CACHE MEMORY dan INTERNAL MEMORY

Untuk Download Document Lengkap (ada Gambarx) : [DOWNLOAD] via 4shared.com

 TINJAUAN SISTEM MEMORI KOMPUTER
Karakteristik Sistem Memori
         Subyek kompleks memori komputer dibuat lebih mudah dikelola jika kita mengklasifikasikan sistem memori sesuai dengan karakteristik utama mereka . Memori internal sering disamakan dengan memori utama . Cache adalah bentuk lain dari memori internal. Memori eksternal terdiri dari penyimpanan perangkat perifer, seperti disk dan tape , yang dapat diakses melalui prosesor I / O controller .
          Karakteristik yang nyata dari memori adalah melalui kapasitasnya. Untuk memori internal, biasanya dinyatakan dalam byte ( 1 byte = 8 bit ) atau kata-kata . Umumnya mempunyai panjang 8 , 16 , dan 32 bit . Kapasitas memori eksternal biasanya dinyatakan dalam istilah byte .
         

Sebuah konsep yang terkait adalah unit transfer. Untuk memori internal , unit transfer sama dengan jumlah baris listrik masuk dan keluar dari memori modul . Ini mungkin sama dengan panjang kata, tapi seringkali lebih besar , seperti 64 , 128 , atau 256 bit . Untuk menjelaskan hal ini , pertimbangkan tiga konsep yang terkait untuk memori internal adalah :
• Word : The " natural " unit organisasi memori . Ukuran kata tersebut biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk mewakili integer dan instruksi panjang .

• Addressable unit : Dalam beberapa sistem , unit yang dialamatkan adalah kata. Namun, banyak sistem memungkinkan pengalamatan pada tingkat byte . Dalam beberapa kasus, hubungan antara panjang sebuah alamat dari bit A dan sebuah alamat dari angka N adalah 2^A = N

• Satuan transfer : Pada memori utama, aetuan transfer merupakan jumlah bit yang dibaca atau ditulis ke dalam memori pada suatu waktu . Unit transfer tidak perlu sama sebuah word atau addressable unit .

Perbedaan lain jenis memori adalah dari metode pengaksesan unit data. Hal-hal tersebut meliputi:
• Sequential access : Memori disusun dalam unit-unit data , yang disebut record. Access harus disusun dalam urutan linier yang spesifik . Informasi pengalamatan disimpan dan digunakan untuk memisahkan record dan membantu dalam proses pengambilan.

• Direct access : akses langsung melibatkan mekanisme shared read-write. Blok-blok individual atau records memiliki alamat yang unik berdasarkan lokasi fisik . Akses dilakukan langsung dengan pencarian secara sekuensial, menghitung, atau menunggu sampai mencapai lokasi akhir . Waktu akses adalah variabel .

• Random access : Setiap lokasi yang dialamatkan dalam memori memiliki sifat unik, dikerjakan dengan mekanisme pengalamatan kabel fisik. Waktu untuk mengakses lokasi tertentu independen dari urutan akses sebelumnya dan konstan . Dengan demikian , setiap lokasi dapat dipilih secara acak dan langsung ditangani dan diakses . Main memory dan beberapa sistem cache diakses secara acak .

• Associative : Ini adalah jenis random akses memori yang memungkinkan seseorang untuk membuat perbandingan lokasi bit yang diinginkan dalam sebuah kata yang sesuai dan telah ditentukan, dan semua kata-kata untuk dilakukan secara bersamaan . Dengan demikian , kata yang diambil berdasarkan sebagian isinya bukan alamatnya . Seperti random access memory, setiap lokasi memiliki mekanisme pengalamatan sendiri, dan waktu pengambilan adalah konstan dengan lokasi atau pola akses sebelumnya.

Dari sudut pandang pengguna, dua karakteristik yang paling penting dari memori adalah kapasitas dan kinerja . Tiga parameter kinerja yang digunakan antara lain :
• Waktu akses ( latency ) : Untuk memori random access, waktu yang dibutuhkan untuk membaca atau menulis operasi , yaitu waktu alamat disajikan ke memori dan  data yang telah disimpan atau terbuat sudah tersedia untuk digunakan . Untuk memori non - random-access , waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk mekanisme read-write di lokasi yang diinginkan .
• Waktu siklus Memory : Konsep ini diterapkan untuk akses-acak memory yang terdiri dari waktu akses ditambah waktu tambahan yang diperlukan sebelum akses kedua dapat dimulai.

• Transfer rate : tingkat di mana data dapat ditransfer ke dalam atau keluar dari unit memori . Untuk random-access memory , itu sama dengan 1 / ( waktu siklus )

Untuk non - random-access memory , berlaku hubungan seperti berikut :

T_N = T_A + n/R
dimana
T_N : Rata-rata waktu untuk membaca atau menulis N bit
T_A : Rata-rata waktu akses
n   : Jumlah bit
R  : Transfer rate , dalam bit per second ( bps )

              Berbagai jenis memori fisik telah digunakan. Yang paling umum saat ini adalah memori semikonduktor,memori permukaan magnetik,digunakan untuk disk, tape, optik dan magneto - optik .

Beberapa karakteristik fisik penyimpanan data penting . Dalam volatil memori, informasi meluruh secara alami atau hilang bila daya listrik dimatikan . Dalam memori nonvolatile , informasi dicatat sekali tetap tanpa kerusakan sampai sengaja berubah , tidak ada daya listrik yang dibutuhkan untuk menyimpan informasi . Magnetic surface memori adalah nonvolatile . Memori semikonduktor dapat berupa volatil atau mudah menguap. Memori Nonerasable tidak dapat diubah , kecuali dengan menghancurkan unit penyimpanan . Memori semikonduktor jenis ini dikenal sebagai read-only memory ( ROM ) . Kebutuhan , memori nonerasable praktis juga harus nonvolatile .

Hirarki Memori
Ada trade - off antara tiga kunci karakteristik memori : yaitu , kapasitas , waktu akses , dan biaya . Berbagai teknologi yang digunakan untuk mengimplementasikan sistem memori , dan seluruh spektrum teknologi , hubungan dari ketiga karakteristik memori dapat dituliskan sebagai berikut:
• Waktu akses lebih cepat , biaya per bit lebih besar
• Kapasitas lebih besar , biaya per bit lebih kecil
• Kapasitas lebih besar , waktu akses lebih lambat

Dilema yang dihadapi desainer komputer jelas . Perancang ingin menggunakan teknologi dengan memori berkapasitas besar, baik pada kapasitas yang diperlukan dan biaya per bit rendah. Namun, untuk memenuhi persyaratan tersebut, perancang harus menggunakan biaya mahal, relatif lebih rendah dari memori dengan kapasitas waktu akses yang singkat. Jalan keluar dari dilema ini adalah dengan tidak bergantung hanya pada komponen memori,tetapi menggunakan hirarki memori. Sebuah hirarki diilustrasikan dalam Gambar 4.1.

Jika turun tingkat hirarki, maka hal yang terjadi adalah sebagai berikut:
a. Penurunan biaya per bit
b. meningkatkan kapasitas
c. Peningkatan waktu akses
d. Penurunan frekuensi akses memori oleh prosesor
Dengan demikian, lebih kecil, lebih mahal, memori yang lebih cepat dilengkapi kapasitas lebih besar, lebih murah, memori lambat.

Sebagian dari memori utama dapat digunakan sebagai penyangga untuk menyimpan data sementara yang akan dibacakan ke disk . Seperti teknik ,kadang-kadang disebut sebagai disk cache, meningkatkan kinerja ada dua cara :
• Disk menulis ini terkelompok . Daripada banyak transfer kecil data , kita memiliki beberapa transfer data yang besar . Kinerja disk ini meningkat dan meminimalkan keterlibatan prosesor .
• Beberapa data ditakdirkan untuk menulis mereferensikan sebuah program sebelum Dump berikutnya ke disk . Dalam hal ini, data akan diambil cepat dari perangkat lunak -cache daripada lambat dari disk .

4.2 PRINSIP CACHE MEMORY
Memori cache dimaksudkan untuk memberikan kecepatan memori menjadi mendekati kecepatan memori tercepat yang tersedia , dan pada saat yang sama memberikan ukuran memori yang besar pada harga jenis yang lebih murah dari memori semikonduktor . Konsep ini diilustrasikan dalam Gambar 4.3a . Ada memori utama yang relatif besar dan lambat dengan memori lebih kecil , cache memori lebih cepat. Cache berisi salinan bagian dari memori utama . Ketika prosesor mencoba untuk membaca kata dari memori , cek dibuat untuk menentukan apakah kata tersebut dalam cache . Jika demikian , kata tersebut dikirim ke prosesor . jika tidak, blok memori utama, yang terdiri dari beberapa nomor dari kata , dibaca ke cache dan kemudian kata tersebut dikirim ke prosesor .

Karena lokasi berdasar referensi ketika blok data diambil ke dalam cache untuk memenuhi
referensi memori tunggal , ada kemungkinan bahwa akan ada referensi di masa depan dengan
lokasi memori yang sama atau kata lain di blok tersebut . Gambar 4.3b menggambarkan penggunaan beberapa tingkat cache . L2 cache lebih lambat dan biasanya lebih besar dari L1 cache , dan L3 cache lebih lambat dan biasanya lebih besar dari L2 cache .

Gambar 4.4 menggambarkan struktur dari sistem / main - memori cache . Main memory
terdiri dari sampai dengan 2ⁿ kata yang dialamatkan , dengan masing-masing kata memiliki alamat n - bit yang unik .
Untuk tujuan pemetaan , memori ini dianggap terdiri dari sejumlah FixedLength blok K di setiap kata. Artinya , ada M = 2ⁿ/K blok dalam memori utama .Cache terdiri dari m blok , disebut garis. Setiap baris berisi K kata , ditambah tanda dari beberapa bit . Setiap baris juga mencakup bit kontrol ( tidak diperlihatkan ) , seperti bit untuk menunjukkan apakah garis telah dimodifikasi sejak sedang dimuat ke dalam cache . Panjang baris , tidak termasuk tag dan kontrol bit , disebut line size. Ukuran garis mungkin sekecil 32 bit , dengan masing-masing " kata" menjadi satu byte, dalam hal ini ukuran baris adalah 4 byte .

Gambar 4.5 menggambarkan operasi baca . Prosesor menghasilkan alamat baca ( RA ) dari sebuah kata untuk dibaca . Jika kata termasuk dalam cache , maka disampaikan ke prosesor . Jika tidak , blok yang mengandung kata dimuat ke cache , dan kata dikirim ke prosesor .

Gambar 4.6 , yang menggambarkan organisasi cache yang kontemporer. Dalam organisasi ini , cache menghubungkan ke prosesor melalui data, mengontrol , dan baris alamat . Data dan baris alamat juga melampirkan data dan alamat buffer , yang melekat pada sistem bus yang mencapai memori utama.