Organisasi dan Arsitektur Komputer Tim Jurusan Sesi 4 Memori Nama Mata Kuliah sesuai dengan silabi Dalam hal pengampu matakuliah paralel lebih dari tiga orang, maka dituliskan : “Tim Pengampu Mata Kuliah” “Sesi n” diisi sesuai dengan sesi / pertemuan, contoh : “sesi 1” / “sesi 2” dst Pokok Bahasan Mengikuti Silabi Nomor Kode Mata Kuliah diisi sesuai dengan Mata Kuliah Revisi Terakhir, diisi dengan terakhir kali direvisi, sebelum direvisi, maka diisi tahun pembuatan

Outline Sesi Pokok Bahasan Sub Pokok Bahasan 1 Pendahuluan Definisi organisasi dan arsitektur computer Arsitektur Von Neuman Hubungan organisasi komputer dengan arsitektur komputer 2 Struktur Komputer dan Fungsi Organisasi komputer Blok diagram CPU Organisasi register Register data dan alamat 3 Mikroprossesor dan arsitektur internalnya Arsitektur prosessor X86 Penerapan untuk PC 4 Memori Memori internal Memori eksternal Hirarki memori 5 Cache memori Organisasi cache memori Direct mapped cache Outline berisi daftar isi keseluruhan slide pada sesi yang dimaksud, Jumlah Sub Pokok Bahasan mengikuti yang terdapat pada silabi / SAP - Referensi yang dimaksud adalah referensi yang digunakan pada slide / sesi ini, mengacu pada buku dan bab yang diacu;

Outline Sesi Pokok Bahasan Sub Pokok Bahasan 6 Cache memori Associative cache Set associative cache 7 Virtual memori Konsep virtual memori 8 Mode pengalamatan dan set instruksi Mode pengalamatan register Mode pengalamatan register segera Mode pengalamatan langsung Mode pengalamatan tidak langsung 9 Mode pengalamatan relatif dasar Mode pengalamatan langsung terindeks Mode pengalamatan dasar terindeks 10 Interkoneksi bus Pengertian bus dan sistem bus Struktur bus, jenis bus, metode arbitrasi, interkoneksi bus dan prinsip operasi bus

Outline Sesi Pokok Bahasan Sub Pokok Bahasan 11 I/O Fungsi I/O, Piranti I/O, Operasi I/O dan Mode transfer data. 12 Risc dan Pipelining Reduced instruction set architecture Pipelining RISC Perbedaan RISC dan CISC Prosesor supersaklar 13 Pengenalan multiprosessor Macam-macam arsitektur clean Simetric multiprosessor 14 Operasi unit kendali Operasi mikro Kendali prosesor Kendali mikroprogrammed

Tujuan Intruksional Mampu menjelaskan jenis memori. Mampu menjelaskan hirarki memori. Mampu menjelaskan perbedaan memori internal dan eksternal. Tujuan Intruksional yang dimaksud adalah tujuan yang hendak dicapai pada sesi yang dimaksud, jumlah dan isi sesuai dengan silabi dan SAP;

Memori Sub Pokok Bahasan 1 : Memori intarnal. Sub Pokok Bahasan 2 : Memori eksternal. Sub Pokok Bahasan 3 : Hirarki memori. Jumlah dan isi sub pokok bahasan mengacu pada silabi dan SAP;

Processor-Memory Performance GAP

Karakteristik Memori Memory diklasifikasikan berdasarkan: Lokasi Kapasitas Satuan transfer Cara akses Performansi Jenis fisik Karakter fisik Organisasi memori

Karakteristik Memori Lokasi Kapasitas Internal : dapat diakses oleh prosesor tanpa melalui I/O Register Cache memory Main memory (RAM) Eksternal : untuk mengaksesnya harus melalui I/O Harddisk, Diskette, Magnetic Tape Flashdisk CDROM, dll Kapasitas Adalah kemampuan menampung data dalam satuan tertentu (byte atau word)

Karakteristik Memori 3. Satuan transfer Memori internal : Adalah banyaknya bit yang dibaca/ditulis dari/ke memori dalam setiap detik. Setara dengan banyaknya jalur data yang terhubung ke memori (lebar bus) Biasanya sebanyak satu word Memori eksternal : Digunakan satuan block yang ukurannya lebih dari satu word. Satuan alamat (minimum addressable unit) Adalah ukuran memori terkecil yang dapat diberi alamat tersendiri. Biasanya tergantung pada pembuat prosesor. Cluster di harddisk

Karakteristik Memori 4. Cara akses Sequential access Direct access Akses ke memori dilakukan secara berurutan (searching, passing dan rejecting) Digunakan mekanisme shared read/write Waktu akses sangat variable tergantung pada lokasi data yang akan dituju dan data sebelumya. Contohnya : magnetic tape Direct access Akses ke memori langsung menuju ke lokasi terdekat, diteruskan dengan sedikit pencarian dan perhiungan. Setiap blok/record mempunyai alamat unik berdasarkan lokasi fisik. Waktu aksesnya variable (berbeda-beda) dan bergantung pada lokasi data yang akan dituju dan lokasi data sebelumnya. Contohnya : harddisk

Karakteristik Memori 4. Cara akses Random access Associative Akses ke memori dilakukan secara random langsung ke alamat yang dituju Setiap alamat memori mempunyai alamat unik Waktu aksesnya konstan dan tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya Contohnya : main memory, beberapa sistem cache Associative Pencarian data di memori dilakukan dengan membandingkan seluruh word secara bersamaan, tidak berdasarkan alamat Waktu akses konstan dan tidak tergantung pada lokasi dan urutan akses sebelumnya. Contohnya : cache memory

Karakteristik Memori 5. Performansi Waktu akses (access time) Waktu antara perintah akses (baca atau tulis) sampai didapatkannya data di MBR atau data dari MBR telah disalin kelokasi memori tertentu. Waktu siklus memori (cycle time) Waktu dimulainya suatu operasi memori sampai memori siap melaksanakan operasi berikutnya. Waktu akses + waktu untuk perubahan signal jalur data sebelum akses kedua. Cycle time > access time

Karakteristik Memori 5. Performansi Transfer rate Adalah waktu rata-rata perpindahan data RAM : 1/waktu siklus Non RAM: TN = TA +N/R TN = waktu rata-rata untuk baca/tulis sejumlah N bit TA = rata-rata waktu akses N = jumlah bit R = transfer rate (bit per second)

Karakteristik Memori 6. Jenis fisik 7. Karakteristik fisik Semikonduktor : RAM, flashdisk Magnetik : harddisk, magnetic tape Optik : CD, DVD 7. Karakteristik fisik Volatile : nilainya hilang bila tegangan listrik tidak ada. Non volatile : nilai tidak hilang meskipun tidak ada tegangan listrik Erasable : nilainya dapat dihapus (magnetic) Non erasable : nilainya tidak dapat dihapus (ROM) 8. Organisasi memori Penyusun bit untuk membentuk word

Sel Memori Setiap memori tersusun dari rangkaian sel-sel memori Tiap sel terdiri dari 3 terminal : Select : untuk memilih sel memori yang akan dibaca/ditulisi Control : untuk menentukan jenis operasi write/read Data : Write : untuk mengubah kondisi sel dari 1 ke 0 dan sebaliknya. Read : untuk membaca sel memori

Sel Memori Implementasi sel memori Perbedaannya : Magnetic core Semikonduktor Perbedaannya : Lambat Untuk luasan yang sama jumlahnya, memori lebih sedikit. Non volatile Cepat Untuk luasan yang sama jumlahnya, memori yang digunakan jauh lebih banyak volatile

Bagaimana memori diakses ?

Bagaimana memori diakses? (Penjelasan slide 18) Urutan baca dari memori : Taruh alamat memori yang akan dibaca ke MAR. Kirim READ signal melalui READ control line Decode isi MAR sehingga diperoleh nilai x dan y (nilai MAR tidak berubah) Taruh isi alamat yang ditunjuk ke dalam MBR. Urutan tulis ke memori : Taruh alamat memori yang akan ditulisi ke MAR Taruh data yang akan ditulisi ke MBR Kirim signal WRITE melalui WRITE control line Copy-kan isi MBR ke memori (isi MBR tidak berubah)

Jenis Memori Semikonduktor Random access memory (RAM) Read Only Memory (ROM) Programmable ROM(PROM) Erasable PROM (EPROM) Electrically Erasable PROM (EEPROM) Flash Memory

RAM (Random Access Memory) Dynamic RAM (DRAM) Sel DRAM Data berupa muatan listrik yang disimpan di kapasitor Mengapa disebut dynamic RAM ? Muatan listrik yang disimpan di kapasitor cenderung mengalami kebocoran, sehingga harus selalu di-refresh DRAM digunakan untuk main memory

RAM (Random Access Memory) Static RAM (SRAM) Sel SRAM Disusun dari bebrapa transistor Mengapa disebut static RAM ? Selama masih ada listrik, maka data yang disimpan tidak hilang, sehingga tidak perlu di-refresh SRAM digunakan untuk cache memory

DRAM vs SRAM Kesamaan DRAM dan SRAM Sama-sama volatile DRAM Sederhana Dimensi lebih kecil Murah Kapasitas bersa Perlu rangkaian refresh Biaya rangkaian refresh memori berukuran besar lebih mahal daripada biaya memori itu sendiri Lebih lambat SRAM Lebih kompleks Dimensi lebih besar Lebih mahal Kapasitas kecil Tidak perlu di refesh Tidak perlu rangkaian refresh Lebih cepat Kesamaan DRAM dan SRAM Sama-sama volatile

Advanced DRAM Synchronous DRAM (SDRAM) Pertukaran data didasarkan pada signal clock eksternal tanpa wait state Kecepatan sesuai dengan kecepatan prosesor atau bus memori Selama proses pencarian data, CPU dapat melakukan tugas lain (tidak perlu menunggu, karena CPU tahu kapan data sudah tersedia) Double Data Rate – SDRAM (DDR – SDRAM) Sama seperti SDRAM, tetapi dapat mengirimkan data 2x dalam satu clock

Advanced DRAM Rambus DRAM (RDRAM) Diadopsi oleh Intel untuk Pentium dan Itanium Bus alamat support sampai 320 chip RDRAM Transfer data sampai 1,6 GBps (2 x 800 MBps) Jalur data sebanyak 18 bit Memory request melalui high speed bus yang memuat informasi : Alamat yang diinginkan Jenis operasi Jumlah byte dala operasi Pengiriman data secara synchronous

Advanced DRAM Cache DRAM (CDRAM) Penggabungan sejumlah kecil SRAM (16 bit) ke dalam chip DRAM Tujuan : Sebagai cache seperti cache pada prosesor yang terdiri dari 64 line Sebagai buffer akses blok data serial, misal untuk refresh screen.

Tujuan Hirarki Memori Fakta “Large memories are slow and fast memories are small” Bagaimana membuat memori yang dapat menggambarkan bahwa Memori memiliki Kapasitas yang besar, murah dan cepat ? Berhirarki Parallelism

Hirarki Memori

Memori Eksternal Magnetik Disk Disk adalah piringan bundar yang terbuat dari bahan tertentu (logam atau plastik) dengan permukaan dilapisi bahan yang dapat di magnetisasi. Mekanisme baca/tulis menggunakan kepala baca atau tulis yang disebut head. Desain fisiknya, head bersifat stasioner sedangkan piringan disk berputar sesuai kontrolnya. Disk diorganisasi dalam bentuk cincin – cincin konsentris yang disebut track. Blok – blok data disimpan dalam disk yang berukuran blok, yang disebut sector

Memori Eksternal Optical Disk

Memori Eksternal Harddisk IDE Disk SCSI Disk IDE (Integrated Drive Electronics) Berkapasitas maksimal 528 MB dan mengontrol 2 disk. IDE berkembang menjadi EIDE (Extended Integrated Drive Electronics) yang mampu menangani harddisk lebih dari 528 MB dan mendukung pengalamatan LBA (Logical Block Addressing), yaitu metode pangalamatan yang hanya memberi nomer pada sektor – sektor mulai dari 0 hingga maksimal 224-1. SCSI Disk SCSI (Small Computer System Interface) Mirip dengan IDE dalam hal organisasi pengalamatannya. Perbedaannya pada piranti antarmukanya yang mampu mentransfer data dalam kecepatan tinggi

Refrensi William Stalling, Computer OrganizationAnd Achitecture Designing for Performace Chapter 5 and Chapter 6.