ORGANISASI KOMPUTER Memori

1 ORGANISASI KOMPUTER Memori STMIK Himsya Tegal imambukhari.weebly.com 2 STMIK Himsya Tegal Memori? Memori adalah bagian dari komputer tempat program program dan data data disimpan. Istilah store atau storage untuk memori, meskipun kata storage sering digunakan untuk menunjuk ke penyimpanan disket. Tempat informasi, dibaca dan ditulis Aneka ragam jenis, teknologi, organisasi, unjuk kerja dan harganya 1

3 STMIK Himsya Tegal Memori Internal dan External Memori internal adalah memori yang dapat diakses langsun oleh prosesor register yang terdapat di dalam prosesor, cache memori dan memori utama berada di luar prosesor. Memori eksternal adalah memori yang diakses prosesor melalui piranti I/ O disket dan hardisk. 4 STMIK Himsya Tegal Operasi Sel Memori Elemen dasar memori Sel memori memiliki sifat sifat tertentu 2

5 STMIK Himsya Tegal Sifat Sel Memori Sel memori memiliki dua keadaan stabil (atau semi-stabil), yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 1 atau 0. Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi (sedikitnya satu kali). Sel memori mempunyai kemampuan untuk dibaca. 6 STMIK Himsya Tegal Terminal Fungsi sel memori 3

7 STMIK Himsya Tegal Karekteristik Sistem Memori Lokasi Kapasitas Satuan Transfer Metode Akses Kinerja Tipe Fisik Karakteristik Fisik Organisasi 8 STMIK Himsya Tegal Lokasi Memori Register berada di dalam chip prosesor diakses lan sun oleh prosesor dalam menjalankan operasinya. register digunakan sebagai memori sementara dalam perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor 4

9 STMIK Himsya Tegal Lokasi Memori Memori internal Berada diluar chip prosesor Mengaksesannya langsun oleh prosesor. Dibedakan menjadi memori utama dan cache memori Memori eksternal Diakses oleh prosesor melalui piranti I/ O Dapat berupa disk maupun pita. 10 STMIK Himsya Tegal Kapasitas Memori Kapasitas memori internal maupun eksternal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word Panjang word umumnya 8, 16, 32 bit. Memori eksternal biasanya lebih besar kapasitasnya daripada memori internal, hal ini disebabkan karena teknologi dan sifat penggunaannya yang berbeda 5

11 STMIK Himsya Tegal Satuan Transfer Memori internal Satuan transfer sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori. Jumlah saluran ini sering kali sama dengan panjang word, tapi dimungkinkan juga tidak sama 12 STMIK Himsya Tegal Konsep Satuan Transfer Word, merupakan satuan alami organisasi memori. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi. Addressable units, pada sejumlah sistem, adressable units adalah word. Namun terdapat sistem dengan pengalamatan pada tingkatan byte. Pada semua kasus hubungan antara panjang A suatu alamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A =N. Unit of tranfer, adalah jumlah bit yang dibaca atau dituliskan ke dalam memori pada suatu saat. Pada memori eksternal, tranfer data biasanya lebih besar dari suatu word, yang disebut dengan block. 6

13 Metode Akses(1) Sequential access Memori dior anisasi menjadi unit unit data yang disebut record. Akses harus dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Informasi pengalamatan yang disimpan dipakai untuk memisahkan record record dan untuk membantu proses pencarian. Terdapat shared read/write mechanism untuk penulisan/ pembacaan memorinya. Pita magnetik merupakan memori yang menggunakan metode sequential access. 14 Metode Akses(2) Direct access Sama sequential access terdapat shared read/write mechanism. Setiap blok dan record memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Disk adalah memori direct access 7

15 Metode Akses(3) Random access Setiap lokasi memori dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara lan sung. Contohnya adalah memori utama Associative access Jenis random akses yang memungkinkan pembandingan lokasi bit yang diinginkan untuk pencocokan. Data dicari berdasarkan isinya bukan alamatnya dalam memori. Contoh : memori ini adalah cache memori 16 Parameter utama unjuk kerja(1) Access time Bagi random access memory, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis. Memori non- random akses merupakan waktu yang dibutuhkan dalam melakukan mekanisme baca atau tulis pada lokasi tertentu 8

17 Parameter utama unjuk kerja(2) Memory cycle time Konsep ini di unakan pada random access memory Terdiri dari access time ditambah dengan waktu yang diperlukan transient agar hilang pada saluran sinyal Parameter utama unjuk kerja(3) Transfer rate Kecepatan data transfer ke unit memori atau dari unit memori. 1.Random access memory sama dengan 1/(cycle time). 2. Non-random access memory dengan perumusan : TN = TA + (N/R) Keterangan : TN = waktu rata rata untuk membaca atau menulis N bit TA = waktu akses rata rata N = jumlah bit R = kecepatan transfer dalam bit per detik (bps) 18 9

19 Fisik Media penyimpanan volatile dan non-volatile Volatile memory, informasi akan hilang apabila daya listriknya dimatikan Non-volatile memory tidak hilang walau daya listriknya hilang. Memori permukaan magnetik adalah contoh non-volatile memory, sedangkan semikonduktor ada yang volatile dan non-volatile. Media erasable dan nonerasable. Ada jenis memori semikonduktor yang tidak bisa dihapus kecuali dengan menghancurkan unit storage-nya, memori ini dikenal dengan ROM (Read Only Memory). 20 Keandalan Memori Berapa banyak? Berapa cepat? Berapa mahal? 10

21 Keandalan Memori Berapa banyak? Sesuatu yang sulit dijawab, karena berapapun kapasitas memori tentu aplikasi akan menggunakannya. Berapa cepat? Memori harus mempu mengikuti kecepatan CPU sehinga terjadi sinkronisasi kerja antar CPU dan memori tanpa adanya waktu tunggu karena komponen lain belum selesai prosesnya. Berapa mahal? Relatif. Bagi produsen selalu mencari harga produksi paling murah tanpa mengorbankan kualitasnya untuk memiliki daya saing di pasaran 22 Hubungan harga, kapasitas dan waktu akses Semakin kecil waktu akses, semakin besar harga per bitnya Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bitnya Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu aksesnya 11

23 Problem? Kapasitas memori yang besar karena harga per bit yang murah namun hal itu dibatasi oleh teknologi dalam memperoleh waktu akses yang cepat 24 Hirarki Memori Menurunnya hirarki mengakibatkan : Penurunan harga / bit Peningkatan kapasitas Peningkatan waktu akses Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU 12

25 Hirarki Memori (2) Kunci keberhasilan hirarki ini pada penurunan frekuensi aksesnya Semakin lambat memori maka keperluan CPU untuk men aksesnya semakin sedikit Secara keseluruhan sistem komputer akan tetap cepat namun kebutuhan kapasitas memori besar terpenuhi 26 Hirarki Memori 13

Tabel Spesifikasi Memori Tipe Memori Teknologi Ukuran Waktu Akses Cache Memori Memori Utama Disk Magnetik Semikonduktor RAM Semikonduktor RAM 128 512 KB 10 ns 4 128 MB 50 ns Hard Disk Gigabyte 10ms, 50MB/sec Disk Optic CD-ROM Gigabyte 300ms,600 KB/sec Pita Magnetik Tape 100 MB Det mnt,10 MB/mnt 27 28 Satuan Memori Satuan pokok memori adalah digit biner, yang disebut bit Bit dapat berisi sebuah angka 0 atau 1. Memori juga dinyatakan dalam byte 1 byte = 8 bit Kumpulan byte dinyatakan dalam word. Panjang word yang umum adalah 8, 16, dan 32 bit. 14

29 Tingkatan Satuan Memori 30 Memori Utama Pada komputer lama, bentuk umum random access memory untuk memori utama adalah sebuah piringan ferromagnetik berlubang yang dikenal sebagai core, istilah yang tetap dipertahankan hingga saat ini. 15

31 Jenis Memori Random Akses Random akses, yaitu data secara langsun diakses melalui logik pengalamatan wired-in Dimungkinkannya pembacaan dan penulisan data ke memori secara cepat dan mudah Volatile RAM : menyimpan data sementara 32 Jenis Memori Random Akses (2) RAM dinamik disusun oleh sel sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor Kapasitor memiliki kecenderungan alami untuk mengosongkan muatan, maka RAM dinamik memerlukan pengisian muatan listrik secara periodik untuk memelihara penyimpanan data Biasanya untuk operasi data besar 16

33 Jenis Memori Random Akses (3) RAM statik : nilai biner disimpan dengan menggunakan konfigurasi gate logka flipflop tradisional Menyimpan data selama ada daya listriknya Lebih cepat dibandin RAM dinamik Perkembangan RAM Tahun 1987 Teknologi : FPM (Fast Page Mode) Sering disebut DRAM (Dynamic Random Access Memory) Menggunakan modul memori SIMM (Single Inline Memory Module) 30 pin dan SIMM 72 pin Kecepatan : 50 ns 34 17

35 Perkembangan RAM (2) Tahun 1995 Teknologi : EDO (Extended Data Out) Mirip FPM, tapi lebih cepat dengan cara mengurangi beberapa langkah proses pengalamatan (addressing). Mengijinkan CPU mengakses memori 10% hingga 15% jika dibandingkan dengan FPM. Kecepatan : 50 ns 36 Perkembangan RAM (3) Tahun 1997 Teknologi : PC66 SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Kecepatan : 66 MHz Tahun 1998 Teknologi : PC100 SDRAM Kecepatan : 100 MHz 18

Perkembangan RAM (4) Tahun 1999 Teknologi : RDRAM (Rambus DRAM) Kecepatan : 800 MHz Sering dipergunakan untuk grafik Memiliki heat spreader Teknologinya kurang berkembang 37 38 Perkembangan RAM (5) Tahun 1999/2000 Teknologi : PC133 SDRAM Kecepatan : 133 MHz Tahun 2000 Teknologi : DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) Kecepatan : 266 MHz Modul memori : Dual Inline Memory Module (DIMM) 19

Perkembangan RAM (6) Tahun 2001 Teknologi : DDR SDRAM Kecepatan : 333 MHz Tahun 2002 Teknologi : DDR SDRAM Kecepatan : 434 MHz 39 Perkembangan RAM (7) Tahun 2003 Teknologi : DDR SDRAM Kecepatan : 500 MHz Tahun 2004 Teknologi : DDR2 SDRAM Kecepatan : 333 MHz 40 20

Perbandingan Tipe RAM : DIP SIPP SIMM 30 pin SIMM 72 pin SDRAM DDR SDRAM 41 42 ROM ROM : Read Only Memory Sangat berbeda dengan RAM Data Permanen, tidak bisa diubah Keuntungannya untuk data yang permanen Kerugiaannya apabila ada kesalahan data atau adanya perubahan data sehingga perlu penyisipan penyisipan 21

43 PROM PROM : Programmable ROM non-volatile Tiga macam jenis : EPROM EEPROM flash memory 44 EEPROM EEPROM : electrically erasable programmable read only memory Memori yang dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya. EEPROM menggabungkan kelebihan nonvolatile dengan fleksibilitas dapat di- update 22

45 Koreksi Error Dalam melaksanakan fungsi penyimpanan, memori semikonduktor dimungkinkan mengalami kesalahan. Kesalahan berat yang biasanya merupakan kerusakan fisik memori Kesalahan ringan yang berhubungan data yang disimpan. Kesalahan ringan dapat dikoreksi kembali. Koreksi kesalahan data yang disimpan diperlukan dua mekanisme Mekanisme pendeteksian kesalahan Mekanisme perbaikan kesalahan 46 Cache Memori Mempercepat kerja memori sehingga mendekati kecepatan prosesor. Memori utama lebih besar kapasitasnya namun lambat operasinya, sedangkan cache memori berukuran kecil namun lebih cepat. Cache memori berisi salinan memori utama 23

47 Cache Memori Kapasitas kecil, kecepatan tinggi Terletak antara memori utama dan CPU Acapkali terletak dalam CPU atau module 48 Permasalahan pada ukuran Harga Cache makin besar, makin mahal Kecepatan Cache makin besar, akses makin cepat Cache makin besar, maka akan memperlambat proses operasi cache 24

49 Organisasi Cache Memori 50 Kapasitas Cache AMD mengeluarkan prosesor K5 dan K6 dengan cache yang besar (1MB, kinerjanya tidak bagus Intel mengeluarkan prosesor tanpa cache untuk alasan harga yang murah, yaitu seri Intel Celeron pada tahun 1998- an, kinerjanya sangat buruk terutama untuk operasi data besar, floating point, 3D Sejumlah penelitian telah menganjurkan bahwa ukuran cache antara 1KB dan 512KB akan lebih optimum 25

51 Cache Cache Internal : dalam chip Tidak memerlukan bus eksternal Waktu aksesnya akan cepat sekali Cache Eksternal : diluar chip Cache tingkat 2 (L2) Processor IBM 360/85 Comparison of Cache Sizes Type Mainframe Year of Introduction 1968 L1 cachea 16 to 32 KB L2 cache L3 cache PDP-11/70 Minicomputer 1975 1 KB VAX 11/780 Minicomputer 1978 16 KB IBM 3033 Mainframe 1978 64 KB IBM 3090 Mainframe 1985 128 to 256 KB Intel 80486 PC 1989 8 KB Pentium PC 1993 8 KB/8 KB 256 to 512 KB PowerPC 601 PC 1993 32 KB PowerPC 620 PC 1996 32 KB/32 KB PowerPC G4 PC/server 1999 32 KB/32 KB 256 KB to 1 MB 2 MB IBM S/390 G4 Mainframe 1997 32 KB 256 KB 2 MB IBM S/390 G6 Mainframe 1999 256 KB 8 MB Pentium 4 PC/serverHigh- 2000 8 KB/8 KB 256 KB IBM SP server/ 2000 64 KB/32 KB 8 MB supercompute CRAY MTAb Supercompute 2000 8 KB 2 MB r Itanium PC/server 2001 16 KB/16 KB 96 KB 4 MB SGI Origin High-end 2001 32 KB/32 KB 4 MB 2001 server Itanium 2 PC/server 2002 32 KB 256 KB 6 MB IBM POWER5 High-end 2003 64 KB 1.9 MB 36 MB server CRAY XD-1 Supercompute 2004 64 KB/64 KB 1MB r 52 26

Intel Cache Evolution 53 Processor on which Problem Solution feature first appears External memory slower than the system bus. Increased processor speed results in external bus becoming a bottleneck for cache access. Internal cache is rather small, due to limited space on chip Contention occurs when both the Instruction Prefetcher and the Execution Unit simultaneously require access to the cache. In that case, the Prefetcher is stalled while the Execution Unit s data access takes place. Add external cache using faster memory technology. Move external cache onchip, operating at the same speed as the processor. Add external L2 cache using faster technology than main memory Create separate data and instruction caches. 386 486 486 Pentium Increased processor speed results in external bus becoming a bottleneck for L2 cache access. Some applications deal with massive databases and must have rapid access to large amounts of data. The on-chip caches are too small. Create separate back-side bus that runs at higher speed than the main (frontside) external bus. The BSB is dedicated to the L2 cache.move L2 cache on to the Add external L3 cache. Pentium Pro Pentium II Pentium III Move L3 cache on-chip. Pentium 4 54 Pentium 4 Block Diagram 27