Hirarki & Karakteristik Memori

Hirarki Memori atau Memory Hierarchy

• Peningkatan waktu akses (access time) memori (semakin ke bawah semakin lambat, semakin ke atas semakin cepat)
• Penigkatan kapasitas (semakin ke bawah semakin besar, semakin ke atas semakin kecil)
• Peningkatan jarak dengan prosesor (semakin ke bawah semakin jauh, semakin ke atas semakin dekat)
• Penurunan harga memori tiap bitnya (semakin ke bawah semakin semakin murah, semakin ke atas semakin mahal)

Memori yang lebih kecil, lebih mahal dan lebih cepat diletakkan pada urutan teratas. Sehingga, jika diurutkan dari yang tercepat, maka urutannya adalah sebagai berikut:

1. Register mikroprosesor. Ukurannya yang paling kecil tapi memiliki waktu akses yang paling cepat, umumnya hanya 1 siklus CPU saja.
2. Cache mikroprosesor, yang disusun berdasarkan kedekatannya dengan prosesor (level-1, level-2, level-3, dan seterusnya). Memori cache mikroprosesor dikelaskan ke dalam tingkatan-tingkatannya sendiri:
   1. level-1: memiliki ukuran paling kecil di antara semua cache, sekitar puluhan kilobyte saja. Kecepatannya paling cepat di antara semua cache.
   2. level-2: memiliki ukuran yang lebih besar dibandingkan dengan cache level-1, yakni sekitar 64 kilobyte, 256 kilobyte, 512 kilobyte, 1024 kilobyte, atau lebih besar. Meski demikian, kecepatannya lebih lambat dibandingkan dengan level-1, dengan nilai latency kira-kira 2 kali hingga 10 kali. Cache level-2 ini bersifat opsional. Beberapa prosesor murah dan prosesor sebelum Intel Pentium tidak memiliki cache level-2.
   3. level-3: memiliki ukuran yang lebih besar dibandingkan dengan cache level-2, yakni sekitar beberapa megabyte tapi agak lambat. Cache ini bersifat opsional. Umumnya digunakan pada prosesor-prosesor server dan workstation seperti Intel Xeon atau Intel Itanium. Beberapa prosesor desktop juga menawarkan cache level-3 (seperti halnya Intel Pentium Extreme Edition), meski ditebus dengan harga yang sangat tinggi.
3. Memori utama: memiliki akses yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan memori cache, dengan waktu akses hingga beberapa ratus siklus CPU, tapi ukurannya mencapai satuan gigabyte. Waktu akses pun kadang-kadang tidak seragam, khususnya dalam kasus mesin-mesin Non-uniform memory access (NUMA).
4. Cakram Magnetis cakram magnetis, yang sebenarnya merupakan memori yang digunakan dalam memori utama untuk membantu kerja cakram magnetis.
5. Cakram magnetis
6. Tape magnetis
7. Cakram Optik

Bagian dari sistem operasi yang mengatur hirarki memori disebut dengan memory manager.Di era multiprogramming ini, memory manager digunakan untuk mencegah satu proses dari penulisan dan pembacaan oleh proses lain yang dilokasikan di primary memory, mengatur swapping antara memori utama dan disk ketika memori utama terlalu kecil untuk memegang semua proses. Tujuan dari manajemen ini adalah untuk:

1. Meningkatkan utilitas CPU.
2. Data dan instruksi dapat diakses dengan cepat oleh CPU.
3. Efisiensi dalam pemakaian memori yang terbatas.
4. Transfer dari/ke memori utama ke/dari CPU dapat lebih efisien.

KARAKTERISTIK MEMORI

Pengertian Memori – Memori merupakan perangkat yang amat penting dalam sistem berbasis mikroprosesor, mikrokontroller, maupun PC. Memori digunakan untuk menyimpan data baik yang digunakan sebagai program maupun sebagai penyimpan data yang diproses oleh CPU. Dua tipe memori yang dikenal adalah RAM (Random Access Memory) dan ROM (Read Only Memory). Kedua jenis memori ini jika digunakan pada sistem berbasis mikroprosesor umumnya diletakkan pada ruang pengaksesan yang berbeda. Hal ini dapat dilakukan dengan membuat peta memori untuk kedua jenis memori ini

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. Metode Akses Memory

Ada 4 jenis pengaksesan data satuan, yaitu:

Sequentaial Access. Diorganisasikan menjadi unit-unit data yang disebut record, dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Contoh sequential access adalah akses pada pita magnetic.

Direct Access. Menggunakan shared read/write mechanism tetapi setiap blok dan record memliki alamat yang unik berdasarkan lokasi fisik. Contoh direct access adalah akses pada disk.

Random Access. Dapat dipilih secara random, waktu mengakses lokasi tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya dan bersifat konstan. Contoh random access adalah system memori utama.

Associative Access. Setiap word dapat dicari berdasarkan pada isinya dan bukan berdasarkan alamatnya, waktu pencariannya tidak bergantung secara konstan terhadap lokasi atau pola access sebelumnya. Contoh associative access adalah memory cache.

5. Kinerja memory

3 buah parameter untuk kinerja system memory, yaitu:

Access Time. Bagi RAM waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis. Bagi non RAM waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan mekanisme baca tulis pada lokasi tertentu.

Cycle Time. Waktu akses ditambah dengan waktu transien hingga sinyal hilang dari saluran sinyal untuk menghasilkan kembali data bila data ini dibaca secara destruktif.

Transfer Rate. Merupakan kecepatan pemindahan data ke unit memori atau ditransfer dari unit memory. Bagi RAM, transfer rate sama dengan  . Bagi non-RAM, transfer rate sama dengan , dimana  Waktu rata-rata untuk membaca atau menulis sejumlah N bit,  waktu akses rata-rata,  Jumlah bit,  kecepatan transfer dalam bit per detik.

6. Tipe Fisik Memory

Ada dua tipe fisk memory, yaitu:

Memory Semikonduktor. Memory ini memakai teknologi LSI atau VLI, memory ini banyak digunakan untuk memory internal misalnya RAM.

Memory Permukaan Magnetik. Banyak digunaakan untuk memory eksternal yaitu untuk disk atau pita magnetic.

7. 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.

8. 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.

• STATIC MEMORI DAN DYNAMIC MEMORI

Static RAM

Secara internal, setiap sel yang menyimpan n bit data memiliki 4 buah transistor yang menyusun beberapa buah rangkaian Flip- flop. Dengan karakteristik rangkaian Flip- flop ini, data yang disimpan hanyalah berupa Hidup (High state) dan Mati (Low State) yang ditentukan oleh keadaan suatu transistor. Kecepatannya dibandingkan dengan Dynamic RAM tentu saja lebih tinggi karena tidak diperlukan sinyal refresh untuk mempertahankan isi memory.

Dynamic RAM

Secara internal, setiap sel yang menyimpan 1 bit data memiliki 1 buah transistor dan 1 buah kondensator. Kondensator ini yang menjaga tegangan agar tetap mengaliri transistor sehingga tetap dapat menyimpan data. Oleh karena penjagaan arus itu harus dilakukan setiap beberapa saat (yang disebut refreshing) maka proses ini memakan waktu yang lebih banyak daripada kinerja Static RAM. Secara internal, setiap sel yang menyimpan 1 bit data memiliki 1 buah transistor dan 1 buah kondensator. Kondensator ini yang menjaga tegangan agar tetap mengaliri transistor sehingga tetap dapat menyimpan data. Oleh karena penjagaan arus itu harus dilakukan setiap beberapa saat (yang disebut refreshing) maka proses ini memakan waktu yang lebih banyak daripada kinerja Static RAM.

• Memory Volatile  dan Memory Non-Volatile

Memory Volatile

Memory volatile adalah memori yang datanya dapat ditulis atau dihapus, dan data akan hilang ketika tidak mendapat power / daya. Memory jenis ini hanya untuk penyimpanan data sementara saja, bukan untuk jangka waktu yang lama. Contoh dari memory volatile adalah RAM (Random Access Memory)digunakan sebagai

memori utama untuk menyimpan program‐program atau data‐data yang sedang digunakan atau diperlukan oleh CPU saat dibutuhkan saja (sementara).

Memory Non-Volatile

Memory Non‐Volatile adalah memory yang datanya dapat ditulis dan dihapus, akan tetapi datanya tidak hilang ketika tidak mendapat daya. Memory jenis ini banyak digunakan untuk menyimpan data dalam jangka waktu yang lama. Contoh memory non‐volatile adalah Hardis