memori eksternal

Memori Eksternal

Magnetik Disk

Ø  Disk merupakan sebuah piringan bundar yang terbuat dari logam atau plastik yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi.

Ø  Data direkam di atasnya dan dapat dibaca dari disk dengan menggunakan kumparan pengkonduksi (conducting coil) yang dinamakan head

Ø  Pada operasi penulisan, arus listrik pada head memagnetisasi disk.

Ø  Pada operasi pembacaan, medan magnet pada disk yang bergerak di bawah head menghasilkan arus listrik pada head.

Ø  Selama operasi pembacaan dan penulisan, head bersifat stasioner sedangkan piringan bergerak-gerak di bawahnya.

Organisasi Data dan Pemformatan

Ø  Organisasi data pada piringan berbentuk sejumlah cincin-cincin yang konsentris yang disebut track.

Ø  Masing-masing track lebarnya sama dengan lebar head.

Ø  Track yang berdekatan dipisahkan oleh gap

Ø  Gap bertujuan untuk mencegah/mengurangi error akibat melesetnya head atau interferensi medan magnet.

Ø  Kerapatan (density), dalam bit per inci linear, pada track sebelah dalam lebih tinggi (lebih rapat) dibanding track sebelah luarnya.

Ø  Data disimpan pada daerah berukuran blok yang dikenal sebagai sector.

Ø  Biasanya terdapat antara 10 hingga 100 sector per track.

Ø  Sector-sector yang berdekatan dipisahkan oleh gap-gap intra-track atau inter-record.

Ø  Layout data disk meliputi:

·       Track

·       Inter-track Gaps

·       Kerapatan (density)

·       Sector

Ø  Salah satu contoh pemformatan disk adalah format track disk Winchester (Seagate ST506)

·       Setiap track berisi 30 sector yang panjangnya tetap

·       Masing-masing track berisi 600 byte

·       Setiap sector menampung 512 byte data ditambah informasi kontrol yang berguna bagi disk controller.

Karakteristik

Ada beberapa karakteristik Sistem Disk:

Ø  Gerakan head

·       Fixed head disk Ú terdapat sebuah head baca/tulis per track jadi ada beberapa head baca/tulis per surface. Semua head ditempatkan pada lengan memanjang ke seluruh track.

·       Movable head disk Ú hanya terdapat sebuah head baca/tulis per surface. Lengan dimana head ditempatkan dapat memanjang dan memendek untuk menuju ke salah satu track.

Ø  Portabilitas disk

Disk berada pada sebuah disk drive yang terdiri dari lengan, tangkai yang dapat menggerakkan disk, dan perangkat elektronik untuk keperluan input dan output data biner.

·       Non-removable disk Ú secara permanen berada pada disk drive.

·       Removable disk Ú dapat dilepas dan diganti dengan disk lain.

Ø  Permukaan yang dimagnetisasi

·       Double-sided Ú kedua sisi permukaannya dimagnetisasi

·       Single-sided Ú hanya satu permukaan yang dimagnetisasi (disk bermuka tunggal)

Ø  Banyaknya piringan pada disk drive

·       Single platter

·       Multiple platter

Ø  Mekanisme Head

·       Contact (floopy) Ú terdapat kontak secara fisik antara head dengan medium (disk) selama operasi baca/tulis.

·       Fixed Gap Ú ada jarak yang tetap antara head dengan disk.

·       Aerodynamic Gap (Winchester) Ú ada kertas timah pelindung yang aerodynamis antara head dengan disk sehingga jarak antara head dan disk dapat diperpendek.

Waktu Akses Disk

Ø  Ketika disk drive beroperasi, disk berputar dengan kecepatan tetap.

Ø  Untuk dapat membaca dan menulis, head harus berada pada awal sector dari track yang diinginkan.

Ø  Pemilihan track meliputi perpindahan head pada sistem movable head atau mekanisme elektronis pada head untuk sistem fixed head.

·       Waktu yang diperlukan untuk menempatkan head pada track yang diinginkan dikenal sebagai seek time.

Ø  Sekali track sudah dipilih, sistem akan menunggu sampai sector yang bersangkutan berputar agar sesuai dengan head.

·       Waktu yang diperlukan oleh sector untuk mencapai head disebut rotational latency

Ø  Access time, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk berada pada posisi siap membaca atau menulis.

·       Jumlah antara seek time dan rotational latency sama dengan Access time.

RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

Ô  RAID (Redundancy Array of Independent Disk) diajukan untuk mendekatkan jurang yang lebar antara kecepatan prosesor dan elektromekanis disk drive yang relatif lambat.

Ô  Strateginya adalah dengan mengganti disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk drive berkapasitas kecil, dan mendistribusikan data sedemikian rupa sehingga memungkinkan akses data dari sejumlah drive secara simultan, yang akan meningkatkan kinerja I/O dan memungkinkan peningkatan kapasitas secara mudah.

Ô  RAID mengatasi permasalahan standarisasi bagi rancangan database dengan disk berjumlah banyak.

Ô  Pola RAID terdiri dari enam tingkat, nol hingga lima.

Tiga karakteristik umum pada Tingkatan RAID, yaitu:

1.    RAID merupakan sekumpulan disk drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logik tunggal.

2.    Data didistribusikan ke drive fisik array

3.    Kapasitas redundant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recoverability data ketika terjadi kegagalan disk.

RAID Tingkat 0

·       RAID tingkat 0 sebenarnya bukan anggota keluarga RAID karena tidak menggunakan redundansi untuk meningkatkan kinerja.

·       Bagi RAID tingkat 0, data pengguna dan data sistem didistribusi ke seluruh disk pada array.

RAID Tingkat 1

·       RAID tingkat 1 berbeda dengan RAID tingkat 2 sampai 5 dalam cara memperoleh redundansinya.

·       Pada RAID lainnya, beberapa bentuk kalkulasi paritas digunakan untuk mendapatkan redundansi.

·       Pada RAID tingkat 1, redundansi diperoleh cukup dengan cara menduplikasikan seluruh data.

·       Beberapa aspek positif bagi organisasi RAID 1 :

o         Read request dapat dilayani oleh salah satu dari kedua disk yang berisi data yang diminta, yang memiliki seek time plus rotational latency yang minimum.

o         Write request memerlukan kedua strip yang berkaitan untuk di-update, namun hal ini dapat dilakukan secara paralel.

o         Recovery dari kegagalan cukup sederhana. Bila drive mengalami kegagalan, maka data masih dapat diakses dari drive kedua.

RAID tingkat 2

ð  RAID tingkat 2 dan 3 menggunakan teknik akses paralel.

ð  Dalam parallel access array, seluruh anggota disk berpartisipasi dalam mengeksekusi setiap request I/O.

ð  Pemutar setiap drive umumnya disinkronisasikan sehingga seluruh head disk selalu berada pada posisi yang sama.

RAID tingkat 3

ð  RAID 3 diorganisasikan dengan cara yang sama dengan RAID 2, bedanya adalah bahwa RAID 3 hanya membutuhkan disk redundan tunggal, tidak tergantung pada berapa besar array disknya.

ð  RAID 3 menggunakan akses paralel dengan data yang didistribusikan dalam bentuk strip-strik kecil.

ð  Di sini kode error-correcting tidak dihitung.

RAID tingkat 4

ð  RAID tingat 4 dan 5 menggunakan teknik akses yang independen.

ð  Dalam array dengan akses independen, setiap disk anggota beroperasi secara independen, sehingga request I/O dapat dipenuhi secara paralel.

ð  Laju transfer data tinggi

ð  Juga digunakan striping data

memori internal

 Karakteristik Sistem Memori (secara umum)

1.          Lokasi ® CPU ® Internal (main) ® External (secondary) 2.          Kapasitas ® Ukuran word ® Banyaknya word 3.          Satuan Transfer ® Word ® Block 4.          Metode Akses ® Sequential access ® Direct access ® Random access ® Associative access

5.          Kinerja ® Access time ® Cycle time ® Transfer rate 6.          Tipe Fisik ® Semikonduktor ® Permukaan magnetik 7.          Karakteristik Fisik ® Volatile/nonvolatile ® Erasable/nonerasable 8.          Organisasi Catatan: Bagi pengguna dua karakteristik penting memori adalah Ø Kapasitas, Ø Kinerja.

Penjelasan

Ad 1) Lokasi Memori

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

Ø Memori lokal

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

o   Memori ini diperlukan untuk semua kegiatan CPU,

o   Memori ini disebut register.

Ø Memori internal

o   Berada di luar CPU tetapi bersifat internal terhadap sistem komputer,

o   Diperlukan oleh CPU untuk proses eksekusi (operasi) program, sehingga dapat diakses secara langsung oleh prosesor (CPU) tanpa modul perantara,

o   Memori internal sering juga disebut sebagai memori primer atau memori utama.

o   Memori internal biasanya menggunakan media RAM

Ø Memori eksternal

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

o   Diperlukan untuk menyimpan data atau instruksi secara permanen.

o   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.

o   Memori eksternal sering juga disebut sebagai memori sekunder.

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

Ad 2) Kapasitas Memori

Ø Kapasitas register (memori lokal) dinyatakan dalam bit.

Ø Kapasitas memori internal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte       (1 byte = 8 bit) atau word. Panjang word umum adalah 8, 16, dan 32 bit.

Ø Kapasitas memori eksternal biasanya dinyatakan dalam byte.

Ad 3) Satuan Transfer (Unit of Transfer)

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

Ø Bagi memori internal (memori utama), satuan transfer merupakan jumlah bit yang dibaca atau yang dituliskan ke dalam memori pada suatu saat.

Ø 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.

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

Ø 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 2^A = N

Ad 4) Metode Akses Memori

Terdapat empat jenis pengaksesan satuan data, sbb.:

Ø Sequential Access

Ø Direct Access

Ø Random Access

Ø Associative Access

v 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.

v 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.

v 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 dan bersifat konstan.

®        Contoh random access adalah sistem memori utama.

v 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.

Ad 5) Kinerja Memori

Ada tiga buah parameter untuk kinerja sistem memori, yaitu :

Ø 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.

Ø 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.

Ø 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.:

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

T_A = Waktu akses rata-rata

N = Jumlah bit

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

Ad 6) Tipe Fisik Memori

Ada dua tipe fisik memori, yaitu :

Ø Memori semikonduktor, memori ini memakai teknologi LSI atau VLSI (very large scale integration).

Memori ini banyak digunakan untuk memori internal misalnya RAM.

Ø Memori permukaan magnetik, memori ini banyak digunakan untuk memori eksternal yaitu untuk disk atau pita magnetik.

Ad 7) Karakteristik Fisik

Ada dua kriteria yang mencerminkan karakteristik fisik memori, yaitu:

Ø Volatile dan Non-volatile

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

o   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.

Ø Erasable dan Non-erasable

o   Erasable artinya isi memori dapat dihapus dan diganti dengan informasi lain.

o   Memori semikonduktor yang tidak terhapuskan dan non volatile adalah ROM.

Ad 8) Organisasi

Yang dimaksud dengan organisasi adalah pengaturan bit dalam menyusun word secara fisik.

Hirarki Memori

Tiga pertanyaan dalam rancangan memori, yaitu :

Berapa banyak? Berapa cepat?     Berapa mahal?

Kapasitas.            Waktu access      Harga

Setiap spektrum teknologi mempunyai hubungan sbb.:

Ø Semakin kecil waktu access, semakin besar harga per bit.

Ø Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bit.

Ø Semakin besar kapasitas, semakin besar waktu access.

Untuk mendapatkan kinerja terbaik, memori harus mampu mengikuti CPU. Artinya apabila CPU sedang mengeksekusi instruksi, kita tidak perlu menghentikan CPU untuk menunggu datangnya instruksi atau operand.

Untuk mendapatkan kinerja terbaik, memori menjadi mahal, berkasitas relatif rendah, dan waktu access yang cepat.

Untuk memperoleh kinerja yang optimal, perlu kombinasi teknologi komponen memori. Dari kombinasi ini dapat disusun hirarki memori sbb.:

 

Semakin menurun hirarki, maka hal-hal di bawah ini akan terjadi :

a)    Penurunan harga per bit

b)   Peningkatan kapasitas

c)    Peningkatan waktu akses

d)   Penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.

Kunci keberhasilan organisasi adalah penurunan frekuensi akses memori oleh CPU.

Bila memori dapat diorganisasikan dengan penurunan harga per bit melalui peningkatan waktu akses, dan bila data dan instruksi dapat didistribusikan melalui memori ini dengan penurunan frekuensi akses memori oleh CPU, maka pola ini akan mengurangi biaya secar keseluruhan dengan tingkatan kinerja tertentu.

Register adalah jenis memori yang tercepat, terkecil, dan termahal yang merupakan memori internal bagi prosesor.

Memori utama merupakan sistem internal memory dari sebuah komputer. Setiap lokasi di dalam memori utama memiliki alamat yang unik.

Cache adalah perangkat untuk pergerakan data antara memori utama dan register prosesor untuk meningkatkan kinerja.

Ketiga bentuk meori di atas bersifat volatile dan memakai teknologi semikonduktor.

Magnetic disk dan Magnetic tape adalah external memory dan bersifat non-volatile.

Memori Semikonduktor

Ada beberapa memori semikonduktor, yaitu :

1.    RAM : RAM statik (SRAM) dan RAM dinamik (DRAM).

2.    ROM : ROM, Programmable ROM (PROM), Erasable PROM (EPROM), Electrically EPROM (EEPROM), Flash Memory.

Random Access Memory (RAM)

Ø Baca dan tulis data dari dan ke memori dapat dilakukan dengan mudah dan cepat.

Ø Bersifat volatile

Ø Perlu catu daya listrik.

RAM Dinamik (DRAM)

Disusun oleh sel-sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor.

Ada dan tidak ada muatan listrik pada kapasitor dinyatakan sebagai bilangan biner 1 dan 0.

Perlu pengisian muatan listrik secara periodik untuk memelihara penyimapanan data.

RAM Statik (SRAM)

Disusun oleh deretan flip-flop.

Baik SRAM maupun DRAM adalah volatile. Sel memori DRAM lebih sederhana dibanding SRAM, karena itu lebih kecil. DRAM lebih rapat (sel lebih kecil = lebih banyak sel per satuan luas) dan lebih murah. DRAM memrlukan rangkaian pengosong muatan. DRAM cenderung lebih baik bila digunakan untuk kebutuhan memori yang lebih besar. DRAM lebih lambat.

Read Only Memory (ROM)

Ø Menyimpan data secara permanen

Ø Hanya bisa dibaca

Dua masalah ROM

Ø Langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi.

Ø Tidak boleh terjadi kesalahan (error).