Memory

4.1 Sifat Sel Memory dan Fungsinya

o   Sel  memori  memiliki  dua  keadaan stabil  (atau semi-stabil), yang  dapat  digunakan untuk merepresentasikan bilangan biner 1 atau 0.

o   Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi (sedikitnya satu kali).

o   Sel memori mempunyai kemampuan untuk dibaca.

4.2 Karakteristik Memori Komputer

1.      Lokasi memori berada pada 3 lokasi, yaitu:

·         Memori Local atau sering disebut dengan register. Built-in berada dalam CPU, diperlukan untuk semua kegitan CPU.

·         Memori Internal atau sering disebut dengan memory primer atau memory utama. Berada diluar CPU bersifat internal pada system computer, diperlukan oleh CPU dalam proses eksekusi (operasi) program sehingga dapat diakses secara langsung oleh CPU tanpa melalui perantara.

·         Memori Eksternal atau sering disebut dengan memori sekunder. Bersifat eksternal dan berada di luar CPU, diperlukan dlam menyimpan data atau instruksi secara permanen, terdiri atas perangkat storage seperti: disk, pita magnetik, dll

2. Kapasitas Memory

·         Kapasitas register dinyatakan dalam bit.

·         Kapasitas memory internal dinyatakan dalam bentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word.

·         Kapasitas memori eksternal dinyatakan dalam byte.

3. Satuan Transfer

·         Memory Internal. Satuan transfer merupakan jumlah bit yang dibaca atau ditulis ke dalam memori pada suatu saat.

·         Memory Eksternal. Data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih besar dari word, yang dikenal dengan block.

4. Karakteristik Fisik

·         Volatile dan Non-volatile. Pada memory volatile informasi akan hilang bila listrik dimatika. Pada memory Non-volatile informasi akan tetap berada tanpa mengalami kerusakan sebelum dilakukan perubahan, memory ini daya listrik tidak diperlukan untuk mempertahankan informasi tersebut.

·         Erasable dan Non Erasable. Erasable artiny isi memory dapat dihapus dan diganti dengan informasi lain.

5. Organisasi

Organisasi dalah pengaturan bit dalam menyusun word secara fisik.

·         Hirarki Memory : Semakin kecil waktu access, semakin besar harga per bit. Semakin besar kapasitas, semakin keci harga per bit. Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu access

·         Untuk kinerja yang optimal, diperlukan kombinasi teknologi komponen memori.

-          Register. Jenis memori yang tercepat, terkecil, dan termahal yang merupakan memori internal bagi prosesor.

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

-          Cache. Perangkat untuk pergerakan data antara memori utama dan register prosesor untuk meningkatkan kinerja.

-          Ketiga bentuk meori di atas bersifat volatile dan memakai teknologi semikonduktor.

-          Magnetic Disk dan Magnetic Tape. Merupakan external memory dan bersifat non-volatile.

Semakin menurun hirarki, maka akan terjadi :

·         Penurunan harga per bit

·         Peningkatan kapasitas

·         Peningkatan waktu akses

·         Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.

·         Memori Semikonduktor

Ada beberapa memori semikonduktor, yaitu :

·         RAM (Random Access memory). RAM ini digunakan untuk memori yang berfungsi untuk membaca dan menuliskan data. RAM bisa menjalankan dua aktifitas sekaligus, yaitu menulis dari RAM dan membaca data dari RAM. Kebanyakan data memiliki tingkat ke stabilan yang kurang dan hal tersebut menandakan bahwa tenaga listrik yang masuklah yang mengatur jalannya konten pada RAM. Dan apabila sewaktu-waktu tenaga listrik terputus, maka secara otomatis data pada RAM akan hilang.

·         ROM (Read Only Memory). Sangat berbeda dengan RAM, data permanen dan tidak bisa diubah, keuntungannya untuk data yang permaen, kerugian bila terjadi kesalahan data atau adanya perubahan data sehingga diperlukan penyisipan.

·         PROM (Programmable ROM). Non-volatile, jenis PROM yaitu: EPROM, EEPROM, dan flash memory.

·         EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory). Dapat dihapus dengan menggunakan cahaya ultraviolet.

·         EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Memory dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya, menggambungkan kelebihan non-volatile dengan fleksibilitas dapat diupdate.

4.3 Konsep yang berhubungan dengan satuan transfer

•  Word. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi.

• Addressable units, pada sejumlah sistem, adressable units adalah word. 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.

4.4  Metode Access Memory

• Sequential access, memori diorganisasi menjadi unit - unit data yang disebut record. Terdapat  shared  read/write  mechanism  untuk  penulisan/pembacaan memorinya. Contoh : Pita magnetic.

• Direct access, sama sequential access terdapat shared read/write mechanism. Setiap blok dan record memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya. Contoh : Disk.

• Random access, setiap lokasi memori dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara langsung. Contoh : memori utama.

• Associative access,  data dicari berdasarkan isinya dan bukan alamatnya dalam memori. Contoh : cache memori.

4.5   Parameter Memory

• Access time, bagi RAM, waktu akses (access time) adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis. Bagi non RAM, waktu akses merupakan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan mekanisme baca atau tulis pada lokasi tertentu.

• Memory cycle time, konsep ini digunakan pada RAM dan terdiri dari access time ditambah dengan waktu yang diperlukan transient agar hilang pada saluran sinyal atau untuk menghasilkan kembali data bila data ini dibaca secara destruktif.

• Transfer rate, adalah kecepatan data agar dapat ditransfer ke unit memori atau dari unit memori. Pada RAM, transfer rate = 1/(cycle time).

4.6  Rumus RAM

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)

4.7  Keandalan Memori

-      Berapa banyak ?

ð  Sesuatu yang sulit dijawab, karena berapapun kapasitas memori tentu aplikasi akan menggunakannya.

-             Berapa cepat ?

ð  Memori harus mempu mengikuti kecepatan CPU sehingga

terjadi sinkronisasi kerja antar CPU dan memori tanpa adanya

waktu tunggu karena komponen lain belum selesai prosesnya.

-              Berapa mahal ?

ð  Relatif. Bagi produsen selalu mencari harga produksi paling

murah tanpa mengorbankan kualitasnya untuk memiliki daya

saing di pasaran

4.8  Hubungan Harga, Kapasitas, dan Waktu Akses Memori

• Semakin kecil waktu akses, semakin besar harga per bitnya.

• Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bitnya.

• Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu aksesnya.

4.9  Tabel Spesifikasi Memori

Tipe memori	Teknologi	Ukuran	Waktu Akses
Chace memory	Semi Konduktor RAM	128 - 512 KB	10 ns
Memory Utama	Semi Konduktor RAM	4 - 128 MB	50 ns
Disk Magnetic	Harddisk	Gigabyte	10ms,10MB/detik
Disk Optic	CD ROM	Gigabyte	300ms, 600KB/det
Pita Magnetic	Tape	100MB	Det -mnt, 10MB/mnt

4.10    Jenis RAM

-          Edo Ram

-          SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

-          RDRAM (Rambus Dynamic RAM)

-          Memory RAM DDR

-          Memory RAM DDR 2

                   -          Memory RAM DDR 3
4.11  Fungsi Cache Memory

a.       Memepercepat kinerja memori sehingga mendeteksi kinerja prosesor

b.      Memori utama lebih besar kapasitas namun lambat operasinya sedangkan memori cahce kecil ukurannya naun lebih cepat

c.       Menyalin memori utama ( memori cache berisi sallinan memori utama)

d.      dapat digunakan hampir di setiap tempat untuk menambah kecepatan komputer.

e.       Memori kecepatan tinggi yang digunakan untuk menambah kecepatan dari memori lambat.

f.      Memori ini digunakan untuk menjembatani perbedaan kecepatan CPU yang sangat tinggi dengan kecepatan RAM yang jauh lebih rendah.

4.12  Kapasitas Memory Cache

Semakin besar kapasitas cache tidak berarti semakin cepat prosesnya, dengan ukuran besar maka akan terlalu banyak gate pengalamatannya sehingga akan memperlambat proses. Karena kinerja cache sangat sensitif terhadap sifat beban kerja, maka tidaklah mungkin untuk mencapai ukuran cache yang optimum. Sejumlah penelitian telah menganjurkan bahwa ukuran cache yang ideal adalah antara 1 KB dan 512 KB.

4.13  Apabila blok berukuran besar ditransfer ke dalam cache memory, maka akan terjadi...

Hit ratio mengalami penurunan karena banyaknya data yang dikirim di sekitar referensi.

4.14  Field Tag, Line, Word dalam fungsi pemetaan

ð  Field Tag adalah tag secara unik mengidentifikasi sebuah blok memori utama.

ð  Field Line adalah pengimplementasian dari alamat memory utama dalam bentuk garis atau grafik.

ð  Field Word adalah bit paling kurang berarti yang mengidentifikasikan word atau byte unik dalam blok memori utama.

4.15  Pemetaan Assosiative Set

Pemetaan asosiatif set menggabungkan kelebihan yang ada pada pemetaan langsung dan pemetaan asosiatif. Memori cache dibagi dalam bentuk set – set. Pemetaan asosiatif set prinsipnya adalah penggabungan kedua pemetaan sebelumnya.

Alamat memori utama diinterpretasikan dalam tiga field, yaitu: field tag, field set, dan field word. Hal ini mirip dalam pemetaan langsung. Setiap blok memori utama dapat dimuat dalam sembarang saluran cache. Dalam pemetaan asosiatif set, cache dibagi dalam v buah set, yang masing –masing terdiri dari k saluran. Hubungan yang terjadi adalah :

m = v x k

i = j modulus v dan v = 2d dimana :

i = nomer set cache

j = nomer blok memori utama

m = jumlah saluran pada cache 46

 saluran pada masing-masing set, yang dikenal sebagai asosiatif set dua arah. Nomor set mengidentifikasi set unik dua saluran di dalam cache. Nomor set ini juga memberikan jumlahblok di dalam memori utama, modulus 2. Jumlah blok menentukan pemetaan blok terhadapsaluran. Sehingga blok-blok 000000, 00A000,…,FF1000 pada memori utama dipetakan terhadapset 0 cache. Sembarang blok tersebut dapat dimuatkan ke salah satu dari kedua saluran di dalamset. Perlu dicatat bahwa tidak terdapat dua blok yang memetakannya terhadap set cache yang

sama memiliki nomor tag yang sama. Untuk operasi read, nomor set dipakai untuk menentukanset dua saluran yang akan diuji. Kedua saluran di dalam set diuji untuk mendapatkan yang cocokdengan nomor tag alamat yang akan diakses.Penggunaan dua saluran per set ( v = m/2, k = 2), merupakan organisasi asosiatif set yangpaling umum. Teknik ini sangat meningkatkan hit ratio dibandingkan dengan pemetaan langsung.Asosiatif set empat arah (v = m/4, k = 4) memberikan eningkatan tambahan yang layak denganpenambahan harga yang relatif rendah.

4.16  Algoritma Penggantian

Algoritma penggantian adalah suatu mekanisme pergantian blok-blok dalam memori cache yang lama dengan data baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan algoritma ini, namun dalam pemetaan assosiatif dan asosiatif set, algoritma ini mempunyai peranan penting untuk meningkatkan kinerja cache memori.

4.17  FIFO dan LFU

- First In First Out (FIFO), yaitu mengganti blok data yang awal masuk.

- Least Recently Used (LRU), yaitu mengganti blok data yang terlama berada dalam cache dan tidak memiliki referensi.

4.18 Keuntungan Unified Cache

ð  Memiliki hit rate yang tinggi karena telah dibedakan antara informasi data dan informasi instruksi.

ð  Selain itu hanya sebuah cache saja yang perlu dirancang dan diimplementasikan. Namun terdapat kecenderungan untuk menggunakan split cache, terutama pada mesin-mesin superscalar seperti Pentium dan PowerPC yang menekankan pada parallel proses dan perkiraan-perkiraan eksekusi yang akan terjadi. Kelebihan utama split cache adalah mengurangi persaingan antara prosesor instruksi dan unit eksekusi untuk mendapatkan cache, yang mana hal ini sangat utama bagi perancangan prosesor-prosesor pipelining.