A. Karakteristik Memori
Gambar 5.1 Hirarki Memori
Memori utama adalah wadah penyimpanan utama untuk data, instruksi maupun hasil pengilahan CPU (centreal processing unit). Semua intruksi yang akan dieksekusi oleh CPU diambil langsung melalui memori utama ini. Memori menyimpan informasi, data dan hasil dari program yang dieksekusi oleh CPU. Memori ini disebut memori program karena CPU mengambil intruksi hanya dari memori tersebut. Memori utama secara fungsional mengorganisir lokasi. Istilah “word length” dari suatu memori menunjukkan jumlah bit pada setiap lokasi. Kapasitas total dari suatu memori adalah jumlah lokasi dikalikan dengan word length. Waktu yang dibutuhkan oleh memori untuk membaca atau menulis pada suatu lokasi memori disebut waktu akses. Memori memiliki waktu akses yang sama untuk semua lokasi di dalam memori tersebut dinamakan memori akses acak (random access memory). Memori semikonduktor adalah contoh memori akses acak. Memori RAM adalah memori yang bersivat volate, artinya jika mendapat catu daya atau catu dayanya mati maka isinya akan hilang. Pada komputer modern, biasanya sebagian kecil ruang memori utama dialokasikan untuk ROM (read only memory). CPU dapat membaca ROM tetapi tidak dapat menulisinya.
Tabel 5.1 Karakteristik memori
No Karakteristik Elemen Keterangan
1. Berdasarkan Lokasi CPU, Internal (main), External (secondary)
2. Beradsarkan Kapasitas Ukuran word, Banyaknya word
Internal memori biasanya dinyatakan dalam bentuk word (1 byte = 8 bit) panjang word yang umum adalah 8,16 dan 32. Kapasitas external memori biasanya dinyatakan dalam byte. 3. Berdasarkan Satuan Trasnfer Word, Block
4. Berdasarkan Metode Akses Sequential Access, Direct Access,
Random Access, Associative Access
data, yang disebut record. Access harus dibuatlah dalam urutan linear yang spesifik. Mekanisme baca/tulis yang digunakan bersama dan mekanisme ini harus dipindahkan dari lokasi tertentu ke lokasi yang diinginkan dengan cara melewatkan dan mengeluarkan record-record. Direct Access Mekanisme baca/tulis bersama, namun setiap record memiliki alamat-alamat yang unik berdasarkan lokasi fisik.
Random Access Setiap lokasi dapat dipilih secara random dan diakses serta secara langsung. Sistem memori utama merupakan random access.
Associative Jenis random memori yang memungkinkan seseorang untuk membandingkan lokasi bit yang diinginkan di dalam sebuah word untuk pencocokan tertentu. Jadi, sebuah word diacari berdasarkan pada isinya dan bukan berdasarkan alamatnya. 5. Berdasarkan Kinerja Access time, Cycle
time, Transfer rate
Access time waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis.
Cycle time waktu melakukan baca/tulis yang ditambah dengan waktu untuk menghasilkan kembali data bila data dibaca secara destruktif.
Transfer rate kecepatan data agar dapat ditransfer ke unit memori atau dari unit memori. 6. Berdasarkan Tipe Fisik Semikonduktor,
Permukaan Magnetik
Memori semikonduktor memakai teknologi SLI atau VSLI. Memori permukaan magnetik yaotu digunakan untk disk atau pita. 7. Berdasarkan Karakteristik
Fisik
Volatile/nonvolatile, Erasable/nonerasable
Volatile memori informasi akan rusak secara alami atau hilang bila daya listriknya dimatikan.
Nonvolatile memori informasi direkam akan tetap ada tanpa mengalami kerusakan sebelum diubah, daya listrik tidak
diperlukan untuk
8. Berdasarkan Organisasi Organisasi adalah pengaturan bit dalam menyusun word secara fisik.
B. Parameter-parameter Memori
Ada empat parameter penting yang signifikan dalam pemilihan sebuah memori komputer yaitu : 1. Kapasitas : Memori dapat dipandang sebagai unit penyimpanan yang terdiri atas/jumlah
lokasi masing-masing dapat menyimpan word jumlah bit. Dengan kata lain, memori mempunyai alamat dan panjang word bit.
2. Kecepatan : Kecepatan operasi diukur dari waktu akses dan waktu pemulihan.
3. Latency : Waste yang digunakan untuk mengakses lokasi word yang pertama dalam suatu lokasi (blok lokasi).
4. Bandwidth : Kecepatan transfer data memori yang dinyatakan dalam jumlah byte per detik. Setiap sistem memori memerlukan beberapa jenis saluran input dan output untuk melaksanakan fungsi-fungsi berikut :
1. Memilih alamat memori yang akan diakses untuk operasi baca atau operasi tulis. 2. Memilih operasi baca atau operasi tulis untuk dilaksanakan.
3. Mensuplai data input untuk penyimpanan dalam memori ketika operasi penulisan. 4. Menahan data output yang berasal dari memori ketika operasi pembacaan.
Kemampuan baca/tulis, memori ROM (read only memori) hanya boleh dibaca oleh CPU. Memori baca/tulis dapat melakukan operasi baca dan tulis. Memori semikonduktir baca/tulis dengan istilah RAM. Memori akses acak adalah memori yang membolehkan pengaksesan ke suatu lokasi tanpa ada keterkaitan dengan posisi fisik dan tidak bergantung pada lokasi lain. Contoh memori acak adalah RAM dan ROM. Memori akses urut pembacaan suatu lokasi dilakukan secara berurut di mana setelah operasi baca atau tulis dilakukan, head baca/tulis duletakkan di depan lokasi berikutnya. Contoh adalah pita magnetik dan pita kertas. Pada memori akses-acak pemilihan lokasi yang akan diakses menggunakan dua langkah : satu akses acak dan lainnya akses urut contoh memori magnetik (floppy disk dan hard disk ).
Berdasarkan fungsi dan metode-metode penggunaan yaitu : Memori utama, CPU mengambil intruksi dari memori utama ketika program dijalankan, Memori Sekunder digunakan untuk menyimpan program dan data dalam volume yang besar. Memori cache merupakan sebuah penyangga tengah antara CPU dan memori utama. Memori virtual adalah suatu fitur/konsep yang membantu program yang panjang dalam sebuah memori disik yang kecil.
D. Hirarki Memori
(a) (b)
Gambar 5.3 (a) Hirarki memori tradisional (b) Hirarki memori kontemporer
Perancang mempunyai keinginan untuk memakai teknologi memori yang ada untuk memori berkapasitas besar, hal ini disebabkan dengan alasan karena kapasitas diperlukan dan karena harga per bit cukup rendah. Namun untuk memenuhi persyaratan untuk kerja, perancangan perlu menggunakan memori yang mahal, berkapasitas relatif rendah dengan waktu access yang cepat.
Jalan keluar dari dilema ini adalah dengan tidak menggantungkan diri pada sebuah komponen memori atau teknologi, melainkan dengan menggunakan hirarki memori, Semakin menurunya hirarki, maka hal-hal dibawah ini akan terjadi.
a. Penurunan harga/bit b. Peningkatan kapasitasa c. Peningkatan waktu akses
d. Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU
E. RAM (Random Access Memory)
Jenis paling umum digunakan dikenal sebagai random-access memory (RAM), karakteristik RAM adalah bahwa dimungkinkan untuk membaca data dari memori dan dapat menulis data yang baru ke memori secara mudah dan cepat. Pembacaan dan penulisan itu diperoleh dengan menggunakan sinyal-sinyal listrik. RAM bersifat volatile. Bila daya berhenti maka data akan hilang. Sehingga RAM hanya digunakan untuk penyimpanan sementara. Teknologi RAM dibagi menjadi dua : statik dan dinamik.
a. DRAM (Dinamik RAM)
Gambar 5.4 DRAM packages dan bentuk fisik DRAM
(a) (b)
Gambar 5.5 (a) Prinsip operasi baca DRAM (b) Prinsip operasi tulis DRAM Sel memori dinamik lebih sederhana dan karena itu lebih kecil dibandingkan dengan sel memori statik, Dengan demikian RAM dinamik lebih rapat dan lebih murah dibandingkan RAM statik. Kapasitas RAM dinamik yang lebih besar merupakan pilihan dalam memori sistem di mana pertimbangan desain yang paling penting adalah menjaga ukuran, harga dan daya.
RAM dinamik dipabrikasi menggunakan teknologi MOS dan untuk kapasitas besar, kebutuhan daya rendah dan kecepatan operasi menengah. Pada kebanyakan mikrokomputer pribadi (misalnya PC berbasis Windows atau Macs) memori utama (internal) menggunakan RAM dinamik karena kelebihanya tersebut. Jadi RAM dinamik cenderung lebih baik digunakan untuk kebutuhan memori yang lebih besar.
b. SRAM (Statik RAM)
Gambar 5.6 Bentuk fisik SRAM
konfigurasi gate logika. Sejumlah flip-flop yang akan tetap paa suatu keadaan yang diberikan atau menyimpan bit permanen, selama muatan listrik yang diberikan tidak terputus. RAM satik bersifat volatile.
(a) (b)
Gambar 5.7 (a) Sel SRAM (b) CMOS SRAM Sel
Memori RAM statik harganya lebih mahal dari pada RAM dinamik karena diperlukan sedikitnya enam buah transistor untuk membuah sebuah sel memori dan mempunyai jumlah bit dalam sebuah chip IC yang rendah atau dengan kata lain selnya tidak serapat RAM dinamik. Memori RAM statik digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan memori yang cepat dan kecil seperti memori cache. Memori RAM statik tersedia dalam teknologi bipolar, MOS dan BICMOS. Kebanyakan aplikasi-aplikasi menggunakan RAM NMOS atau CMOS. Hal terakhir yang penting adalah bahwa RAM statik umumnya lebih cepat dibandingkan dengan RAM dinamik.
F. ROM (Read Only Memory)
ROM sangat berbeda dengan RAM, ROM berisi pola data permanen yang tidak dapat diubah. Hanya dapat membaca dan tidaklah dimungkinkan untuk menulis data ke dalamnya. Suatu aplikasi penting ROM adalah microprogramming. Aplikasi penting lainya meliputi :
Sub-sub kepustakaan bagi fungsi-fungsi yang sering diperlukan Program-program sistem
Tabel-tabel fungsi
Gambar 5.8 Bentuk fisik ROM
data yang sudah siap berada didalamnya berupa chip dari proses pabrikasi. Hal ini menimbulkan dua masalah :
Langkah penyimpanan memerlukan biaya tetap yang tinggi, apakah satu atau seribu buah salinan ROM tertentu dipabrikasi.
Tidak boleh terjadi kesalahan (error). Bila ternyata satu bit salah, maka batch ROM keseluruhan harus dibuang.
Memori ROM pun dibagi mejadi lima jenis : MROM, PROM, EPROM, EEPROM (atau dikenal juga dengan EAROM) dan memori flash.
a. MROM (Mask-programmed Read Only Memory)
Gambar 5.9 MROM milik Sega Game
Memori MROM adalah memori yang isinya diprogram oleh pabrikan secara tersembunyi di perushaan pembuatanya, di mana isinya dipesan oleh pembeli. MPROM diprogram satu kali saja dan selanjutnya hanya dapat dibaca dan tidak dapat dihapus. Sebuah negatif fotografi yang disebut mask digunakan untuk mengontrol interkoneksi elektrik pada chip. Suatu mask khusus diperlukan untuk setiap set informasi berbeda untuk disimpan ke dalam ROM. Kelemahan ROM jenis ini adalah tidak dapat diprogram ulang pada kasus yang memerlukan perubahan desain pada data yang tersimpan. Akibatnya ROM harus diganti dengan yang baru sesuai data yang akan diperlukan dalam ROM.
b. PROM (Programmable Read Only Memory)
PROM adalah penyimpanan memori yang diprogram oleh pemakai. Pemakai membeli PROM yang masih kosong dan mengisinya sesuai dengan keinginannya dengan menggunakan PROM programmer. Di dalamnya terdapat fuse (semacam sekring) kecil . Fuse ini dibuka dengan cara dibakar pada saat pemrograman. Chip PROM hanya dapat diprogram sekali saja dan isinya tak dapat dihapus. Memori ini murah dan menarik bagi pemakai untuk membeli PROM dipasaran dari pada harus memesan MROM pada pabrikan.
c. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
Gambar 5.11 EPROM pertama
EPROM merupakan memori yang selain terdapat program juga dapat dihapus. EPROM programmer digunakan untuk menyimpan isi pada lokasi yang berbeda dair EPROM. Ketika dilakukan pemrograman, muatan listrik dijebak dalam suatu daerah gate yang terisolasi. Isi sebuah EPROM dapat dihapus dengan memaparkan pada cahaya ulta violet denagn durasi sekitar 30 menit. Hal ini dilakukan dengan cara meletakannya pada peralatan penghapus EPROM dan melewatkan cahaya ultra violet melalui sebuah jendela quartz. Setelah diprogram, maka jendela quartz tersebut harus ditutup kembali dengan menggunakan pelindung. Penghapusan EPROM dilakukan secara keseluruhan karena tidak dapat dilakukan penghapusan sebagian lokasi tertentu saja. EPROM adalah memori non-volatile yang menawarkan akses cepat dan mempunyai kepadatan tinggi dan harga per bit rendah. Namun demikian jika ingin dihapus atau diprogram ulang, maka harus dilepaskan dari sirkuit/sistem.
d. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
Gambar 5.12 Bentuk fisik EEPROM
mengeluarkan IC EEPROM dari sirkuit. EEPROM merupakan memori non-volatile yang menawarkan akses yang cepat dan membolehkan penghapusan dengan cepat dalam sirkuit dan pemrograman ulang byte secara individu. EEPROM kepadatanya rendah dan harganya lebih mahal dibandingkan EPROM.
e. Memori Flash
Gambar 5.13 Bentuk fisik memory flash
Memori flash adalah sebuah EEPROM jenis khusus yang dapat dihapus dan diubah dalam blok pada satu operasi besar atau kilat. Penggunaanya terpisah dari komputer, digunakan pada sejumlah peralatan seperti mobile phone, kamera digital, LAN switch, dan sebagainya. Pada komputer, memori flash digunakan dalam dua cara :
1. Pengganti EPROM yang berisi BIOS, ini dikenal dengan BIOS-flash. Membolehkan memperbarui isi BIOS denhan mudah tanpa mencabut IC dari sirkuit.
2. Pengganti hard disk. Opsi ini menarik karena beberapa keuntungan seperti ringan, konsumsi daya rendah, data mudah dibawa-bawa.
Saat ini marak “memori stick” yang terbuat dari memori flash yang disambungkan dengan USB (universal serial bus) pada sebuah personal computer. Memori flash sendiri merupakan hasil gabungan pemikiran unruk membuat memori non-volatile EEPROM yang dapat dihapus dalam sirkuit secara elektrik, tetapi dengan keapadatan dan harga yang mendekati EPROM serta dapat menjaga waktu akses baca yang tinggi. Maka hal tersebut direalisasikan dalam memori flash. Secara setruktur, sel memori flash adalah seperti EPROM transistor-tunggal sederhana hanya sedikit lebih besar. Memori flash dapat melakukan penulisan dan penghapusan yang cepat. Dibawah ini merupakan tingkat kompleksitas memori semikonduktor non-volatile. dapat dihapus secara elektik
dalam sirkutit byte-demi-byte
