MEMORI
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 CPUContoh : 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
Memori yang menggunakan alamat untuk
menentukan sel yang dibaca dan ditulis.
Memori yang menggunakan isi dari bagian word
untuk menentukan sel yang dibaca atau ditulis
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.
§ 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 :
- Internal Processor Memory
- Main Memory (Primary Memory)
- Secondary Memory (Auxiliary/Backing
Memory)
§ Access Time
§ Access Modes
§ Alterability
§ Permanence of Storage
§ Cycle Time and Data Transfer Rate
§ Physical Characteristics
§ 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
Referensi :
