Bus,Cache,Internal,Dan Eksternal Memori

5/16/2018 Bus,Cache,Internal,Dan Eksternal Memori - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/buscacheinternaldan-eksternal-memori 1/14

ARSITEKTUR DAN ORGANISASI

KOMPUTER

“Karateristik system BUS serta penjelasan Cache Memori,Memori Internal dan Memori Eksternal”

Oleh

Hijriani

(123100081)

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA

FAKULTAS TEKONOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL“ VETERAN ”

YOGYAKARTA

2012



SISTEM BUS dan KARATERISTIKNYA

Sistem BUS

1. Penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalankan tugasnya

2. Komponen komputer :

1. CPU

2. Memori

3. Perangkat I/O

Transfer data antar komponen komputer.

1. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui

perantara bus

2. Melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus

3. Kecepatan komponen penyusun komputer harus diimbangi kecepatan dan manajemen bus yang

baik

Mikroprosesor

Melakukan pekerjaan secara paralel

Program dijalankan secara multitasking

Sistem bus tidak hanya lebar tapi juga cepat

Interkoneksi komponen sistem komputer dalam menjalankan fungsinya

Interkoneksi bus

Pertimbangan–pertimbangan perancangan bus

Struktur Interkoneksi adalah Kompulan lintasan atau saluran berbagai modul (CPU,Memori,I/O)Struktur interkoneksi bergantung pada

1. Jenis data

2. Karakteristik pertukaran data

Jenis Data

Memori :

Memori umumnya terdiri atas N word memori dengan panjang yang sama. Masing–masing

word diberi alamat numerik yang unik (0, 1, 2, …N-1). Word dapat dibaca maupun ditulis pada memori

dengan kontrol Read dan Write. Lokasi bagi operasi dispesifikasikan oleh sebuah alamat.

Modul I/O :

Operasi modul I/O adalah pertukaran data dari dan ke dalam komputer. Berdasakan pandangan

internal, modul I/O dipandang sebagai sebuah memori dengan operasi pembacaan dan penulisan.

Seperti telah dijelaskan pada bab 6 bahwa modul I/O dapat mengontrol lebih dari sebuah perangkat

peripheral. Modul I/O juga dapat mengirimkan sinyal interrupt.



CPU :

CPU berfungsi sebagai pusat pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine–routine

program yang diberikan padanya. CPU mengendalikan seluruh sistem komputer sehingga sebagai

konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem komputer.

Gambar 1. Modul Komputer

Dari jenis pertukaran data yang diperlukan modul–modul komputer, maka struktur interkoneksi

harus mendukung perpindahan data.

Memori ke CPU : CPU melakukan pembacaan data maupun instruksi dari memori.

CPU ke Memori : CPU melakukan penyimpanan atau penulisan data ke memori.

I/O ke CPU : CPU membaca data dari peripheral melalui modul I/O.

CPU ke I/O : CPU mengirimkan data ke perangkat peripheral melalui modul I/O.

I/O ke Memori atau dari Memori : digunakan pada sistem DMA



Sampai saat ini terjadi perkembangan struktur interkoneksi, namun yang banyak digunakan saat

ini adalah sistem bus.

Sistem bus

1. Digunakan secara tunggal

2. Digunakan secara jamak,

Hal ini Tergantung karakteristik sistemnya

Interkoneksi Bus – Struktur Bus

Sebuah bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh bus data terdiri atas 8 saluran

sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara umum fungsi saluran bus dikatagorikan

dalam tiga bagian, yaitu :

Saluran data

Saluran alamat

Saluran kontrol

Gambar 2. Pola Interkoneksi

Saluran Data

Lintasan bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus data.

Umumnya jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32 saluran.

Tujuan : agar mentransfer word dalam sekali waktu.

Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit

Saluran Alamat (Address Bus) Digunakan untuk menspesifikasi sumber dan tujuan data pada bus data.

Digunakan untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU.

Digunakan untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

Semua peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus memiliki

alamat.

Contoh : mengakses port I/O, maka port I/O harus memiliki alamat hardware-nya



Saluran kontrol (Control Bus)

Digunakan untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada.

Karena bus data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu mekanisme

kerja yang dikontrol melalui bus kontrol ini.

Sinyal – sinyal kontrol terdiri atas

Sinyal pewaktuan adalah Sinyal pewaktuan menandakan validitas data dan alamat

Sinyal–sinyal perintah adalah Sinyal perintah berfungsi membentuk suatu operasi

Prinsip Operasi Bus

1. Meminta penggunaan bus.

2. Apabila telah disetujui, modul akan memindahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju

Hierarki Multiple Bus

Bila terlalu banyak modul atau perangkat dihubungkan pada bus maka akan terjadi penurunan kinerja

Faktor – faktor :

1. Semakin besar delay propagasi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.

2. Antrian penggunaan bus semakin panjang.

3. Dimungkinkan habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data.

Gambar 3. Arsitektur bus jamak tradisional

Arsitektur bus jamak Prosesor, cache memori dan memori utama terletak pada bus tersendiri pada level tertinggi

karena modul – modul tersebut memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi.

Pada arsitektur berkinerja tinggi, modul – modul I/O diklasifikasikan menjadi dua,

Memerlukan transfer data berkecepatan tinggi

Memerlukan transfer data berkecepatan rendah.

Modul dengan transfer data berkecepatan tinggi disambungkan dengan bus berkecepatan tinggi



pula. Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi

Gambar 4. Arsitektur bus jamak kinerja tinggi

Keuntungan hierarki bus jamak kinerja tinggi

1. Bus berkecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor.

2. Perubahan pada arsitektur prosesor tidak begitu mempengaruhi kinerja bus



PENJELASAN CACHE MEMORI, MEMORI INTERNAL dan

MEMORI EKSTERNAL

Lokasi Memori

Ada tiga lokasi keberadaan memori di dalam sistem komputer, yaitu:

Memori lokal

Memori ini built-in berada dalam CPU (mikroprosesor),

Memori ini diperlukan untuk semua kegiatan CPU,

Memori ini disebut register.

Memori internal

Berada di luar CPU tetapi bersifat internal terhadap sistem komputer,

Diperlukan oleh CPU untuk proses eksekusi (operasi) program, sehingga dapat

diakses secara langsung oleh prosesor (CPU) tanpa modul perantara,

Memori internal sering juga disebut sebagai memori primer atau memori

utama.

Memori internal biasanya menggunakan media RAM

Memory Internal

Pengertian memori adalah suatu penamaan konsep yang bisa menyimpan data dan

program.sedangkan Memori internal, yang dimaksud adalah bahwa memori terpasang langsung pada

motherboard.

Dengan demikian, pengertian memory internal sesungguhnya itu dapat berupa :

· First-Level (L1) Cache

· Second-Level (L2) Cache

· Memory Module

Akan tetapi pengelompokan dari memory internal juga terbagi atas :

· RAM (Random Access Memory) dan

· ROM (Read Only Memory)

Penjelasan dari masing- masing pengertian diatas adalah sebagai berikut :

1. First Level (L1) Cache

Memory yang bernama L1 Cache ini adalah memori yang terletak paling dekat dengan

prosessor (lebih spesifik lagi dekat dengan blok CU (Control Unit)). Penempatan Cache di prosessor

dikembangkan sejak PC i486. Memori di tingkat ini memiliki kapasitas yang paling kecil (hanya 16

KB), tetapi memiliki kecepatan akses dalam hitungan nanodetik (sepermilyar detik). Data yang berada

di memori ini adalah data yang paling penting dan paling sering diakses. Biasanya data di sini adalah

data yang telah diatur melalui OS (Operating system) menjadi Prioritas Tertinggi (High Priority).



2. Second-Level (L2) Cache

Memori L2 Cache ini terletak di Motherboard (lebih spesifik lagi : modul COAST : Cache On a

Stick. Bentuk khusus dari L2 yang mirip seperti Memory Module yang dapat diganti-ganti tergantung

motherboardnya). Akan tetapi ada juga yang terintegrasi langsung dengan MotherBoard, atau juga ada

yang terintegrasi dengan Processor Module. Di L2 Cache ini, kapasitasnya lebih besar dari pada L1

Cache. Ukurannya berkisar antara 256 KB-2 MB. Biasanya L2 Cache yang lebih besar diperlukan di

MotherBoard untuk Server. Kecepatan akses sekitar 10 ns.

3. Memory Module

Memory Module ini memiliki kapasitas yang berkisar antara 4 MB-512 MB. Kecepatan

aksesnya ada yang berbeda-beda. Ada yang berkecepatan 80 ns, 60 ns, 66 MHz (=15 ns), 100

MHz(=10ns), dan sekarang ini telah dikembangkan PC133mhZ(=7.5 ns).

Memori modul di kelompok kan menjadi 2,yaitu :

a) Single In-Line Memory Module (SIMM)

b) DIMM (Dual In-Line Memory Module)

1.Sistem Memory Komputer

Dilihat dari lokasi, memori dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu register, memori internal

dan memori eksternal. Register berada di dalam chip prosesor, memori ini diakses langsung oleh

prosesor dalam menjalankan operasinya. Register digunakan sebagai memori sementara dalam

perhitungan maupun pengolahan data dalam prosesor.Memori internal adalah memori yang berada

diluar chip prosesor namun mengaksesannya langsung oleh prosesor. Memori internal dibedakan

menjadi memori utama dan cache memori.Memori eksternal dapat diakses oleh prosesor melalui pirantiI/O.

Karakteristik lainnya adalah kapasitas. Kapasitas memori internal maupun eksternal biasanya

dinyatakan dalam mentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word . Panjang word umumnya 8, 16, 32 bit.

Memori eksternal biasanya lebih besar kapasitasnya daripada memori internal, hal ini disebabkan

karena teknologi dan sifat penggunaannya yang berbeda.

Karakteristik berikutnya adalah satuan tranfer . Bagi memori internal, satuan tranfer sama

dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori. Jumlah saluran ini sering

kali sama dengan panjang word, tapi dimungkinkan juga tdak sama. Tiga konsep yg berhubungan dg

satuan transfer :

• Word , merupakan satuan “alami” organisasi memori. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit

yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi.

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

dengan pengalamatan pada tingkatan byte. Pada semua kasus 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.Perbedaan tajam yang terdapat pada sejumlah jenis memori adalah metode access-nya. Terdapat

empat macam metode :

• Sequential access, memori diorganisasi menjadi unit – unit data yang disebut record .Akses harus

dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Informasi mengalamatan yang disimpan dipakai untuk

memisahkan record – record dan untuk membantu proses pencarian.

• Direct access, sama sequential access terdapat shared read/write mechanism. Setiap blok dan record

memiliki alamat unik berdasarkan lokasi fisiknya. Akses dilakukan langsung pada alamat memori.

• Random access, setiap lokasi memori dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara

langsung. Contohnya adalah memori utama.

• Associative access, merupakan jenis random akses yang memungkinkan pembandingan lokasi bit

yang diinginkan untuk pencocokan.

Berdasarkan karakteristik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja,yaitu :

• Access time

• Memory cycle time

• Transfer rate

2.Memory Utama

Memori utama merupakan media penyimpanan dalam bentuk array yang disusun word ataubyte, kapasitas daya simpannya bisa jutaan susunan.

Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Data yang disimpan pada

1. Random Access Memory ( RAM )

2. Read Only Memory ( ROM )

3. CMOS Memory

4. Virtual Memory

Memori utama ini bersifat volatile, artinya data yang disimpan bersifat

sementara dan dipertahankan oleh sumber-sumber listrik, apabila sumber listrik

dimatikan maka datanya akan hilang.Memori utama digunakan sebagai media penyimpanan data yang

berkaitan dengan CPU atau perangkat I/O.



Fungsi dari Memori Utama

Address bus pertama kali mengontak computer yang disebut memori. Yang dapat di akses oleh

CPU dalam melakukan salah satu dari proses membaca (read) atau menuliskan/menyimpan (write) ke

memori tersebut. Memori ini diistilahkan juga sebagai Memori Utama. Memori dapat dibayangkan

sebagai suatu ruang kerja bagi komputer dan memori juga menentukan terhadap ukuran dan jumlah

program yang bias juga jumlah data yang bias diproses. Memori terkadang disebut sebagai primary

storage, primary memory, main storage, main memory, internal memory. Memori berfungsi

menyimpan sistim aplikasi, sistem pengendalian, dan data yang sedang beroperasi atau diolah. Semakin

besar kapasitas memori akan meningkatkan kemapuan komputer tersebut. Memori diukur dengan KB

atau MB. Random Access Memory (RAM), merupakan bagian memory yang bisa digunakan oleh para

pemakai untuk menyimpan program dan data.

3.Cache Memory

Memori utama yang digunakan sistem computer pada awalnya dirasakan masih lambat kerjanya

dibandingkan dengan kerja CPU, sehingga perlu dibuat sebuah memori yang dapat membantu kerja

memori utama tersebut. Sebagai perbandingan waktu akses memori cache lebih cepat 5 sampai 10 kali

dibandingkan memori utama.

Cache berisi salinan sebagian isi memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memory,

maka dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah word tersebut berada di cache. Jika word

memori terdapat di cache, maka akan dikirimkan ke CPU yang dikenal sebagai proses HIT. Sedangkan

bila tidak ada,maka blok memori utama yang terdiri dari sejumlah word tetap akan diletakan/dicopikan

di cache yang dikenal sebagai proses MISS dan selanjutnya dikirimkan ke CPU.

Elemen-elemen rancangan cache

a.Ukuran Cache

Ukuran cache disesuaikan kebutuhannya dalam membantu kerja memori utama. Semakin besar

ukuran cache, maka semakin besar jumlah gerbang (gate) yang terdapat pada pengalamatan cache,

akibatnya adalah cache yang berukuran besar cenderung lebih lambat dibanding dengan cache

berukuran kecil.

b. Fungsi pemetaan (mapping)

Saluran cache lebih sedikit jumlah nya jika dibandingkan saluran blok memori utama sehinggaperlu algoritma untuk pemetaan blok-blok memori ke dalam saluran cache dan juga alat untuk

menentukan blok memori utama yang sedang memakai saluran cache. Pemilihan fungsi pemetaan

seperti langsung, asosiatif dan asosiatif set akan menentukan bentuk organisasi cache.

c.Pemetaan Langsung

Teknik yang paling sederhana, yaitu memetakkan masing-masing blok memori utama hanya ke

sebuah saluran cache saja.Fungsi pemetaan mudah diimplementasikan dengan menggunakan alamat.



Cache diakses dengan menggunakan alamat memori utama dianggap terdiri tiga field yaitu tag, line,

dan word. Kekurangannya yang utama adalah terdapat lokasi cache yang tetap bagi sembarang blok.

d.Pemetaan Asosiatif

Mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara mengizinkan setiap blok memori utama

untuk dimuatkan ke sembarang saluran cache. Dalam hal ini, cache control logic menginterpretasikan

alamat memori hanya sebagai sebuah field tag dan field word. Field tag secara unik mengidentifikasi

suatu blok memori utama. Untuk menentukan apakah suatu blok berada di dalam cache, maka cache

control logic harus secara simultan memeriksa setiap tag saluran yang sesuai. Dengan pemetaan

asosiatif, terdapat fleksibilitas penggantian blok ketika sebuah blok di baca ke dalam cache.

Kekurangan pemetaan ini adalah kompleksitas rangkaian yang diperlukan untuk menguji tag seluruh

saluran cache secara parallel.

4.Organisasi DRAM

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.Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya, modul memori berkembang beriring-iringan

dengan perkembangan processor.

Memori eksternal

Bersifat eksternal terhadap sistem komputer dan tentu saja berada di luar CPU,

Diperlukan untuk menyimpan data atau instruksi secara permanen.

Tidak diperlukan di dalam proses eksekusi sehingga tidak dapat diakses secara langsung oleh

prosesor (CPU). Untuk akses memori eksternal ini oleh CPU harus melalui pengontrol/modul

I/O.

Memori eksternal sering juga disebut sebagai memori sekunder.

Memori ini terdiri atas perangkat storage peripheral seperti : disk, pita magnetik, dll.

Kapasitas Memori

Kapasitas register (memori lokal) dinyatakan dalam bit.

Kapasitas memori internal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word.

Panjang word umum adalah 8, 16, dan 32 bit.

Kapasitas memori eksternal biasanya dinyatakan dalam byte.

Satuan Transfer (Unit of Transfer)

Satuan transfer sama dengan jumlah saluran data yang masuk ke dan keluar dari modul memori.

Bagi memori internal (memori utama), satuan transfer merupakan jumlah bit yang dibaca atau

yang dituliskan ke dalam memori pada suatu saat.



Bagi memori eksternal, data ditransfer dalam jumlah yang jauh lebih besar dari word, dalam hal

ini dikenal sebagai block.

Word

Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan

panjang instruksi, kecuali CRAY-1 dan VAX.

CRAY-1 memiliki panjang word 64 bit, memakai representasi integer 24 bit.

VAX memiliki panjang instruksi yang beragam, ukuran wordnya adalah 32 bit.

Addressable Units

Pada sejumlah sistem, addressable unit adalah word. Hubungan antara panjang suatu alamat (A)

dengan jumlah addressable unit (N) adalah 2A = N

Metode Akses Memori

Terdapat empat jenis pengaksesan satuan data, sbb.:

Sequential Access

Direct Access

Random Access

Associative Access

Sequential Access

- Memori diorganisasikan menjadi unit-unit data, yang disebut record.

- Akses dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik.

- Informasi pengalamatan dipakai untuk memisahkan record-record dan untuk membantu proses

pencarian.

- Mekanisme baca/tulis digunakan secara bersama (shared read/write mechanism), dengan cara

berjalan menuju lokasi yang diinginkan untuk mengeluarkan record.

- Waktu access record sangat bervariasi.

- Contoh sequential access adalah akses pada pita magnetik.

Direct Access

- Seperti sequential access, direct access juga menggunaka shared read/write mechanism, tetapi

setiap blok dan record memiliki alamat yang unik berdasarkan lokasi fisik.

- Akses dilakukan secara langsung terhadap kisaran umum (general vicinity) untuk mencapai

lokasi akhir.

- Waktu aksesnya bervariasi.

- Contoh direct access adalah akses pada disk.



Random Access

- Setiap lokasi dapat dipilih secara random dan diakses serta dialamati secara langsung.

- Waktu untuk mengakses lokasi tertentu tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya danbersifat konstan.

- Contoh random access adalah sistem memori utama.

Associative Access

- Setiap word dapat dicari berdasarkan pada isinya dan bukan berdasarkan alamatnya.

- Seperti pada RAM, setiap lokasi memiliki mekanisme pengalamatannya sendiri.

- Waktu pencariannya tidak bergantung secara konstan terhadap lokasi atau pola access

sebelumnya.

- Contoh associative access adalah memori cache.

Kinerja Memori

Ada tiga buah parameter untuk kinerja sistem memori, yaitu :

Waktu Akses ( 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.

Waktu Siklus (Cycle Time)

- Waktu siklus adalah waktu akses ditambah dengan waktu transien hingga sinyal hilang dari

saluran sinyal atau untuk menghasilkan kembali data bila data ini dibaca secara destruktif.

Laju Pemindahan (Transfer Rate)

- Transfer rate adalah kecepatan pemindahan data ke unit memori atau ditransfer dari unit

memori.

- Bagi RAM, transfer rate sama dengan 1/(waktu siklus).

- Bagi non-RAM, berlaku persamaan sbb.:

TN = Waktu rata-rata untuk membaca atau menulis sejumlah N bit.

TA = Waktu akses rata-rata

N = Jumlah bit

R = Kecepatan transfer, dalam bit per detik (bps)



Tipe Fisik Memori

Ada dua tipe fisik memori, yaitu :

Memori semikonduktor, memori ini memakai teknologi LSI atau VLSI (very large scaleintegration).

Memori ini banyak digunakan untuk memori internal misalnya RAM.

Memori permukaan magnetik, memori ini banyak digunakan untuk memori eksternal yaitu

untuk disk atau pita magnetik.

Karakteristik Fisik

Ada dua kriteria yang mencerminkan karakteristik fisik memori, yaitu:

Volatile dan Non-volatile

Pada memori volatile, informasi akan rusak secara alami atau hilang bila daya listriknya

dimatikan.

Pada memori non-volatile, sekali informasi direkam akan tetap berada di sana tanpa

mengalami kerusakan sebelum dilakukan perubahan. Pada memori ini daya listrik tidak

diperlukan untuk mempertahankan informasi tersebut.

Memori permukaan magnetik adalah non volatile.

Memori semikonduktor dapat berupa volatile atau non volatile.

Erasable dan Non-erasable Erasable artinya isi memori dapat dihapus dan diganti dengan informasi lain.

Memori semikonduktor yang tidak terhapuskan dan non volatile adalah ROM.

Bus,Cache,Internal,Dan Eksternal Memori

Documents