Hirarki Memory

Hirarki Memori

Berikut ini adalah beberapa istilah yang lazim dipakai dalam pembahasan memori, yaitu:

a.            Capacity atau kapasitas, adalah jumlah informasi yang dapat ditampung dalam memori, biasanya dalam satuan word atau byte.

b.             Word, adalah satuan memori, biasanya dianggap sama dengan 16-bit.

c.            Addressable unit, adalah ukuran elemen data yang dapat diberi alamat, biasanya dalam byte atau word. Tetapi adalah juga lokasi data yang dapat diakses dalam ukuran bit, atau bit addressable.

d.            Unit transfer, adalah jumlah elemen data yang ditransfer setiap satuan waktu, biasanya dalam bit pada memori atau blok pada storage.

e.            Transfer rate, adalah kecepatan transfer data dari/ke memori.

f.             Access Time. Untuk RAM berarti waktu untuk memilih alamat data dan melakukan transfer. Selain RAM berarti waktu yang dibutuhkan untuk menentukan posisi Read/Write head pada lokasi yang diinginkan.

g.            Memory cycle time. Access Time ditambah waktu lain yang dibutuhkan sebelum akses berikutnya dimulai.

h.            Access Technique. Bagaimana cara isi memori diakses, yaitu dibaca atau ditulis.

Saat ini dikenal beberapa teknik untuk mengakses memori, yaitu

·         Random Access

» Setiap lokasi memiliki alamat fisik yang unik.

» Lokasi dapat diakses dengan urutan beragam dan waktu akses yang sama.

» Diterapkan untuk RAM maupun ROM.

·         Sequential access

» Data tidak memiliki alamat unik.

» Harus dilakukan pembacaan seluruh data secara berurutan sampai data yang diinginkan diperoleh.

» Waktu Akses sangat bervariasi.

» Misalnya, data pada gulungan pita.

·         Direct access

» Data memiliki alamat unik.

» Akses dilakukan dengan kombinasi gerakan ke area umum, setelah itu diikuti dengan akses secara sekuensial atau berutan sampai diperoleh data yang diinginkan. 

» Misalnya: disk drives

·         Associative access

» Merupakan variasi dari Random Access Memory.

» Tetapi data diakses berdasarkan isinya, bukan lokasi aktualnya.

» Data dicari secara paralel untuk mendapatkan data dengan pola tertentu.

» Seluruh isi memori dicari secara paralel tanpa memperdulikan ukurannya.

   Sehingga sangat cepat untuk ukuran memori yang besar.

» Harga per-bit 5 – 10 kali dari normal RAM.

» Misalnya, pada cache memori. Yaitu memori yang terletak di antara prosesor  

   dan main memori seperti RAM dan ROM.

Dasar hirarki memori adalah :

–      Register, terdapat dalam prosesor untuk penyimpanan data sementara yang sangat kecil tetapi sangat cepat.

–      Memori, terletak di luar prosesor. Jauh lebih besar dari register tetapi sedikit lebih lambat.

–      Storage, tempat penyimpanan yang bersifat permanen. Sangat besar dibandingkan memori, tetapi sangat lambat.

–      Terdiri dari beberapa level komponen memori.

–      Setiap level memiliki ukuran, waktu akses dan biaya per bit masing-masing.

–      Makin ke bawah letak level, makin besar kapasitas, makin lambat waktu akses, tetapi makin murah biaya per bitnya.

Tujuan hirarki memori ini adalah agar kecepatan tempat penyimpanan data sesuai dengan sering tidaknya prosesor mengaksesnya. Makin sering diakses prosesor, makin cepat waktu aksesnya, tetapi makin kecil ukurannya, karena makin mahal biaya per bitnya.

Hirarki memori dianggap efektif karena kecenderungan berkumpul (locality of reference) pada instruksi maupun data.

o    Referensi memori yang dibuat oleh prosesor cenderung berkumpul pada cluster, yaitu:

       » Instruction loops, subroutines

       » Data arrays, tables

o    Letakkan cluster ini pada memori kecepatan tinggi untuk mengurangi waktu tunda rata-rata ketika mengakses data atau instruksi.

o    Dengan berjalannya waktu, cluster yang sedang diakses akan berganti, memori management harus menangani hal ini, mengganti cluster dengan cluster berikutnya.

Misalnya, 2 level sistem memori, level pertama memiliki waktu akses 1 ms, sedangkan level kedua memiliki waktu akses 10 ms. Maka waktu akses rata-rata berbanding lurus dengan banyaknya keterlibatan memori pada level pertama.

Jenis-jenis Memori

Terdapat beberapa jenis memori, yaitu:

1.         Core memory

Jenis memori digunakan pada komputer generasi kedua dan ketiga. Memori tersusun dari inti magnet atau toroida yang digunakan untuk menyimpan logika ‘1’ atau ‘0’ dengan menginduksikan medan listrik padanya. Diperlukan 1 buah core atau toroida untuk setiap bit. Core memory memerlukan kabel pengindera untuk menentukan alamat setiap inti atau core. Sistem pembacaan menggunakan asas Destructive readout, dimana pembacaan menyebabkan kerusakan data, sehingga setiap pembacaan harus diiringi penulisan ulang. Secara keseluruhan dapat dikatakan bahwa jenis ini merupakan jenis yang kuno. Tahun 1970-an core memory telah digantikan oleh memori semikonduktor.

2. Semiconductor memory, Typically random access

Terdapat 2 (dua) jenis memori semikonduktur, yaitu: RAM (Random Access Memory) dan ROM (Read Only Memory).

            Pada RAM terdapat dua tipe, yaitu Dynamic RAM dan Static RAM. Pada Dynamic RAM sel penyimpanan berupa transistor yang berperan sebagai kapasitor. Kehilangan muatan pada kapasitor karena berjalannya waktu menyebabkan perubahan data dari ‘1’ ke ‘0’. Sehingga sel harus disegarkan secara periodik untuk menghindari kekacauan data. Sedangkan pada Static RAM, memori berupa deretan flip-flop (array of flip-flop) dengan 1 sel data untuk setiap flip-flop. Sehingga harus menggunakan 5 sampai 10 kali lebih banyak transistor dibandingkan dengan Dynamic RAM. Tetapi selain data awet, tidak perlu refresh, waktu aksesnya juga lebih cepat.

Pada ROM tempat penyimpanan memori bersifat permanen. Karakter utama memori ini adalah non-volatile, dimana keberadaan data tidak bergantung pada energi listrik. Pada ROM yang asal, data memori disolder (wire in) pada saat pembuatan chip di pabrik. ROM dijual dengan ukuran 10Kbit atau lebih. Setelah itu, muncul teknologi PROM (Programmable ROM), dimana data tidak ditulis oleh pabrik, tetapi oleh user. Pada tipe ini, sekali dittulis data tidak bisa dihapus atau diganti. Jenis ini cocok untuk industri kecil. Kemudian, berkembang lagi teknolog EPROM (Erasable PROM). Pada jenis ini, selain dapat diprogram oleh user data juga dapat dihapus atau diprogram ulang. Penghapusan data total dengan sinar ultra violet.

Tak lama berselang, muncul kembali tipe baru dari ROM, yaitu EEPROM (Electrically EPROM). Pada tipe ini, data dapat ditulis berulang kali ketika komputer dalam keadaan running, tanpa perlu menghapusnya terlebih dahulu. Setiap byte penulisan memerlukan sekitar beberapa ratus mikrodetik. Tipe ini cocok dipakai pada sistem untuk pengembangan, data pribadi atau tugas lain yang memerlukan penyimpanan informasi yang unik. Terkkhir, telah dipasarkan jenis ROM yang baru, yaitu Flash Memory. Mirip dengan EEPROM, tetapi dengan metode penghapusan yang lebih cepat, block erasures dan kapasitasnya lebih padat dari EEPROM.

3. Organization Memory

Pada orgaization memory, setiap chipnya mengandung sejumlah 1-bit sel. Satu, empat, dan 16 juta sel pada setiap chip adalah jumlah yang lazim. Sel tersebut dapat disusun dalam satu kolom, misalnya 4M x 1 atau beberapa bit per lokasi, misalnya 1M x 4. Untuk menghemat jumlah pin, seringkali jalur alamat dipakai bersama dengan jalur data secara bergantian. Tetapi akibatnya operasi baca/tulis menjadi lebih lambat. Pin kendali yang lazim digunakan antara lain, W (write) dan OE (Output Enable) untuk operasi pembacaan. Untuk penyambungan ke share BUS, digunakan CS (Chip Select) yang merupakan turunan RAS dan CAS (Row and Column Address Select).

4. Peningkatan mutu memori, DRAM

Sejak 1970, rancangan dasar DRAM tidak banyak berubah. Kemudian cache diperkenalkan untuk meningkatkan batas unjuk kerja.

·           Enhanced DRAM.

Penambahan cache berupa 1-line cepat SRAM ke DRAM. Pembacaan berurutan pada line yang sama dilakukan dalam SRAM yang tentu saja lebih cepatan dari DRAM.

·           Cache RAM

Menggunakan cache SRAM yang lebih besar sebagai multi-line cache. Menggunakannya sebagai buffer untuk aliran data serial dalam operasi block transfer. 

5. Error Correction

Memori memiliki beberapa sumber kesalahan / error, di antaranya :

·           Hard (permanent) errors

–      Kekacauan dari lingkungan sekitar

–      Cacat fabrikasi

–      Salah pakai

·                     Soft (transient) errors. Atau error sementara

–      Power supply problems

–      Alpha particles. Terkait dengan masalah penyusutan ukuran. Perlu disediakan sistem deteksi atau bahkan koreksi error, karena

–      Peningkatan lebar bit per lokasi memori.

–      Penambahan parity bit pada setiap lokasi

–      Jumlah parity bit yang dibutuhkan bergantung pada tingkatan deteksi dan koreksi yang dibutuhkan.

Sebuah sistem komputer memiliki berbagai jenis memori yang memiliki kinerja,

kapasitas dan kecepatan berbeda sesuai dengan tingkat hirarkinya. Memori yang memiliki

hirarki yang paling atas, memiliki tingkat kecepatan yang paling tinggi tetapi memiliki kapasitas

(kemampuan menyimpan data) paling rendah.

Sesuai tingkat hirarkinya dibedakan sebagai berikut :

1. Register

2. Cache Memory (Static RAM)

a. Internal Cache

b. External Cache

3. Memori Utama (Dynamic RAM)

4. Memory Sekunder

a. Magnetic Disk

b. Optical Disk

c. Magnetic Tape

1. Register

Register merupakan memori dengan hirarki yang paling tinggi. Berada dalam chip sebuah

processor dan merupakan bagian integral dari processor itu sendiri. Register merupakan

memori dengan kemampuan proses paling cepat, dimana proses baca dan tulis dilakukan

dalam satu siklus detik.

2. Cache Memory

Cache memiliki kapasitas kecil tetapi berkecepatan tinggi dan dipasang di antara

processor dan memori utama. Memori ini dibuat dengan latar belakang oleh adanya

perbedaan kecepatan operasi antara processor dan memori utama yang bisa menjadi

kendala bagi dicapainya efisiensi kerja sistem komputer.

Disebut static karena terbuat dari bahan yang sifatnya statis. Penggunaan bahan

statis menyebabkan memori cache dapat melakukan proses dengan sangat cepat, tetapi

IT233-Organisasi dan Arsitektur Komputer Pertemuan 4

dengan harga yang mahal. Dan juga merupakan bahan yang cepat panas sehingga tidak

tepat jika digunakan dalam jumlah besar.

Ditinjau dari lokasi pemasangannya, memori cache terdiri dari :

 Internal Cache (on-chip). Merupakan memori cache yang dipasang langsung dalam

sebuah processor

 External Cache. Memori ini memiliki kapasitas yang lebih besar dan ditempatkan di

luar chip processor.

3. Memori Utama

Memori utama dibuat dari bahan yang bersifat dinamis sehingga juga disebut sebagai

Dynamic RAM. Harganya lebih murah, tidak cepat panas tetapi proses yang dilakukannya

tidak secepat memori statis. Lebih dikenal dengan RAM (Random Access Memory).

Disebut sebagai memory utama karena berhubungan langsung dengan processor

dalam menyediakan program dan data yang dibutuhkan.

4. Memori Sekunder

Menyediakan media penyimpanan sekunder dalam jangka waktu lama untuk

program dan data yang kadang dibutuhkan, tetapi tidak secara aktif (biasanya terdiri dari

unit disk yang terhubung secara elektronik ke sistem).

MEMORI UTAMA

Memori utama bersifat volatile (sementara) dimana hanya menyimpan data dan

program selama komputer hidup (memiliki power/daya listrik).

Cara kerja memori utama :

1. Memori utama mengambil data dan program dari memori sekunder (hardisk, dll)

untuk diolah (data dan program yang diambil tersebut adalah data dan program copyan).

2. Sementara diolah, data dan program yang asli masih utuh dalam memori sekunder.

CPU mengeksekusi data dan program dari RAM. Jika ingin menyimpan secara

permanen maka perubahan data dan program itu dikirim kembali ke memori sekunder

(save file to disk).

Satuan dan Pengalamatan Memory

Informasi digital dapat disimpan dengan membedakan nilai-nilai tertentu seperti

voltase atau arus. Bit adalah satuan pokok dari memori yang dapat berisi hanya sebuah

angka 0 dan 1.

Bit berkumpul membentuk byte (8 bit sama dengan 1 byte), sedangkan byte berkumpul membentuk word. Sebagai contoh komputer dengan word 32 bit, berarti memiliki 4 byte/word.

 Jumlah bit yang dapat diakses dalam satu siklus memori disebut sebagai memory width atau memory word length. Pada komputer modern, memory word biasanya berupa angka integer dengan panjang dalam byte.

             

Memory Address

 Memory terdiri dari sejumlah cell yang dapat menyimpan sepotong informasi. Setiap cell menyimpan sebuah angka yang disebut alamat. Jika sebuah memory memiliki n cell,

maka memory tersebut akan memiliki alamat 0 sampai dengan n-1.

Pengaturan Byte dalam Memory

Ada dua cara pengaturan byte dalam sebuah memori yaitu :

1.      Big Endian

Merupakan sistem penomoran memory komputer yang dimulai dari ujung terbesar ke ujung terkecil.

2.      Little Endian

Merupakan sistem penomoran memory komputer yang dimulai dari ujung terkecil ke ujung terbesar. 

Stuktur Memory Utama 

Pada gambar diatas, terlihat bahwa didalam memori utama terdapat beberapa unit penting yaitu :

•      MDR (Memory Data Register)

Merupakan unit yang digunakan untuk menampung data yang dipilih dan untuk diteruskan ke processor.

•      MAR (Memory Address Register)

Merupakan unit yang digunakan untuk menampung alamat memori yang dikirim dari processor.

•      Pemilih fungsi Read/Write

Merupakan unit yang memberikan perintah input (write) dan output (read) kepada elemen memori lainnya.

Urutan pembacaan data di dalam memori utama

1.      Program counter di dalam processor mengirimkan alamat ke memori utama.

2.      Alamat data yang dikirim dari program counter processor pada memori utama diterima oleh MAR.

3.      Setelah alamat berada di dalam MAR, kemudian ditranslasikan ke dalam isyarat pilih yang akan meng-enable elemen memori yang diinginkan. Penerjemahan dilakukan dengan menggunakan rangkaian dekoder.

4.      Setelah alamat yang diinginkan dicari dan ditemukan di dalam memori utama, kemudian data atau program yang ada didalamnya di copy ke dalam MDR.

5.      Data atau program yang telah ditemukan tersebut dikirim ke processor melalui MDR.

Berbagai Jenis Memori Utama

 Memori utama (RAM), berdasarkan teknologi yang dimilikinya dikelompokan menjadi beberapa tipe, yaitu :

1.      SIMM (Single in-line Memory Module)

2.      DIMM (Dual in-line Memory Module)

3.      RIMM (Rambus in-line Memory Module)

             

SIMM (Single in-line Memory Module)             

Mempunyai ukuran 30 atau 72 pin. Memori 30 pin digunakan untuk PC jenis 80286 sampai 80486 dan beroperasi pada 16 bit.

Memory 72 pin banyak digunakan untuk PC jenis pentium dan beroperasi pada 32 bit. Memiliki satuan kecepatan nano second seperti 80ns, 70ns, 60ns, dll. Semakin kecil nilainya maka lebih cepat.

             Beberapa jenis RAM yang menggunakan tipe SIMM  FPM (Fast Page Memory)

-     Model memory yang paling lama, digunakan oleh generasi 486 atau sebelumnya.

-     Menggunakan teknik paging untuk mengakses alamat dari suatu memori

-     Paging adalah skema sederhana yang membagi memory ke dalam halaman dengan range antara 512 byte s/d sekian kilo byte untuk meningkatkan performa memory.

-     FPM dapat muncul dalam bentuk SIMM atau DIMM  DRAM (Dynamic RAM)

-     DRAM menyimpan bit di dalam suatu sel penyimpanan (storage cell) sebagai suatu electrical charge yang harus disegarkan kembali (refresh) beratus-ratus kali setiap saat untuk meneruskan proses.  EDO RAM (Extended Data-Out RAM)

-     Ditemukan tahun 1995 untuk sistem pentium dan merupakan bentuk FPM yang telah dimodifikasi (HPM).

-     Memori jenis ini tidak lagi digunakan untuk komputer yang baru.

-     Biasanya muncul dalam bentuk SIMM 72 pin.

-     Untuk dapat menggunakan EDO, chipset motherboard harus mendukung memori EDO.

DIMM (Dual in-line Memory Module)

 Mempunyai ukuran 168 pin, kedua belah modul memori ini aktif dan setiap permukaan 84 pin. DIMM mendukung 64 bit data.

Beberapa jenis RAM yang menggunakan tipe DIMM

 SDRAM (Synchronous DRAM)

-     Merupakan pengganti DRAM, FPM dan EDO.

-     SDRAM melakukan pengaturan memori supaya sama dengan CPU clock untuk pemindahan data yang lebih cepat.

-     Terdapat dua kecepatan yaitu 100 MHz (PC100) dan 133 MHz (PC133).

-     SDRAM merupakan tipe DRAM yang mengirim data dengan burst yang sangat tinggi, serta menggunakan interface high speed dan clocked.  DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

-     Merupakan desain pengembangan SDRAM standart dimana data transfer dua kali lebih cepat.

-     Terdapat di dalam 3 kecepatan yaitu 266MHz, 333MHz dan 400MHz dan mempunyai 184 pin.

             

RIMM (Rambus in line Memory Module)

 Mempunyai ukuran 184, 232 dan 326 pin. Masing-masing versi dipasang dalam konektor yang ukurannya sama. Contohnya DR DRAM (Direct Rambus DRAM) dulu dikenali sebagai RDRAM.

 DR RAM adalah dari jenis SDRAM yang dibangunkan oleh Rambus. DR DRAM digunakan untuk CPU dari intel yang berkemampuan tinggi.

 Juga dikenali sebagai PC800 yang berkecepatan 400 MHz. beroperasi dalam bentuk 16 bit bukan 64 bit. Pada perkembangannya kini terdapat DR DRAM yang berkelajuan 1066MHz.