopi dari sebuah data.
• Cache HIT adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses memori ke word yang telah ada didalam memori cache tersebut secara cepat megembalikan item data yang diminta.
• Cache MISS adalah situasi yang terjadi ketika peralatan meminta akses ke data yang tidak berada dalam cache, cache akan menjemput item tersebut dari memori, dimana hal ini mebutuhkan waktu yang lebih lama dari cache hit.
• Jika cache tidak menyimpan data, maka akan terjadi cache miss dan cache akan menyampaikan alamat ke system memori utama untuk membaca.
• Jika data yang dating dari memori utama, maka CPU atau cache akan menyimpan kopinya dengan diberi tag alamat yang tepat.

·   Ada 2 sebab mengapa cache bekerja dengan baik :

§  Cache beroperasi secara paralel dengan CPU

- Word tambahan yang dimuatkan setelah terjadi cache miss tidak akan mengganggu kinerja CPU.

§  Prinsip Lokalitas Referensi

- CPU akan meminta data baru

·   Setiap cache mempunyai dua sub system yaitu :

§  Tag Subsystem

- Menyimpan alamat dan menentukan apakah ada kesesesuaian data yang diminta.

§  Memory subsistem

-    Menyimpan dan mengantarkan data.

• Memori Cache menggunakan teknik pemetaan yang berbeda untuk memetakan alamat memori ke dalam alamat lokalnya, yaitu :

§  Cache Asosiatif

-    Disebut juga Fully Associative Cache.

-    Menyimpan tagnya di dalam memori asosiatif atau memori yang ekuivalen secara fungsional

-    Cache dapat menempatkan sembarang jalur refill selama akses memori

-    Membandingkan alamat yang ada dengan semua alamat yang disimpan

§  Direct Mapped Cache (Cache yang dipetakan langsung)

-    Membagi memory utama menjadi K kolom dengan N refill line per kolomnya

§  Set Cache Asosiatif

-    Mengkombinasikan organisasi asosiatif dan direct (langsung)

-    Mengorganisir memori utama dan memorinya sendiri menjadi kolom jalur refil N

§  Sector Mapped Cache (Cache yang dipetakan sector)

-    Merupakan modifikasi dari cache asosiatif

-    Jalur refill memori utama dan cache dikelompokan menjadi sector yang disebut row(baris)

VI. MEMORI VIRTUAL

• Ada 2 teknik yang digunakan memori virtual utnuk memetakan alamat efektif kedalam alamat fisik yaitu :

§  Paging

-    Adalah teknik yang berorientasi hardware untuk mengelola memori fisik

-    Menggunakan paging agar program besar dapat berjalan pada komputer yang mempunyai fisik kecil.

-    Hardware memori virtual membagi alamat logis menjadi 2 yaitu virtual page number dan word offset.

-    Membagi alamat logis dan memori menjadi page yang berukuran tertentu.

§  Segmentasi

-    Adalah teknik yang berorientasi pada struktur logis dari suatu program.

-    Membagi alamat logis dan memori menjadi page yang ukuran berubah-ubah.

-    Segmen yang berisi kode prosedur disebut kode segmen dan yang berisi data disebut data segmen

Perbedaan Paging dengan Segmentasi adalah :

§  Paging berorientasi pada hardware dan segmentasi pada struktur logis dari suatu program.

§  Segmen cenderung jauh lebih besar dari paging.

§  Segmen mempunyai jangkauan ukuran page dan page hanya mempunyai satu ukuran tertentu untuk suatu system tertentu.

§  Dalam segmentasi seluruh program tidak perlu dibuat sebagai modul tunggal untuk diisikan ke dalam memori sebagai sebuah unit

§  Dalam segmentasi, alamat logis mempunyai 2 bagian, yaitu segement number dan byte offset.

VII. MASALAH DESIGN MEMORI

• Kecepatan Memori lawan kecepatan CPU :

§ Awal tahun 1960 – 1980, kecepatan memori dan CPU meningkat, namun rasio keseluruhan antara keduanya relatif.

§ Pada era ini kecepatan memori biasanya kurang lebih 10 kali lebih lambat dari kecepatan CPU.

§ CDC:6600, 7600, CRAY 1 dan CRAY X-MP untuk super komputer waktu akses memorinya 10 sampai 14 waktu siklus CPU.

§ VAX 11/780, 8600 dan 8700 untuk mini computer waktu akses memorinya 4 sampai 7 kali siklus CPU

§ Pertengahan tahun 1980, kecepatan CPU jauh lebih meningkat hingga 50 kali kecepatan memori, contoh CRAY

§ Keuntungan dari perubahan ini adalah :

§ Memori besar umumnya memerlukan hardware khusus untuk mendeteksi dan mengoreksi kesalahan, yang menambah waktu akses memori efektif.

§ CPU yang paling cepat merupakan pipelined.

• Ruang Alamat Memori :

§ Semakin besar ruang alamat memori yang disediakan maka akan semakin baik namun harus diperhatikan pula bahwa dalam perubahan tersebut tidak harus merubah secara keseluruhan dan mendasar daripada arsitektur yang telah dibangun.

• Keseimbangan antara kecepatan dan biaya :

§ Sifat dari Teknologi Memori

-          Harga unitnya turun dengan sangat cepat, sedangkan kecepatannya secara perlahan meningkat.

-          Adanya berbagai kecepatan dan biaya dalam peralatan memori

§ Ada tiga penggunaan teknologi RAM dalam system computer untuk memanfaatkan variasi ini adalah :

-          Peralatan lambat, murah untuk memori utama

-          Peralatan cepat untuk cache

-          Peralatan sangat cepat, mahal untuk register

• Memori dalam system computer dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu :

1. Internal Processor Memory
2. Main Memory (Primary Memory)
3. Secondary Memory (Auxiliary/Backing Memory)

• Karakteristik Memori :

§ Access Time

§ Access Modes

§ Alterability

§ Permanence of Storage

§ Cycle Time and Data Transfer Rate

§ Physical Characteristics

• Metode Akses :

§ Random Access Memory

Lokasi memori dapat dicapai secara acak dan waktu akses tidak bergantung pada lokasi yang sedang diakses

§ Serial Access Memory

Mekanisme akses digunakan bersama-sama oleh seluruh lokasi

MEMORI INTERNAL

Karakteristik Sistem Memori (secara umum)

1.          Lokasi ® CPU ® Internal (main) ® External (secondary) 2.          Kapasitas ® Ukuran word ® Banyaknya word 3.          Satuan Transfer ® Word ® Block 4.          Metode Akses ® Sequential access ® Direct access ® Random access ® Associative access

5.          Kinerja ® Access time ® Cycle time ® Transfer rate 6.          Tipe Fisik ® Semikonduktor ® Permukaan magnetik 7.          Karakteristik Fisik ® Volatile/nonvolatile ® Erasable/nonerasable 8.          Organisasi Catatan: Bagi pengguna dua karakteristik penting memori adalah Ø Kapasitas, Ø Kinerja.

Penjelasan

1) Lokasi Memori

Ada tiga lokasi keberadaan memori di dalam sistem komputer, yaitu:

Ø Memori lokal

o   Memori ini built-in berada dalam CPU (mikroprosesor),

o   Memori ini diperlukan untuk semua kegiatan CPU,

o   Memori ini disebut register.

Ø Memori internal

o   Berada di luar CPU tetapi bersifat internal terhadap sistem komputer,

o   Diperlukan oleh CPU untuk proses eksekusi (operasi) program, sehingga dapat diakses secara langsung oleh prosesor (CPU) tanpa modul perantara,

o   Memori internal sering juga disebut sebagai memori primer atau memori utama.

o   Memori internal biasanya menggunakan media RAM

Ø Memori eksternal

o   Bersifat eksternal terhadap sistem komputer dan tentu saja berada di luar CPU,

o   Diperlukan untuk menyimpan data atau instruksi secara permanen.

o   Tidak diperlukan di dalam proses eksekusi sehingga tidak dapat diakses secara langsung oleh prosesor (CPU). Untuk akses memori eksternal ini oleh CPU harus melalui pengontrol/modul I/O.

o   Memori eksternal sering juga disebut sebagai memori sekunder.

o   Memori ini terdiri atas perangkat storage peripheral seperti : disk, pita magnetik, dll.

2) Kapasitas Memori

Ø Kapasitas register (memori lokal) dinyatakan dalam bit.

Ø Kapasitas memori internal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte       (1 byte = 8 bit) atau word. Panjang word umum adalah 8, 16, dan 32 bit.

Ø Kapasitas memori eksternal biasanya dinyatakan dalam byte.

3) Satuan Transfer (Unit of Transfer)

Satuan transfer sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori.

Ø Bagi memori internal (memori utama), satuan transfer merupakan jumlah bit yang dibaca atau yang dituliskan ke dalam memori pada suatu saat.

Ø Bagi memori eksternal, data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih besar dari word, dalam hal ini dikenal sebagai block.

Word

Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi, kecuali CRAY-1 dan VAX.

Ø CRAY-1 memiliki panjang word 64 bit, memakai representasi integer 24 bit.

Ø VAX memiliki panjang instruksi yang beragam, ukuran wordnya adalah 32 bit.

Addressable Units

Pada sejumlah sistem, addressable unit adalah word. Hubungan antara panjang suatu alamat (A) dengan jumlah addressable unit (N) adalah

2^A = N

Metode Akses Memori

Terdapat empat jenis pengaksesan satuan data, sbb.:

Ø Sequential Access

Ø Direct Access

Ø Random Access

Ø Associative Access

 

 Sequential Access

®    

       Memori diorganisasikan menjadi unit-unit data, yang disebut record.

®   Akses dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik.

®        Informasi pengalamatan dipakai untuk memisahkan record-record dan untuk membantu proses pencarian.

®        Mekanisme baca/tulis digunakan secara bersama (shared read/write mechanism), dengan cara berjalan menuju lokasi yang diinginkan untuk mengeluarkan record.

®        Waktu access record sangat bervariasi.

®        Contoh sequential access adalah akses pada pita magnetik.

Direct Access

®        Seperti sequential access, direct access juga menggunakan shared read/write mechanism, tetapi setiap blok dan record memiliki alamat yang unik berdasarkan lokasi fisik.

®        Akses dilakukan secara langsung terhadap kisaran umum (general vicinity) untuk mencapai lokasi akhir.

®        Waktu aksesnya bervariasi.

®        Contoh direct access adalah akses pada disk.

 Random Access

®        Setiap lokasi dapat dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara langsung.

®        Waktu untuk mengakses lokasi tertentu tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya dan bersifat konstan.

®        Contoh random access adalah sistem memori utama.

Associative Access

®        Setiap word dapat dicari berdasarkan pada isinya dan bukan berdasarkan alamatnya.

®        Seperti pada RAM, setiap lokasi memiliki mekanisme pengalamatannya sendiri.

®        Waktu pencariannya tidak bergantung secara konstan terhadap lokasi atau pola access sebelumnya.

®        Contoh associative access adalah memori cache.

  

 Kinerja Memori

Ada tiga buah parameter untuk kinerja sistem memori, yaitu :

Ø Waktu Akses (Access Time)

®        Bagi RAM, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis.

®        Bagi non RAM, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan mekanisme baca tulis pada lokasi tertentu.

Ø Waktu Siklus (Cycle Time)

®        Waktu siklus adalah waktu akses ditambah dengan waktu transien hingga sinyal hilang dari saluran sinyal atau untuk menghasilkan kembali data bila data ini dibaca secara destruktif.

Ø Laju Pemindahan (Transfer Rate)

®        Transfer rate adalah kecepatan pemindahan data ke unit memori atau ditransfer dari unit memori.

®        Bagi RAM, transfer rate sama dengan 1/(waktu siklus).

®        Bagi non-RAM, berlaku persamaan sbb.:

T_N = Waktu rata-rata untuk membaca atau menulis sejumlah N bit.

T_A = Waktu akses rata-rata

N = Jumlah bit

R = Kecepatan transfer, dalam bit per detik (bps)

Tipe Fisik Memori

Ada beberapa tipe fisik memori, yaitu :

Ø Memori semikonduktor, memori ini memakai teknologi LSI atau VLSI (very large scale integration).

Memori ini banyak digunakan untuk memori internal misalnya RAM.

Ø Memori permukaan magnetik, memori ini banyak digunakan untuk memori eksternal yaitu untuk disk atau pita magnetik.

Ø Memori Optik, memori ini banyak digunakan untuk memori eksternal yaitu untuk disk optic (CD, DVD, LD).

Karakteristik Fisik

Ada dua kriteria yang mencerminkan karakteristik fisik memori, yaitu:

Ø Volatile dan Non-volatile

o   Pada memori volatile, informasi akan rusak secara alami atau hilang bila daya listriknya dimatikan.

o   Pada memori non-volatile, sekali informasi direkam akan tetap berada di sana tanpa mengalami kerusakan sebelum dilakukan perubahan. Pada memori ini daya listrik tidak diperlukan untuk mempertahankan informasi tersebut.

Memori permukaan magnetik adalah non volatile.

Memori semikonduktor dapat berupa volatile atau non volatile.

Ø Erasable dan Non-erasable

o   Erasable artinya isi memori dapat dihapus dan diganti dengan informasi lain.

o   Memori semikonduktor yang tidak terhapuskan dan non volatile adalah ROM.

Organisasi

Yang dimaksud dengan organisasi adalah pengaturan bit dalam menyusun word secara fisik.

Hirarki Memori

Tiga pertanyaan dalam rancangan memori, yaitu :

Berapa banyak?           Berapa cepat?               Berapa mahal?

Kapasitas.                      Waktu access                Harga

Setiap spektrum teknologi mempunyai hubungan sbb.:

Ø Semakin kecil waktu access, semakin besar harga per bit.

Ø Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bit.

Ø Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu access.

Untuk mendapatkan kinerja terbaik, memori harus mampu mengikuti CPU. Artinya apabila CPU sedang mengeksekusi instruksi, kita tidak perlu menghentikan CPU untuk menunggu datangnya instruksi atau operand.

Untuk memperoleh kinerja yang optimal, perlu kombinasi teknologi komponen memori. Dari kombinasi ini dapat disusun hirarki memori sbb.:

 Semakin menurun hirarki, maka hal-hal di bawah ini akan terjadi :

a)    Penurunan harga per bit

b)   Peningkatan kapasitas

c)    Peningkatan waktu akses

d)   Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.

Kunci keberhasilan organisasi adalah penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.

Bila memori dapat diorganisasikan dengan penurunan harga per bit melalui peningkatan waktu akses, dan bila data dan instruksi dapat didistribusikan melalui memori ini dengan penurunan frekuensi akses memori oleh CPU, maka pola ini akan mengurangi biaya secara keseluruhan dengan tingkatan kinerja tertentu.

Register adalah jenis memori yang tercepat, terkecil, dan termahal yang merupakan memori internal bagi prosesor.

Cache adalah perangkat untuk pergerakan data antara memori utama dan register prosesor untuk meningkatkan kinerja.

Memori utama merupakan sistem internal memory dari sebuah komputer. Setiap lokasi di dalam memori utama memiliki alamat yang unik.

Ketiga bentuk memori di atas bersifat volatile dan memakai teknologi semikonduktor.

Magnetic disk dan Magnetic tape adalah external memory dan bersifat non-volatile.

Memori Semikonduktor

Ada beberapa memori semikonduktor, yaitu :

1.    RAM : RAM statik (SRAM) dan RAM dinamik (DRAM).

2.    ROM : ROM, Programmable ROM (PROM), Erasable PROM (EPROM), Electrically EPROM (EEPROM), Flash Memory.

Random Access Memory (RAM)

Ø Baca dan tulis data dari dan ke memori dapat dilakukan dengan mudah dan cepat.

Ø Bersifat volatile

Ø Perlu catu daya listrik.

RAM Dinamik (DRAM)

Disusun oleh sel-sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor.

Ada dan tidak ada muatan listrik pada kapasitor dinyatakan sebagai bilangan biner 1 dan 0.

Perlu pengisian muatan listrik secara periodik untuk memelihara penyimapanan data.

RAM Statik (SRAM)

Disusun oleh deretan flip-flop.

Baik SRAM maupun DRAM adalah volatile. Sel memori DRAM lebih sederhana dibanding SRAM, karena itu lebih kecil. DRAM lebih rapat (sel lebih kecil = lebih banyak sel per satuan luas) dan lebih murah. DRAM memrlukan rangkaian pengosong muatan. DRAM cenderung lebih baik bila digunakan untuk kebutuhan memori yang lebih besar. DRAM lebih lambat.

Read Only Memory (ROM)

Ø Menyimpan data secara permanen

Ø Hanya bisa dibaca

Dua masalah ROM

Ø Langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi.

Ø Tidak boleh terjadi kesalahan (error).

Programmabel ROM (PROM)

Bersifat non volatile dan hanya bisa ditulisi sekali saja.

Proses penulisan dibentuk secara elektris.

Diperlukan peralatan khusus untuk proses penulisan atau “pemrograman”.

Erasable PROM (EPROM)

Dibaca secara optis dan ditulisi secara elektris.

Sebelum operasi write, seluruh sel penyimpanan harus dihapus menggunakan radiasi sinar ultra-violet terhadap keping paket.

Proses penghapusan dapat dilakukan secara berulang, setiap penghapusan memerlukan waktu 20 menit.

Untuk daya tampung data yang sama EPROM lebih mahal dari PROM.

Electrically EPROM (EEPROM)

Dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya.

Operasi write memerlukan watu lebih lama dibanding operasi read.

Gabungan sifat kelebihan non-volatilitas dan fleksibilitas untuk update dengan menggunakan bus control, alamat dan saluran data.

EEPROM lebih mahal dibanding EPROM.

Sel memori memiliki sifat tertentu sbb.:

Ø Memiliki dua keadaan stabil untuk representasi bilangan biner 1 atau 0.

Ø Memiliki kemampuan untuk ditulisi

Ø Memiliki kemampuan untuk dibaca.

Organisasi Logik Keping (Chip Logic) Memori

Organisasi DRAM 16 Mbit secara umum. Array memori diorganisasikan sebagai empat buah kuadrat 2048 terhadap 2048 elemen. Elemen-elemen aray dihubungkan dengan saluran horizontal (baris) dan vertikal (kolom). Setiap saluran horizontal terhubung ke terminal Data-in/Sense masing-masing sel pada kolomnya.

Memori Eksternal

Magnetik Disk

Ø  Disk merupakan sebuah piringan bundar yang terbuat dari logam atau plastik yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi.

Ø  Data direkam di atasnya dan dapat dibaca dari disk dengan menggunakan kumparan pengkonduksi (conducting coil) yang dinamakan head

Ø  Pada operasi penulisan, arus listrik pada head memagnetisasi disk.

Ø  Pada operasi pembacaan, medan magnet pada disk yang bergerak di bawah head menghasilkan arus listrik pada head.

Ø  Selama operasi pembacaan dan penulisan, head bersifat stasioner sedangkan piringan bergerak-gerak di bawahnya.

Organisasi Data dan Pemformatan

Ø  Organisasi data pada piringan berbentuk sejumlah cincin-cincin yang konsentris yang disebut track.

Ø  Masing-masing track lebarnya sama dengan lebar head.

Ø  Track yang berdekatan dipisahkan oleh gap

Ø  Gap bertujuan untuk mencegah/mengurangi error akibat melesetnya head atau interferensi medan magnet.

Ø  Kerapatan (density), dalam bit per inci linear, pada track sebelah dalam lebih tinggi (lebih rapat) dibanding track sebelah luarnya.

Ø  Data disimpan pada daerah berukuran blok yang dikenal sebagai sector.

Ø  Biasanya terdapat antara 10 hingga 100 sector per track.

Ø  Sector-sector yang berdekatan dipisahkan oleh gap-gap intra-track atau inter-record.

Ø  Layout data disk meliputi:

·       Track

·       Inter-track Gaps

·       Kerapatan (density)

·       Sector

Ø  Salah satu contoh pemformatan disk adalah format track disk Winchester (Seagate ST506)

·       Setiap track berisi 30 sector yang panjangnya tetap

·       Masing-masing track berisi 600 byte

·       Setiap sector menampung 512 byte data ditambah informasi kontrol yang berguna bagi disk controller.

Karakteristik

Ada beberapa karakteristik Sistem Disk:

Ø  Gerakan head

·       Fixed head disk Ú terdapat sebuah head baca/tulis per track jadi ada beberapa head baca/tulis per surface. Semua head ditempatkan pada lengan memanjang ke seluruh track.

·       Movable head disk Ú hanya terdapat sebuah head baca/tulis per surface. Lengan dimana head ditempatkan dapat memanjang dan memendek untuk menuju ke salah satu track.

Ø  Portabilitas disk

Disk berada pada sebuah disk drive yang terdiri dari lengan, tangkai yang dapat menggerakkan disk, dan perangkat elektronik untuk keperluan input dan output data biner.

·       Non-removable disk Ú secara permanen berada pada disk drive.

·       Removable disk Ú dapat dilepas dan diganti dengan disk lain.

Ø  Permukaan yang dimagnetisasi

·       Double-sided Ú kedua sisi permukaannya dimagnetisasi

·       Single-sided Ú hanya satu permukaan yang dimagnetisasi (disk bermuka tunggal)

Ø  Banyaknya piringan pada disk drive

·       Single platter

·       Multiple platter

Ø  Mekanisme Head

·       Contact (floopy) Ú terdapat kontak secara fisik antara head dengan medium (disk) selama operasi baca/tulis.

·       Fixed Gap Ú ada jarak yang tetap antara head dengan disk.

·       Aerodynamic Gap (Winchester) Ú ada kertas timah pelindung yang aerodynamis antara head dengan disk sehingga jarak antara head dan disk dapat diperpendek.

Tabel karakteristik Sistem Disk:

Gerakan Head Fixed head (one per track) Movable head (one per surface)	Platters Single platter Multiple platter
Portabilitas Disk Nonremovable disk Removable disk	Mekanisme Head Contact (floopy) Fixed Gap Aerodynamic Gap (Winchester)
Sides Single sided Double sided

Waktu Akses Disk

Ø  Ketika disk drive beroperasi, disk berputar dengan kecepatan tetap.

Ø  Untuk dapat membaca dan menulis, head harus berada pada awal sector dari track yang diinginkan.

Ø  Pemilihan track meliputi perpindahan head pada sistem movable head atau mekanisme elektronis pada head untuk sistem fixed head.

·       Waktu yang diperlukan untuk menempatkan head pada track yang diinginkan dikenal sebagai seek time.

Ø  Sekali track sudah dipilih, sistem akan menunggu sampai sector yang bersangkutan berputar agar sesuai dengan head.

·       Waktu yang diperlukan oleh sector untuk mencapai head disebut rotational latency

Ø  Access time, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk berada pada posisi siap membaca atau menulis.

·       Jumlah antara seek time dan rotational latency sama dengan Access time.

RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

Ô  RAID (Redundancy Array of Independent Disk) diajukan untuk mendekatkan jurang yang lebar antara kecepatan prosesor dan elektromekanis disk drive yang relatif lambat.

Ô  Strateginya adalah dengan mengganti disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk drive berkapasitas kecil, dan mendistribusikan data sedemikian rupa sehingga memungkinkan akses data dari sejumlah drive secara simultan, yang akan meningkatkan kinerja I/O dan memungkinkan peningkatan kapasitas secara mudah.

Ô  RAID mengatasi permasalahan standarisasi bagi rancangan database dengan disk berjumlah banyak.

Ô  Pola RAID terdiri dari enam tingkat, nol hingga lima.

Tiga karakteristik umum pada Tingkatan RAID, yaitu:

1.    RAID merupakan sekumpulan disk drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logik tunggal.

2.    Data didistribusikan ke drive fisik array

3.    Kapasitas redundant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recoverability data ketika terjadi kegagalan disk.

RAID Tingkat 0

·       RAID tingkat 0 sebenarnya bukan anggota keluarga RAID karena tidak menggunakan redundansi untuk meningkatkan kinerja.

·       Bagi RAID tingkat 0, data pengguna dan data sistem didistribusi ke seluruh disk pada array.

RAID Tingkat 1

·       RAID tingkat 1 berbeda dengan RAID tingkat 2 sampai 5 dalam cara memperoleh redundansinya.

·       Pada RAID lainnya, beberapa bentuk kalkulasi paritas digunakan untuk mendapatkan redundansi.

·       Pada RAID tingkat 1, redundansi diperoleh cukup dengan cara menduplikasikan seluruh data.

·       Beberapa aspek positif bagi organisasi RAID 1 :

o         Read request dapat dilayani oleh salah satu dari kedua disk yang berisi data yang diminta, yang memiliki seek time plus rotational latency yang minimum.

o         Write request memerlukan kedua strip yang berkaitan untuk di-update, namun hal ini dapat dilakukan secara paralel.

o         Recovery dari kegagalan cukup sederhana. Bila drive mengalami kegagalan, maka data masih dapat diakses dari drive kedua.

RAID tingkat 2

ð  RAID tingkat 2 dan 3 menggunakan teknik akses paralel.

ð  Dalam parallel access array, seluruh anggota disk berpartisipasi dalam mengeksekusi setiap request I/O.

ð  Pemutar setiap drive umumnya disinkronisasikan sehingga seluruh head disk selalu berada pada posisi yang sama.

RAID tingkat 3

ð  RAID 3 diorganisasikan dengan cara yang sama dengan RAID 2, bedanya adalah bahwa RAID 3 hanya membutuhkan disk redundan tunggal, tidak tergantung pada berapa besar array disknya.

ð  RAID 3 menggunakan akses paralel dengan data yang didistribusikan dalam bentuk strip-strik kecil.

ð  Di sini kode error-correcting tidak dihitung.

RAID tingkat 4

ð  RAID tingat 4 dan 5 menggunakan teknik akses yang independen.

ð  Dalam array dengan akses independen, setiap disk anggota beroperasi secara independen, sehingga request I/O dapat dipenuhi secara paralel.

ð  Laju transfer data tinggi

ð  Juga digunakan striping data

 

Optical Memory

Ô  Produk-produk disk optis

1.    CD (Compact Disk) Ú suatu disk yang tidak dapat dihapus yang menyimpan informasi audio yang telah didigitasi. Sistem standar menggunakan disk 12 cm yang dapat merekam lebih dari 60 menit waktu putar tanpa henti.

2.    CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) Ú Disk yang tidak dapat dihapus untuk menyimpan data komputer. Sistem standar menggunakan disk 12 cm yang dapat menampung lebih dari 550 Mbyte.

3.    CD-I (Compact Disk Interactive) Ú Suatu spesifikasi yang didasarkan pada penggunaan CD-ROM. Spesifikasi ini menjelaskan metode penyediaan audio, video, grafis, teks, dan kode yang dapat dieksekusi mesin pada CD-ROM.

4.    DVI (Digital Video Interactive) Ú Sebuah teknologi untuk memproduksi representasi informasi video yang didigitasi dan terkompresi. Representasi dapat disimpan pada CD atau media disk lainnya. Sistem yang ada sekarang menggunakan CD dan dapat menyimpan sekitar 20 menit video pada satu disk.

5.    WORM (Write One Read Many) Ú Sebuah disk yang lebih mudah ditulisi dibandingkan dengan CD-ROM, yang membuatnya secara komersial feasible untuk menyalin sebuah CD. Ukuran yang populer adalh 5,25 inchi yang dapat menampung 200 hingga 800 Mbyte data.

6.    Erasable Optical Disk  Ú Suatu disk yang menggunakan teknologi optik namun dapat dihapus dan ditulisi ulang dengan mudah. Terdapat dua jenis ukuran yang umum dipakai: 3,25 inchi dan 5,25 inchi. Umumnya mempunyai kapasitas 650 Mbyte.

Ô  CD-ROM

Ø   CD-ROM player memiliki perangkat error-correcting untuk menjamin bahwa data ditransfer dengan benar dari disk ke komputer.

Ø   Disk terbuat dari resin, seperti polycarbonate, dan dilapisi dengan permukaan yang sangat reflektif, biasanya aluminium.

Ø   Informasi yang direkam secara digital diterbitkan sebagai sekumpulan lubang-lubang mikroskopik pada permukaan yang reflektif.

Ø   Permukaan disk dilindungi dari debu dan gesekan dengan lapisan bening.

Ø   Layout disk yang menggunakan constant angular velocity (CAV)

v Keuntungan CAV : blok data dapat dialamati secara langsung oleh track dan sector. Untuk memindahkan head ke alamat tertentu hanya memerlukan gerakan head yang pendek dan waktu tunggu yang singkat.

v Kerugian CAV : jumlah data yang dapat disimpan pada track yang jauh di luar sama dengan yang dapat disimpan dengan track yang berada dekat titik pusat.

Ø   Kapasitas penyimpanan CD-ROM adalah 774,57 Mbyte.

Ø   Format blok CD-ROM terdiri dari field-field sbb.:

v Sync : Field sync mengidentifikasikan awal sebuah blok.

v Header : header terdiri dari alamat blok dan byte mode.

Mode 0 menandakan suatu field data blanko;

mode 1 menandakan penggunaan kode error-correcting dan 2048 byte data;

mode 2 menandakan 2336 byte data pengguna tanpa kode error-correcting.

v Data : data adalah data pengguna

v Auxiliary : data pengguna tambahan dalam mode 2. Pada mode 1, data ini  data pengguna tambahan dalam mode 2. Pada mode 1, data ini merupakan kode error-correcting

Ø   Ada pula disk dengan menggunakan layout kecepatan linear konstant (CLV)

Ø   Keuntungan CD-ROM:

v Kapasitas penyimpanan informasinya jauh lebih besar dibandingkan dengan disk magnetik.

v Dapat diperbanyak dengan harga murah

v Dapat dipindah-pindah. Sebagian besar disk magnetik tidak dapat dipindah-pindahkan.

Ø   Kekurangan CD-ROM:

v CD-ROM hanya dapat dibaca saja (read only) dan tidak dapat di update.

v CD-ROM memiliki waktu akses yang lebih lama dibandingkan dengan waktu akses disk drive magnetik

 

Ô  WORM

Ø   WORM adalah Write Once Read Many CD.

Ø   Dapat ditulisi sekali menggunakan sinar laser berintensitas sedang.

Ø   Teknik yang dipakai untuk menyiapkan disk adalah dengan menggunakan laser berdaya tinggi.

Ø   Menggunakan kecepatan angular yang konstan untuk memberikan akses yang lebih cepat.

Ø   Digunakan untuk penyimpanan arsip dokumen dan file dalam ukuran besar.

Ô  Disk Optis yang Dapat Dihapus

Ø   Disk dapat ditulisi berulang-ulang

Ø   Menggunakan teknologi sistem magneto-optis: pada sistem ini, energi sinar laser digunakan secara bersama dengan medan magnet untuk merekam dan menghapus informasi.

Ø   Menggunakan kecepatan angular konstan.

Ø   Keuntungan utama disk optis ini dibandingkan dengan disk magnetis:

v Berkapasitas besar : sebuah disk optis 5,25 inchi dapat menampung data sekitar 650 Mbyte.

v Portabilitas : Disk optis dapat dipindahkan dari drivenya.

v Reliabilitas

v Tahan lama

Pita Magnetik

Ô  Sistem pita menggunakan teknik pembacaan dan penulisan yang sama dengan sistem disk.

Ô  Media sistem ini adalah pita mylar lentur yang dilapisi dengan oksida magnet.

Ô  Pita dan drive pita merupakan analog terhadap sistem tape recorder.

Ô  Medium pita berbentuk track-track paralel dalam jumlah sedikit.

Ô  Sistem pita magnetik kuno memakai 9 buah track.

Ô  Sistem pita magnetik terbaru menggunakan 18 atau 36 track.

Ô  Data ditulisi dan dibaca dalam bentuk blok-blok continous yang disebut physical records pada pita.

Ô  Blok-blok pada pita dipisahkan dipisahkan oleh gap yang dikenal sebagai inter-record gaps.

sumber : blog arsitektur