ARSITEKTUR MEMORI UTAMA SEMIKONDUKTOR

PARAMETER-PARAMETER MEMORI

Memori digunakan untuk penyimpanan informasi. Informasi didalam komputer berupa program (instruksi dan operand) dan informasi kontrol. Kapasitas memori dan kecepatan adalah dua hal penting yang merupakan pemanfaatan efektif komputer. Beberapa jenis memori hingga kini telah dikembangkan dan pada praktisnya terdapat banyak konsep manajemen memori yang ada.

Ada empat parameter penting yang signifikan dalam pemilihan sebuah memori komputer, yaitu:

Kapasitas
Kecepatan
Latency
Bandwith

Kapasitas Memori dapat dipandang sebagai sebuah unit pemyimpanan yang terdiri atas l jumlah lokasi yang masing-masing dapat menyimpan w jumlah bit. Dengan kata lain memori mempunyai l alamat dan panjang word w bit. Kapasitas total memori adalah l x w bit.

Parameter Memori

1. Kecepatan
Kecepatan operasi merupakan parameter penting memori, hal ini diukur dengan dua parameter: waktu akses (t_A) dan waktu pemulihan/recovery time (t_R). Waktu akses (t_A) adalah waktu yang diperlukan oleh memori untuk melengkapi operasi baca segera ketika menerima sinyal kontrol “baca”. Sedangkan waktu pemulihan (t_R) adalah waktu tambahan yang yang digunakan oleh memori untuk menyelesaikan beberapa operasi internal. Selama waktu pemulihan t_R, akses memori lainnya (baca atau tulis) tidak dapat dimulai. Operasi berikutnya baru dapat dimulai hanya setelah waktu pemulihan berakhir. Hasil penambahan waktu akses dan waktu pemulihan disebut waktu siklus (t_C = t_A + t_R), yang merupakan interval waktu minimum yang diperlukan dari awal operasi ke awal operasi berikutny a.

2. Latency
Merupakan waktu yang digunakan untuk mengakses lokasi (word) yang pertama dalam suatu rangkaian lokasi (blok lokasi). Beberapa jenis memori seperti hard disk, mempunyai organisasi internal yang dalam akses pertamanya kesuatu lokasi (sektor) mempunyai waktu akses yang lama, sedangkan lokasi yang berdekatan mempunyai waktu akses yang lebih singkat.

3. Bandwith
Bandwith adalah kecepatan transfer data memori yang dinyatakan dalam jumlah byte per detik.

Operasi Memori

Walaupun setiap jenis memori berbeda cara operasi internalnya, tetapi prinsip-prinsip operasi dasar tertentu adalah sama untuk semua sistem memori.

Setiap sistem memori memerlukan beberapa jenis saluran input dan output untuk melaksanakan fungsi-fungsi berikut :

Memilih alamat memori yang akan diakses untuk operasi baca atau operasi tulis.
Memilih operasi baca atau operasi tulis untuk dilaksanakan.
Mensuplai data input untuk penyimpanan dalam memori ketika operasi penulisan.
Menahan data output yang berasal dari memori ketika operasi pembacaan.
Enable (atau disable) memori agar memori akan (tidak akan) merespon masukan alamat dan perintah baca/tulis.
Eksekusi instruksi yang lebih cepat (memberikan kecepatan siklus instruksi rata-rata satu clock per instruksi)

Klasifikasi Memori

Klasifikasi memori yang umum adalah berdasarkan fungsi, teknologi, modus penggunanaannya (kemampuan baca/tulis) serta metode akses.

Klasifikasi memori berdasarkan fungsi:

- Memori utama

- Memori cache

- Memori sekunder

- Memori virtual

Klasifikasi memori berdasarkan teknologi:

- Memori magnetic bubble

- Memori core

- Memori semikonduktor

- Memori optik

Klasifikasi memori berdasarkan kemampuan:

- Memori baca/tulis

- Memori baca saja (read only)

Klasifikasi memori berdasarkan metode akses:

- Memori akses acak

- Memori akses urut

- Memori akses semi-acak

Memori Utama

CPU mengambil (fetch) instruksi dari memori utama ketika program dijalankan. Memori ini dikenal juga dengan nama memori program dan memori primer.

Untuk mengeksekusi program, program ditransfer ke dalam memori utama, dimana memori utama adalah jenis memori akses acak (RAM). Pada suatu CPU, kapasitas maksimum memori uatama adalah 2ⁿ lokasi dimana n adalah jumlah bit alamat memori.

Secara fisik memori utama dapat diintegrasikan kedalam sebuah IC prosesor dan juga ke mikrokontroler. Memori ini disebut on-chip memory atau memori internal.

Memori Sekunder

Memori sekunder dikenal juga dengan nama memori pembantu (auxiliary memory). Memori ini digunakan untuk menyimpan program dan data dalam volume yang besar. Saat ini yang biasa digunakan sebagai memori sekunder adalah floppy disk, pita magnetik dan disk optik.

Untuk CPU dan sistem operasi, memori sekunder menyimpan beberapa informasi yang dapat digeser ke memori utama ketika diperlukan. CPU mengakses memori sekunder sebagai perangkat peripheral, namun sistem operasi dapat memanipulasi memori sekunder sebagai perpanjangan dari memori utama (memori virtual).

Memori Cache

Memori cache merupakan sebuah penyangga tengah antara CPU dan memori utama. Kapasitasnya lebih kecil dibandingkan dengan memori utama karena sangat mahal. Kecepatannnya beberapa kali dari memori utama. Karena itu sering digunakan dalam menyalin data/instruksi dari memori utama ke memori cache.

Memori cache dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

Memori cache gabung (menyimpan instruksi dan data)
Memori cache instruksi dan cache data terpisah.

Memori cache secara fisik dapat diintegrasikan dengan prosesor IC sebagai cache internal yang dikenal sebagai on-chip cache.

Memori Virtual

Memori virtual adalah suatu fitur/konsep yang membantu untuk menjalankan program yang panjang dalam sebuah memori fisik yang kecil.

Sistem operasi mengatur program (besar) dengan hanya menyimpan sebagian didalam memori utama dan menggunakan memori sekunder untuk menyimpan program keseluruhan. Ketika bagian program tertentu tidak terdapat didalam memori utama, maka diambil dari memori sekunder. Perangkat keras CPU dan sistem operasi bekerja sama dalam melakukan hal tersebut pada saat program dijalankan.

Teknologi Memori

Dahulu dalam beberapa tahun memori inti magnetik banyak digunakan sebagai memori utama pada komputer mainframe dan komputer mini, tetapi sekarang secara total diganti dengan memori semikonduktor.

Keuntungan utama memori semikonduktor dibanding memori inti adalah konsumsi daya rendah, waktu akses singkat, non-destructive read out dan ukuran kecil. Ada dua jenis memori semikonduktor yaitu paralel dan serial.

Arsitektur ROM

Pada arsitektur ROM terdapat empat bagian dasar, yaitu larik register (register array), decoder baris, decoder kolom dan penyangga output.

Jenis-Jenis ROM

Memori ROM dibagi menjadi lima jenis, yaitu MROM (Mask-programmed Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) dan memori Flash (EEPROM jenis khusus yang dapat dihapus dan diubah dalam blok pada suatu operasi besar (seperti kilat)).

RAM Semikonduktor

Sebutan RAM (Random Access Memory) berarti lokasi alamat memori dimana saja dapat diakses semudah mengakses lokasi alamat lainnya dalam memori tersebut tanpa ada perbedaan waktu akses seperti yang terjadi pada memori sekuensial. Istilah RAM digunakan pada memori semikonduktor yang umumnya berarti memori baca/tulis (RWM, Read/Write Memory).

Kelemahan utama RAM adalah data akan hilang jika dayanya mati, atau biasa disebut dengan istilah memori volatile. Namun demikian, beberapa RAM dengan teknologi CMOS menggunakan catu daya yang demikian kecil dalam mode siang (tidak ada aktivitas baca dan tulis) mereka dapat dicatu dari baterai kapanpun catu daya utama terputus. Keuntungan utama RAM adalah karena dapat ditulisi dan dibaca dengan cepat sama mudahnya.

Ada dua jenis memori semikonduktor baca/tulis yaitu memori statik (Static Random Access Memory, SRAM) dan memori dinamik (Dynamic Random Access Memory, DRAM).

Setiap sel didalam SRAM terdapat sebuah flip-flop yang menyimpan 1 atau 0 selama ada suplai daya. Memori SRAM membutuhkan ruang lebih banyak daripada DRAM, tetapi lebih cepat. Sedangkan setiap sel didalam DRAM terdapat sebuah kapasitor yang menyimpan 1 dan 0 seperti cara penyimpanan muatan pada kapasitor, yang akan mengalami discharge (pembuangan muatan) selama periode waktu tertentu. Untuk melakukan penyegaran (refreshing) isi sel dilakukan dengan pemberian muatan kembali (recahrge).

Alokasi Memori Utama

Ketika arsitektur komputer telah rampung, salah satu pekerjaan perancangan yang paling penting adalah pemanfaatan ruang memori utama.

Keseluruhan ruang memori utama tidak dapat diperuntukkan bagi penggunaan program saja karena alasan-alasan berikut:

Beberapa ruang memori diperlukan untuk memberikan jatah alamat bagi I/O port dalam sebuah skema memory mapped I/O. Walaupun jatah I/O port dalam suatu komputer dalam orde 10-100, suatu ruang besar 64 K dicadangkan untuk I/O port. Bagian ini tidak dapat digunakan untuk program. Karena itu hardware bertanggungjawab untuk pengkodean pada ruang alamat ini dan melakukan disable pada memori utama selama operasi baca/tulis untuk alamat pada ruang ini.

Pada beberapa sistem, sebagian dari memori utama dicadangkan sebagai video buffer (dikenal juga sebagai memori layar).

Secara fisik, sebuah memori baca/tulis tetap ada dalam ruang alamat ini. Ruang ini digunakan bersama (share) antara CPU dan pengontrol layar (CRT). CPU menyimpan “halaman memori” untuk menampilkannya pada layar CRT. Oleh karena itu bagian ini tidak disediakan untuk program biasa.

Penyedian memori untuk program digunakan dalam dua cara: