ORGANISASI KOMPUTER

1. ORGANISASI KOMPUTER Pertemuan 5 MEMORI Author: Linda Norhan, ST.

2. Memori • Memori (store/storage)adalah bagian dari komputer tempat program – program dan data – data disimpan. • Memori Internal dan External • Memori internal adalah memori yang dapat diakseslangsungolehprosesor (register yang terdapatdidalamprosesor, cache memori dan memori utama berada) • Memorieksternaladalahmemori yang diakses prosesormelaluipiranti I/O,disketdanhardisk. di luar prosesor.

3. SifatSelMemori • Selmemorimemilikiduakeadaanstabil (atau semi-stabil), yang dapatdigunakanuntuk merepresentasikanbilanganbiner 1 atau 0. • Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi (sedikitnyasatu kali). • Sel memori mempunyai kemampuan untuk dibaca.

4. LokasiMemori • Register berada di dalam chip prosesor Diakseslangsungolehprosesordalammenjalankanoperasinya. • Register digunakansebagaimemorisementaradalam perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor • Memori internal Beradadiluar chip prosesor Mengaksesannyalangsungolehprosesor. Dibedakan menjadi memori utama dan cache memori • Memorieksternal Diaksesolehprosesormelaluipiranti I/O Dapatberupa disk maupun pita.

5. KapasitasMemori • Kapasitasmemori internal maupuneksternal biasanyadinyatakandalammentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word. • Panjang word umumnya 8, 16, 32 bit. • Memorieksternalbiasanyalebihbesar kapasitasnyadaripadamemori internal, halinidisebabkan karena teknologi dan sifat penggunaannya yang berbeda

6. Satuan Transfer • Memori internal Satuan transfer = jumlahsaluran data yang masukdankeluardarimodulmemori. Jumlahsaluraninisering kali = panjang word, tapidimungkinkanjugatidaksama

7. KonsepSatuan Transfer • Word, merupakan satuan “alami” organisasi memori. Ukuran word = jumlah bit yang digunakanuntukrepresentasibilangandanpanjanginstruksi. • Addressable units, padasejumlahsistem, adressable units adalah word. Namunterdapatsistemdenganpengalamatan padatingkatan byte. Padasemuakasushubunganantara panjang A suatualamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A =N. • Unit of tranfer, adalahjumlah bit yang dibacaataudituliskan kedalammemoripadasuatusaat. Padamemorieksternal,tranfer data biasanyalebihbesardarisuatu word, yang disebutdenganblock.

8. MetodeAkses(2) • Direct access Sama sequential access terdapat shared read/write mechanism. • Setiapblokdan record memilikialamatunik berdasarkanlokasifisiknya. • Akses dilakukan langsung pada alamat memori. • Disk adalahmemori direct access

9. MetodeAkses(3) • Random access Setiaplokasimemoridipilihsecara random dandiaksessertadialamatisecaralangsung. Contohnyaadalahmemoriutama • Associative access Jenis random akses yang memungkinkan pembandinganlokasi bit yang diinginkanuntuk pencocokan. Data dicariberdasarkanisinyabukanalamatnya dalammemori. Contoh memori ini adalah cache memori

10. Parameter utamaunjukkerja(1) • Access time • Bagi random access memory, waktuaksesadalahwaktu yang dibutuhkanuntukmelakukanoperasibacaatautulis. • Memori non-random aksesmerupakanwaktu yang dibutuhkandalammelakukanmekanismebacaatautulispadalokasitertentu • Memory cycle time Konsepinidigunakanpada random access memory Terdiri dari access time ditambah dengan waktu yang diperlukan transient agar hilang pada saluran sinyal

11. Parameter utamaunjukkerja(2) • Transfer rate Kecepatan data transfer ke unit memori atau dari unit memori. • 1.Random access memory samadengan 1/(cycle time). • 2. Non-random access memory denganperumusan : TN = TA + (N/R) TN = waktu rata – rata untukmembacaataumenulis N bit TA = waktu akses rata – rata N = jumlah bit R = kecepatan transfer dalam bit per detik (bps)

12. Fisik • Media penyimpanan volatile dan non-volatile Volatile memory, informasiakanhilangapabiladayalistriknyadimatikan Non-volatile memory tidakhilangwalaudayalistriknyahilang. Memori permukaan magnetik adalah contoh no-nvolatile memory, sedangkansemikonduktorada yang volatile dan nonvolatile. • Media erasable dannonerasable. Adajenismemorisemikonduktor yang tidakbisadihapuskecualidengan menghancurkan unit storage-nya, memori ini dikenal dengan ROM (Read Only Memory).

13. KeandalanMemori • Berapabanyak ? Sesuatu yang sulitdijawab, karenaberapapunkapasitasmemori tentuaplikasiakanmenggunakannya. • Berapacepat ? Memoriharusmempumengikutikecepatan CPU sehingga terjadisinkronisasikerjaantar CPU danmemoritanpaadanya waktu tunggu karena komponen lain belum selesai prosesnya. • Berapamahal ? Relatif. Bagiprodusenselalumencarihargaproduksi paling murahtanpamengorbankankualitasnyauntukmemilikidaya saingdipasaran.

14. Hubunganharga, kapasitasdanwaktuakses • Semakinkecilwaktuakses, semakinbesar harga per bitnya • Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bitnya • Semakinbesarkapasitas, semakinbesarwaktuaksesnya

15. HirarkiMemori • Menurunnyahirarkimengakibatkan : Penurunanharga/bit Peningkatankapasitas Peningkatanwaktuakses Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU • KuncikeberhasilanhirarkiinipadapenurunanfrekuensiaksesnyaSemakinlambatmemorimakakeperluan CPU untukmengaksesnyasemakinsedikit • Secarakeseluruhansistemkomputerakantetapcepatnamunkebutuhankapasitasmemoribesarterpenuhi

16. SatuanMemori • Satuanpokokmemoriadalah digit biner, yang disebut bit. • Bit dapatberisisebuahangka 0 atau 1. • Memori juga dinyatakan dalam byte 1 byte = 8 bit • Kumpulan byte dinyatakandalam word. • Panjang word yang umumadalah 8, 16, dan 32 bit.

17. MemoriUtama • Padakomputer lama, bentukumum random access memory untukmemoriutamaadalah sebuahpiringanferromagnetikberlubang yang dikenalsebagai core, istilah yang tetap dipertahankanhinggasaatini.

18. JenisMemori Random Akses • Random akses, yaitu data secaralangsungdiaksesmelaluilogikpengalamatanwired-in • Dimungkinkannyapembacaandanpenulisan data kememori secaracepatdanmudah • Volatile RAM menyimpan data sementara • RAM dinamikdisusunolehsel – sel yang menyimpandata sebagai muatan listrik pada kapasitor • Kapasitor memiliki kecenderungan alami untuk mengosongkan muatan, maka RAM dinamik memerlukan pengisian muatan listrik secaraperiodikuntukmemeliharapenyimpanandata Biasanyauntukoperasi data besar • RAM statik, nilaibinerdisimpandenganmenggunakankonfigurasi gate logika flipflop tradisional Menyimpan data selama ada daya listriknya Lebih cepat dibanding RAM dinamik

19. ROM-PROM • Read Only Memory • SangatberbedadenganRAM Data Permanen, tidak bisa diubah Keuntungannyauntuk data yang permanen,Kerugiaannyaapabilaadakesalahan data atauadanyaperubahan data sehinggaperlupenyisipan –penyisipan • PROM’ • Programmable ROM non-volatile Tigamacamjenis EPROM (erasable,datadptdihapus & data barudi load) EEPROM (isidihapusdengansinar ultraviolet. flash memory (kapasitastinggi,biayarendah per-bit)

20. EEPROM • electrically erasable programmable read only memory • memori yang dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapusisisebelumnya. • EEPROM menggabungkankelebihannon-volatile denganfleksibilitasdapatdi-update

21. Pengemasan (Packging) • Alamat word yang sedangdiakses. Untuk 1M word, diperlukansejumlah 20 buah (220 = 1M). • Data yang akan dibaca, terdiri dari 8 saluran (D0 –D7) • CatudayakepingadalahVcc • Pin grounding Vss • Pin chip enable (CE). Karenamungkinterdapatlebihdarisatukeping memori yang terhubung pada bus yang sama maka pin CE digunakanuntukmengindikasikanvalid atautidaknyapin ini. Pin CE diaktifkanolehlogik yang terhubungdenganbit berorde tinggi bus alamat ( diatas A19) • Tegangan program (Vpp).

22. Koreksi Error • Dalam melaksanakan fungsi penyimpanan, memori semikonduktordimungkinkanmengalamikesalahan. • Kesalahanberat yang biasanyamerupakankerusakanfisikmemori • Kesalahanringan yang berhubungan data yang disimpan. • Kesalahan ringan dapat dikoreksi kembali. • Koreksikesalahan data yang disimpandiperlukanduamekanisme Mekanismependeteksiankesalahan Mekanismeperbaikankesalahan

23. Kode Hamming • Diciptakan Richard Hamming di Bell Lab 1950 • Mekanismependeteksiankesalahandengan menambahkandata word (D) dengansuatu kode, biasanya bit cek paritas (C). • Data yang disimpanmemilikipanjang D + C. • Kesalahan diketahui dengan menganalisa data danbit paritastersebut

24. Kode Hamming • Bit cekparitasditempatkandenganperumusan 2N dimana N = 0,1,2, ……, sedangkan bit data adalahsisanya. Kemudiandenganexclusive-OR dijumlahkan: • C1 = D1+D2 + D4 + D5 + D7 • C2 = D1+D3 + D4 + D6+D7 • C4 = D2+D3 + D4 + D8 • C8 = D5 +D6 +D7 +D8 • Setiapcek bit (C) beroperasipadasetiapposisi bit data yang nomorposisinyaberisibilangan 1 padakolomnya

25. masukkan data : 00111001 kemudian ganti bit data ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai error-nya. • Bagaimanakahcaramendapatkan bit data ke3 sebagaibit yang terdapat error?

26. Jawab : • Masukkan data padaperumusancek bit paritas : • C1 = 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 1 • C2 = 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 1 • C4 = 0 + 0 + 1 + 0 = 1 • C8 = 1 + 1 + 0 + 0 = 0 • Sekarang bit 3 mengalamikesalahan data menjadi: 00111101 • C1 = 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 1 • C2 = 1 + 1 + 1 + 1 + 0 = 0 • C4 = 0 + 1 + 1 + 0 = 0 • C8 = 1 + 1 + 0 + 0 = 0

27. Apabila bit – bit cekdibandingkanantara yang lama dan baru maka terbentuk syndrom word : • C8 C4 C2 C1 • 0 1 1 1 • 0 0 0 1 ____________ • 0 1 1 0 = 6 • Sekarang kita lihat posisi bit ke-6 adalah data ke-3.

28. Mekanismekoreksikesalahanakan meningkatkanrealibitasbagimemori • Menambahkompleksitaspengolahan data. • Menambah kapasitas memori karena adanya penambahanbit – bit cekparitas. • Memoriakanlebihbesarbeberapapersenataudengan kata lain kapasitas penyimpanan akan berkurangkarenabeberapalokasidigunakanuntukmekanismekoreksikesalahan

29. Cache Memori • Mempercepatkerjamemorisehinggamendekatikecepatanprosesor. • Memoriutamalebihbesarkapasitasnyanamunlambatoperasinya, sedangkan cache memoriberukuran kecil namun lebih cepat. • Cache memori berisi salinan memori utama • Ukuran cache memoriadalahkecil, semakinbesarkapasitasnyamakaakanmemperlambatprosesoperasi cache memoriitusendiri, disampingharga cache memori yang sangatmahal

30. Kapasitas Cache • AMD mengeluarkanprosesor K5 dan K6 dengan cache yang besar (1MB), kinerjanyatidakbagus • Intel mengeluarkanprosesortanpa cache untuk alasanharga yang murah, yaituseriIntel Celeron pada tahun 1998-an, kinerjanya sangat burukterutamauntukoperasi data besar,floatingpoint, 3D • Sejumlahpenelitiantelahmenganjurkanbahwa ukurancache antara 1KB dan 512KB akanlebih optimum [STA96]

31. Ukuran Blok Cache • Hubungan antara ukuran blok dan hit ratio sangatrumituntukdirumuskan, tergantung padakarakteristiklokalitasprogramnyadan tidak terdapat nilai optimum yang pasti telah ditemukan. • Ukuranantara 4 hingga 8 satuan yang dapat dialamati(word atau byte) cukupberalasan untukmendekatinilai optimum [STA96]

32. Pemetaan (Cache) • Cache mempunyaikapasitas yang kecil dibandingkanmemoriutama. • Aturanblok – blokmana yang diletakkandalam cache. • Terdapat tiga metode, yaitu pemetaan langsung, pemetaanasosiatif, danpemetaan asosiatifset

33. PemetaanLangsung • Teknik paling sederhana, yaituteknikinimemetakanblokmemoriutamahanyakesebuahsaluran cache saja • i = j modulus m dan m = 2r dimana: i= nomersaluran cache j = nomer blok memori utama m = jumlahsaluran yang terdapatdalam cache

34. PemetaanAssosiatif • Mengatasikekuranganpemetaanlangsung • Tiapblokmemoriutamadapatdimuatkesembarangsaluran cache. • Alamatmemoriutamadiinterpretasikandalam field tag danfield word olehkontrollogika cache. • Tag secaraunikmengidentifikasisebuahblokmemoriutama • Mekanismeuntukmengetahuisuatublokdalam cache denganmemeriksasetiap tag saluran cache olehkontrollogika cache. • Fleksibilitasdalampenggantianblokbaru yang ditempatkandalam cache • Kelebihan : Algoritmapenggantiandirancanguntukmemaksimalkanhit ratio, yang padapemetaanlangsungterdapatkelemahan • Kekurangan : kompleksitasrangkaiansehinggamahalsecara ekonomi

35. PemetaanAssosiatif Set • Menggabungkankelebihan yang adapadapemetaanlangsungdanpemetaanasosiatif. • Memori cache dibagi dalam bentuk set–set. • Alamatmemoriutamadiinterpretasikandalamtiga field, yaitu: field tag, field set, field word. • Setiap blok memori utama dapat dimuat dalam sembarang saluran cache. • Cache dibagi dalam v buah set, yang masing –masing terdiri dari k saluran • 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

36. AlgorithmaPenggantian • Suatumekanismepergantianblok–blokdalammemori cache yang lama dengan data baru • Pemetaanlangsungtidakmemerlukanalgoritmaini • Pemetaanasosiatifdanasosiatif set, berperananpenting meningkatkan kinerja cache memori

37. AlgorithmaPenggantian • Algoritma Least Recently Used (LRU), yaitumengganti blokdata yang terlamaberadadalam cache dantidak memilikireferensi. (EFEKTIF) • Algoritma First In First Out (FIFO), yaitumenggantiblok data yang awalmasuk • Algorithma Least Frequently Used (LFU) adalah mengganti blok data yang mempunyai referensi paling sedikit. • Algoritma Random, yaitupenggantiantidakberdasakanpemakaian datanya, melainkan berdasar slot dari beberapaslot kandidatsecaraacak

38. Write Policy – Mengapa ? • Apabila suatu data telah diletakkan pada cache maka sebelumadapenggantianharusdicekapakah data tersebuttelahmengalamiperubahan. • Apabila telah berubah maka data pada memori utama harusdi-update. • Masalahpenulisaninisangatkompleks, apalagimemoriutamadapatdiakseslangsungolehmodul I/O, yang memungkinkandata padamemoriutamaberubah, lalubagaimanadengan data yang telahdikirimpada cache? • Tentunyaperbedaaninimenjadikan data tidak valid

39. Write Policy –”write through” • Operasipenulisanmelibatkan data padamemoriutamadansekaliguspada cache memorisehinggadata selalu valid.\ • Kekuranganteknikiniadalah Lalu lintas data ke memori utama dan cache sangat tinggi Mengurangi kinerja sistem, bisa terjadi hang

40. Write Policy –”write back “ • Teknikmeminimasipenulisandengancara penulisanpada cache saja. • Padasaatakanterjadipenggantianblok data cache makabarudiadakanpenulisanpada memoriutama. • Masalah : manakala data di memori utama belumdi-update telahdiaksesmodul I/O sehingga data di memori utama tidak valid

41. Write Policy-Multi cache • Multi cache untuk multi prosesor Masalahyang lebihkompleks. • Masalahvalidasi data tidakhanyaantara cache danmemoriutama Antarcache harusdiperhatikan

42. Cache • Cache Internal : dalam chip Tidakmemerlukan bus eksternal Waktuaksesnyaakancepatsekali • Cache Eksternal : diluar chip Cache tingkat 2 (L2) • Cache data • Cache instruksi yang disebut unified cache • Keuntungan unified cache : Hit rate yang tinggikarenatelahdibedakanantarainformasi data daninformasiinstruksi Hanyasebuah cache saja yang perludirancangdan diimplementasikan

43. split cache Mesin–mesin superscalar seperti Pentium dan PowerPC Menekankan pada paralel proses dan perkiraan – perkiraan eksekusi yang akan terjadi. • Kelebihanutama split cache Mengurangipersainganantaraprosesorinstruksidan unit eksekusiuntukmendapatkan cache, halinisangatutamabagiperancanganprosesor–prosesor pipelining