ARSITEKTUR DAN ORGANISASI KOMPUTER Aditya Wikan Mahastama mahas@ukdw.ac.id External Memory 4 UNIV KRISTEN DUTA WACANA GENAP 1213
Jenis-jenis External Memory Magnetic Disk Hard Disk Floppy Disk Optical CD-ROM CD-Recordable (CD-R) CD-R/W DVD Magnetic Tape Flash ROM Disk Flash Disk SSD Memory Card
Magnetic Disk Terbuat dari substrat (bahan dasar) disk yang dilapisi oleh material yang bisa dimagnetisasi (magnetizable), contoh besi oksida bisa berkarat Hard Disk: substrat dari zat yang keras Floppy Disk: substrat dari zat yang tipis dan lentur
Magnetic Disk Hard Disk Substrat dahulu terbuat dari aluminium Sekarang terbuat dari gelas (kaca) Meningkatkan keseragaman permukaan Logam cenderung tidak seragam waktu dibuat kaca lebih handal Mengurangi cacat permukaan Berarti mengurangi kesalahan pembacaan/penulisan Lower flight heights (jarak antara head dg piringan lebih kecil) Lebih kaku (tidak bisa bengkok & lebih padat) Lebih tahan terhadap guncangan
Mekanisme Baca-Tulis Magnetic Disk Perekaman dan pembacaan lewat koil konduktif yg disebut head Bisa berupa sebuah head kombinasi read+write atau terpisah sendiri2 (head read dan head write) Selama proses pembacaan/penulisan, head diam pada suatu titik tertentu di permukaan media Proses Tulis/Write Data dialirkan sebagai arus ke koil (head) Arus pada koil memproduksi medan magnet, diinduksikan permukaan media rekam Pola magnetik terekam pada permukaan di bawah head
Mekanisme Baca-Tulis Magnetic Disk Proses Baca/Read (tradisional) Pada permukaan media rekam, medan magnet yang bergerak relatif terhadap koil menghasilkan arus Arus dibaca sebagai data Satu koil untuk proses baca/tulis Proses Baca/Read (sekarang) Head untuk baca terpisah, ditempatkan di dekat head untuk menulis Menggunakan partially shielded magneto resistive (MR) sensor untuk membaca Data diambil dari besar tahanan elektronik yang ditentukan oleh arah medan magnet Memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi
Inductive Write, MR Read
Organisasi (Penataan) Data pada Disk Berupa cincin-cincin konsentrik (tracks) Ada sedikit jarak (gap) antar track Ukuran gap dapat dikurangi untuk menambah kapasitas Jumlah bit per track sama (variable packing density kepadatan data berbeda2 tiap tracknya) Biasanya menggunakan sistem Constant angular velocity (CAV) Tracks dibagi lagi menjadi sectors Ukuran minimum satu blok adalah satu sector Satu block bisa terdiri dari lebih dari satu sector
Penataan Data pada Disk
Masalah Disk Velocity (Kecepatan Perputaran Disk) Bit pada pusat disk akan bergerak dengan kecepatan lebih lambat daripada bit pada pinggiran disk Diatasi dengan memberi jarak antar bit yang berbeda untuk tiap tracknya Putarkan disk pada kecepatan sudut yang konstan / constant angular velocity (CAV) Menghasilkan track konsentrik dan sektor berbentuk pie Masing2 track dan sector bisa diberi alamat Gerakkan head ke track yang dituju dan tunggu lewatnya sector yang diinginkan Sisi negatif: banyak ruang terbuang pada sisi luar disk Kepadatan data rendah
Diagram u/ Metode Penataan Disk Dapat menggunakan zone utk menambah kapasitas - Tiap zone punya kepadatan bit yang sama - Tapi penanganannya lebih kompleks
Kalau organisasi data sudah diatur secara fisik, apa gunanya Format? Untuk menentukan dari sector dan track mana mulai dibaca (track 0 sector 0) Memberikan pengalamatan digital bagi tiap sector dan track, sehingga sistem operasi lebih mudah untuk mengaksesnya Format mempersiapkan metode pengalamatan sesuai dengan jenis filesystem yang dipakai SO (FAT, FAT-32, NTFS, EXT2 EXT3 dsb)
Karakteristik Disk Fixed (rare) atau movable head Removable atau fixed disk Single atau double sided Single platter atau multiple platter Mekanisme head: Contact (Floppy) Fixed gap (Hard disk lama) Flying (Winchester Hard Disk)
Fixed/Movable Head Disk Fixed head Satu read write head per track (masing-masing track punya satu head) Head terpasang pada lengan yang tak bergerak Movable head Cukup satu read write head untuk satu permukaan Head terpasang pada lengan yang bisa bergerak dari satu track ke trak lainnya
Removable atau tidak Removable disk Disk dapat dilepas dari drive dan digantikan oleh disk lain Kapasitas penyimpanan tidak terbatas (disk-nya bisa diganti terus menerus kalau sudah penuh) Mudah ditransfer ke sistem (komputer) lain Nonremovable disk / Fixed disk Disk terpasang secara permanen pada drive
Multiple Platters (Banyak Piringan) Satu head per permukaan piringan (disk side) Heads saling tersambung dan sejajar Track yang sejajar antar piringan disebut cylinder Data ditata berdasarkan cylinder Mengurangi gerak head dibanding single platter Transfer rate (kecepatan) meningkat
Multiple Platters
Cylinders
Floppy Disk Substrat dari plastik, removable Contact Head head menyentuh piringan, seperti tape recorder ukuran 8, 5.25, 3.5 Kapasitas Kecil Sampai 1.44Mbyte (2.88M ada, tetapi tidak pernah popular) Murah tetapi lambat Universal (Dulu) tiap komputer pasti punya drive floppy Telah tergantikan oleh UFD (USB Flash Drive)
Winchester Hard Disk Dikembangkan oleh IBM di Winchester (USA) Sealed unit disk tersegel kedap udara didalam drive Satu atau lebih piringan (disks) Heads terbang, terangkat oleh lapisan udara tipis saat disk berputar gap head ke disk sangat kecil Kapasitas besar sudah sampai 1.8 TB (Sekarang) Universal Hard disk yang kita gunakan sekarang juga semakin murah.
Mengukur Kecepatan Seek time Menggerakkan head ke track yang dituju (Rotational) latency Menunggu (piringan) data berputar sampai ke bawah head Access time = Seek + Latency Transfer rate: kecepatan transfer, ditentukan oleh lebar bus penghubung dan ada tidaknya internal disk cache
Timing of Disk I/O Transfer
RAID Hard Disks Redundant Array of Independent Disks Ada 6 level (jenis) RAID berupa satu set piringan fisik yang dilihat sebagai satu logical drive oleh SO Satu strip (isinya beberapa blok) data disebarkan ke beberapa piringan fisik mirip bit per chip, namun ini a few bits per disk Bisa menggunakan kapasitas piringan redundan untuk menyimpan salinan data dan informasi parity
Data Mapping untuk RAID 0
Optical Storage: CD-ROM Aslinya, hanya untuk audio 650Mbytes data, kurang lebih 70 menit audio Substrat dari polikarbonat dilapisi dengan highly reflective coat (lapisan berdaya pantul tinggi), biasanya aluminium Data disimpan sebagai cekungan Dibaca melalui pantulan laser Kepadatan bit sama setiap sectornya Constant linear velocity (tidak zoned tapi spiral, sector 0 mulai dari tengah)
Operasi pada CD
Kecepatan CD-ROM Drive Audio: single speed Constant linear velocity: 1.2 ms -1 Track (spiral) panjangnya 5.27km Track menghasilkan 4391 detik = 73.2 menit Kecepatan yang lain adalah kelipatan CLV tersebut, misal 24x Kecepatan yang tertera adalah maksimum, tidak selalu beroperasi pada keceptan tsb.
Mode 0=blank data field Mode 1=2048 byte data+error correction Mode 2=2336 byte data tanpa error correction
Perhatian: Khusus CD! Meskipun punya nomor sector, dan bisa dibaca secara melompat-lompat, tapi pada saat MENULIS, CD hanya bisa ditulis secara SEQUENTIAL. Mulai dari pusat (sector 0) ke pinggir.
Optical Storage Lainnya CD-Recordable (CD-R) WORM (Write once read many) Sekarang sangat terjangkau harganya dan bisa dibaca CD-ROM drive biasa CD-RW Bisa dihapus (meskipun ada batasnya) Semakin murah dan semakin kompatibel dengan CD-ROM drive biasa Menggunakan Phase change Material memantulkan hal yang berbeda pada kondisi fase yang berbeda
Teknologi DVD (Tadinya) hanya untuk video pengganti LD yang mahal Digital Video Disk Multi-layer (bisa beberapa lapis material) Kapasitas sangat besar (4.7G per layer) Satu film bisa masuk ke dalam satu CD saja dengan kualitas bagus Dapat dikunci - Film membawa kode regional, yang menyebabkan hanya bisa dimainkan pada region yang tepat carry regional coding
DVD Writable Kemunculannya membuat penggunaannya nyasar ke komputer, seperti CD dahulu Mengubah singkatan menjadi Digital Versatile Disk Kapasitas mulai 3.8G-4.7G dan sekarang sudah semakin murah Drive DVD-RW pun mulai murah dan sangat terjangkau
CD dan DVD secara Fisik
Magnetic Tape Akses sequential Lambat Tapi murah Sekarang hanya digunakan sebagai backup dan pengarsipan data Contoh mutakhir: DAT
Digital Audio Tape (DAT) Menggunakan rotating head (seperti VHS) Kapasitas besar pada tape yang kecil 4Gbyte uncompressed 8Gbyte compressed Digunakan sebagai backup data PC/network servers