Diktat Organisasi Komputer.pdf

ORGANISASI SISTEM KOMPUTER

  oleh. Dr. Ir. Sumijan, M.Sc DIKTAT

  

UNIVERSITAS PUTRA INDONESIA "YPTK" PADANG

PADANG, 11 SEPTEMBER 2017

DAFTAR ISI

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER

  21

  36

  2. Optic Disc

  33

  1. Magnetic Disc

  31 BAB 5. MEMORI EKSTERNAL

  3. Algoritma Penggantian

  27

  2. Metode Pemetaan

  26

  1. Definisi dan Fungsi

  24 BAB 4. MEMORI CACHE

  4. Memori Virtual

  1. Definisi Komputer

  1

  17

  2. Memori Utama Semikonduktor

  16

  1. Definisi dan Fungsi Memori

  12 BAB 3. MEMORI

  3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus

  11

  2. Struktur Interkoneksi

  10

  1. Definisi dan Fungsi Bus

  3 BAB 2. SISTEM BUS

  3. Evolusi dan Kinerja Komputer

  2

  2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer

  3. Koreksi Kesalahan

  3. Blu-Ray Disc

  38

  4. Magnetic Tape

  38 BAB 6. STORAGE ARRAY

  1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk)

  40

  2. Storage Area Network (SAN)

  43 BAB 7. DUKUNGAN SISTEM OPERASI

  1. Tujuan dan Fungsi Sistem Operasi

  45

  2. Penjadwalan

  46

  3. Manajemen Memori

  47 BAB 8. UNIT MASUKAN DAN KELUARAN

  1. Definisi dan Fungsi

  51

  2. Sistem Masukan dan Keluaran

  51

  3. Teknik Masukan dan Keluaran

  52 BAB 9. SET INSTRUKSI

  1. Elemen-elemen Instruksi

  54

  2. Format-format Instruksi

  55 BAB 10. MODE PENGALAMATAN

  1. Definisi dan Fungsi

  59

  2. Teknik Pengalamatan

  59 BAB 11. STRUKTUR CPU DAN FUNGSI

  1. Komponen Utama CPU

  66

  2. Siklus pada CPU

  1. Klasifikasi Multiprosesor

  86 DAFTAR PUSTAKA

  4. Analisa Algoritma Parallel

  82

  3. Klasifikasi Komputer Parallel

  81

  2. Komputasi Paralel

  79

  77 BAB 13. KOMPUTASI PARALLEL

  67

  3. Input dan Output pada Unit Control

  75

  2. Microoperation

  75

  1. Fungsi dan Operasi Control Unit

  72 BAB 12. CONTROL UNIT

  3. RISC dan CISC

  90

BAB 1. PENGANTAR ORGANISASI KOMPUTER 1. Definisi Komputer Komputer adalah sebuah mesin hitung elektronik yang menerima informasi sebagai masukan

  digital dan mengolah informasi tersebut berdasarkan instruksi yang tersimpan dalam komputer sehingga menghasilkan keluaran informasi.

  Penggambaran secara sederhana komputer terdiri dari lima bagian utama masukan, keluaran ,memori , ALU dan kontrol yang mempunyai fungsi sendiri-sendiri:

  M asukan Arit m at ika dan M em ori Kont rol

  Keluaran Gam bar 1.1. Unit Fungsional dasar pada kom put er

  Unit masukan menerima input yang dijadikan sebagai informasi untuk disimpan didalam memori selanjutnya informasi dioleh pada unit ALU berdasarkan instruksi yang didapat pada memori. Hasil-hasil yang diperoleh dikeluarkan melalui unit keluaran. Sementara seluruh proses diawasi oleh unit kontrol.

  Organisasi Komputer

  Organisasi komputer merupakan bagian yang berhubungan dengan unit-unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturnya. Contoh: perangkat antar muka, teknologi memori, sinyal kontrol dan lain sebagainya.

  Arsitektur Komputer

  Arsitektur berhubungan dengan atribut-atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contoh: set instruksi, teknik pengalamatan dan lain sebagainya.

2. Struktur dan Fungsi Utama Komputer Struktur Utama Komputer

   Central Processing Unit (CPU): pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi – fungsi komputer. CPU umumnya disebut sebagai prosesor.  Memori Utama: sebagai penyimpan data.  I/O: memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.  System Interconnection: sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

Gambar 1.2. Struktur Dasar Komputer Dari keempat komponen tersebut CPU merupakan komponen yang paling kompleks.

  Struktur CPU:  Control Unit: mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer secara keseluruhan.

   Arithmetic And Logic Unit (ALU): membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer.  Register: penyimpan internal bagi CPU.  CPU Interconnection: menghubungkan seluruh bagian dari CPU.

  Fungsi Komputer

  Fungsi operasi dasar sistem komputer:  Fungsi Operasi Pengolahan Data  Fungsi Operasi Penyimpanan Data  Fungsi Operasi Pemindahan Data  Fungsi Operasi Kontrol

Gambar 1.3. Operasi-Operasi Komputer

  Gambar a. mengilustrasikan komputer sebagai fungsi operasi pemindahan data. Gambar b operasi penyimpanan data sementara c dan d fungsi komputer sebagai fungsi operasi pengolahan data.

3. Evolusi dan Kinerja Komputer Sejarah Singkat Komputer Generasi Pertama: Tabung Vakum (1945-1955)

  ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), pada tahun 1946 dirancang dan dibuat oleh John Mauchly dan John Presper Eckert di Universitas Pennsylvania merupakan komputer digital elektronik untuk kebutuhan umum pertama di dunia. ENIAC dibuat di bawah lembaga Army’s Ballistics Research Laboratory (BRL). Sebuah badan yang bertanggung jawab dalam pembuatan jarak dan tabel lintasan peluru kendali senjata baru. ENIAC mempunyai berat 30 ton, bervolume 15.000 kaki persegi, dan berisi lebih dari 18.000 tabung vakum. Daya listrik yang dibutuhkan sebesar 140 KW. Kecepatan operasi mencapai 5.000 operasi penambahan perdetik. ENIAC masih merupakan mesin desimal, representasi data bilangan dan arimetiknya dibuat dalam bentuk desimal. Memorinya terdiri atas 20 akumulator, yang masing-masing akumulatornya mampu menampung 10 digit desimal. Setiap digit direpresentasikan oleh cincin yang terdiri atas 10 buah tabung vakum.

  Kekurangan utama mesin ini adalah masih manual pemrogramannya, yaitu dengan menyetel switch – switch, memasang dan menanggalkan kabel – kabelnya. ENIAC selesai pada tahun 1946. John Van Neumann seorang ahli matematika yang merupakan konsultan pembuatan ENIAC pada tahun 1945 mencoba memperbaiki kelemahan ENIAC dengan rancangan komputer barunya,bernama EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) dengan konsep program tersimpan ( stored-program concept ).

  Tahun 1946 komputer dengan stored-program concept dipublikasikasikan, yang kemudian di kenal dengan Komputer IAS (Computer of Institute for Advanced Studies).

  Struktur komputer IAS terdiri dari :  Memori Utama, untuk menyimpan data maupun instruksi.

   Arithmetic Logic Unit (ALU), untuk mengolah data binner.  Control Unit, untuk melakukan interpretasi instruksi – instruksi di dalam memori sehingga adanya eksekusi instruksi tersebut.

   I/O, untuk berinteraksi dengan lingkungan luar.

Gambar 1.4. Struktur Komputer IAS

  Memori IAS terdiri atas 1.000 lokasi penyimpanan yang disebut word. Word terdiri atas 40

  

binary digit (bit). Data maupun instruksi disimpan dalam memori ini, sehingga data maupun

  instruksi harus dikodekan dalam bentuk biner. Setiap bilangan terdiri atas sebuah bit tanda dan 39 bit nilai. Sebuah word terdiri atas 20 bit instruksi dengan masing-masing 8 bit kode operasi (op code) dan 12 bit alamat.

  Inst ruksi Kiri Inst ruksi Kanan Op Code Alam at Op Code Alam at

  0 7 8 19 20 27 28 39

Gambar 1.5. Format M emori IAS Unit kontrol maupun ALU berisi lokasi- lokasi penyimpanan yang disebut register yang terdiri dari beberapa jenis yaitu:  Memory Buffer Register (MBR): berisi sebuah word yang akan disimpan di dalam memori atau digunakan untuk menerima word dari memori.  Memory Address Register (MAR): untuk menentukan alamat word di memori untuk dituliskan dari MBR atau dibaca oleh MBR.  Instruction Register (IR): berisi instruksi 8 bit kode operasi yang akan dieksekusi.  Instruction Buffer Register (IBR): digunakan untuk penyimpanan sementara instruksi sebelah kanan word di dalam memori.  Program Counter (PC): berisi alamat pasangan instruksi berikutnya yang akan diambil dari memori.  Accumulator (AC) dan Multiplier Quotient (MQ): digunakan untuk penyimpanan sementara operand dan hasil ALU.

  IAS beroperasi secara berulang membentuk siklus instruksi. Komputer IAS memiliki 21 instruksi, yang dapat dikelompokkan seperti berikut ini :  Data transfer: memindahkan data di antara memori dengan register – register ALU atau antara dua register ALU sendiri.

   Unconditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan tanpa syarat tertentu  Conditional branch: perintah – perintah eksekusi percabangan yang memerlukan syarat tertentu agar dihasilkan suatu nilai percabangan.

   Arithmetic: kumpulan operasi yang dibentuk oleh ALU.  Address Modify: instruksi yang memungkinkan pengubahan alamat saat dikomputasi memungkinkan fleksibilitas alamat yang tinggi pada program.

  Kelebihan komputer IAS:  Mesin alamat tunggal  Panjang instruksinya pendek sehingga menghasilkan program yang kecil.

   Pengambilan instruksi dilakukan dua sekaligus sehingga mempercepat waktu siklus instruksi.

   Address modify menghasilkan perubahan field alamat instruksi yang lain dalam memori. Kekurangan komputer IAS:  Lemah dalam pelaksanaan operasi I/O.

   Tidak mempunyai tipe instruksi “call” dan “return”

Gambar 1.6. Struktur Detail Komputer IAS

  Komputer Komersial

  Tahun 1950 dianggap sebagai industri komersial dengan berdirinya dua perusahaan yaitu Sperry dan IBM.

  Tahun 1947 Eckkert dan Mauchly mendirikan Eckert-Mauchly Computer Operation untuk memproduksi komputer secara komersial. UNIVAC I (Universal Automatic Computer) merupakan komputer pertama yang mereka hasilkan.

  Generasi kedua: transistor (1955-1965)

  Pada era ini tidak lagi menggunakan tabung vakum melainkan transistor. Daya dan bentuknya relative kecil. Transistor ditemukan tahun 1947 di Bell Labs. Dengan adanya transistor nikerja hardware komputer makin cepat prosesnya. Memori makin besar kapasitasnya namun makin kecil bentuknya. ALU menjadi lebih komplek ,lahirnya bahasa tingkat tinggi dan software sistem operasi. Pada generasi ini munculnya Digital Equipment Corporation dengan komputer pertamanya PDP 1.

  Generasi Ketiga: Integrated Circuit (1965-1980)

  Ditemukannya Integrated Circuits (IC) yang terbuat dari silicon oleh Robert Noyce pada tahun 1958 yang merupakan konsep penggabungan komponen elektronika dalam satu paket.

  Generasi Keempat: Very Large Scale Integration

  Diawali dengan peluncuran mikroprosesor Intel seri 4004 yang merupakan tonggak awal perkembangan mikroprosesor selanjutnya.

  Perancangan Kinerja

  Perkembangan mikroprosesor sulit diimbangi oleh komponen lainnya semisal memori. Sehingga menyebabkan berkurangnya sinkronisasi operasi antar komponen.

  Gambar grafik perbandingan perkembangan kecepatan mikroprosesor dan memori. Metode yang digunakan untuk mengatasi perbedaan kecepatan operasi antara mikroprosesor dengan komponen lainnya:  Meningkatkan jumlah bit yang dicari pada suatu saat tertentu dengan melebarkan DRAM dan lintasan sistem bus.

   Mengubah antarmuka DRAM sehingga lebih efisien dengan teknik cache atau pola buffer lainnya pada keeping DRAM.  Meningkatkan bandwidth interkoneksi prosesor dan memori dengan menggunakan hirarki bus-bus yang lebih cepat dan membuat struktur aliran data.

  Evolusi komputer Pentium dan power PC

  Teknologi Pentium menggunakan rancangan CISC (Complex Instruction Set Computers) dalam arsitekturnya. Sedangkan PowerPC menerapkan teknologi RISC (Reduced Instruction Set

  Computers) yang akan dibahas pada bagian-bagian selanjutnya.

BAB 2. SISTEM BUS 1. Definisi dan Fungsi Bus Sistem bus merupakan penghubung bagi keseluruhan komponen komputer dalam menjalani

  tugasnya. Secara fisik bus adalah konduktor listrik paralel pada motherboard yang menghubungkan modul-modul. Jalur bus pada modul-modul I/O dibuat menjadi slot-slot yang mudah dilepas pasang. Sedangkan jalur bus pada chips akan terhubung melalui pinnya.

2. Struktur Interkoneksi

  Kumpulan lintasan atau saluran berbagai modul disebut struktur interkoneksi. Rancangan struktur interkoneksi bergantung pada jenis dan karakteristik pertukaran datanya.

Gambar 2.1. Modul-modul Komputer Dari jenis pertukaran data yang diperlukan struktur interkoneksi harus mendukung perpindahan data berikut:  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.

  Interkoneksi Bus

  Merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

  Struktur Bus

  Sebuah bus terdiri atas beberapa saluran. Secara umum fungis saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian yaitu: saluran data, alamat dan kontrol.

Gambar 2.2. Pola Interkoneksi bus

  

Data bus adalah lintasan bagi perpindahan data antar modul. Umumnya jumlah saluran atau

lebar bus berhubungan dengan panjang word.

  

Address bus digunakan untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada data bus dan

saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul.

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

  Sinyal kontrol terdiri atas:  Sinyal pewaktuan: digunakan untuk menandakan validitas data dan alamat  Sinyal perintah: membentuk suatu operasi. Secara umum saluran kontrol meliputi:  Memory write: memerintahkan data pada bus akan dituliskn ke dalam lokasi alamat.

   Memory read: memerintahkan data dari lokasi alamat ditempatkan pada bus data.  I/O write: memerintahkan data pada bus dikirm ke lokasi port I/O  I/O read: memerintahkan data dari port I/O ditempatkan pada bus data.

   Transfer ACK: menunjukan data telah diterima dari bus atau data telah ditempatkan pada bus.  Bus request: menunjukan bahwa modul memerlukan kontrol bus  Bus grant: menunjukan modul yang melakukan request telah diberi hak mengontrol bus.  Interrupt request: menandakan adanya penangguhan interupsi dari modul.  Interrupt ACK: menunjukan penangguhan interupsi telah diketahui CPU.  Clock: kontrol untuk sinkronisasi antar modul.  Reset: digunakan untuk melalukan inisialisasi seluruh modul.

3. Prinsip Operasi Pada Sistem Bus

  Dikarenakan bus merupakan jalur yang menghubungkan antar perangkat didalam sistem komputer maka setiap operasi akan menggunakan jalur ini dua kegiatan operasi pada jalur bus: Operasi pengiriman data ke modul lainnya:  Meminta penggunaan bus  Apabila telah disetujui modul akan memidahkan data yang diinginkan ke modul yang dituju. Operasi meminta data dari modul lainnya:  Meminta penggunaan bus  Mengirim request ke modul yang dituju melalui saluran kontrol dan alamat yang sesuai.  Menunggu modul yang dituju mengirimkan data yang diinginkan.

  Hirarki Multiple Bus

  Terlalu banyaknya modul atau perangkat yang terhubung dengan bus maka kinerja sistem menjadi menurun yang disebabkan antara lain:  Semakin besar delay propgansi untuk mengkoordinasikan penggunaan bus.  Antrian penggunaan bus semakin panjang.  Habisnya kapasitas transfer bus sehingga memperlambat data. Untuk mengantisipasi dapat dilakukan dengan penggunaan bus jamak yang heirarkis yang terdiri atas bus lokal, bus sistem dan bus ekspansi.

Gambar 2.3. Arsitektur Bus Jamak TradisionalGambar 2.4. Arsitektur Bus Jamak Kinerja Tinggi Prosesor, cache dan memori utama terletak pada bus level tinggi karena memiliki karakteristik pertukaran data yang tinggi. Modul yang tidak memerlukan transfer data cepat disambungkan pada bus ekspansi. Pada bus jamak kinerja tinggi bus kecepatan tinggi lebih terintegrasi dengan prosesor. perubahan pada arsitektur tidak mempengaruhi kinerja bus.

4. Elemen Rancangan Bus Jenis Bus

  Dibedakan menjadi dua:  Dedicated bus, khusus menyalurkan data tertentu misal data saja atau alamat saja.  Multiplexed bus, menyalurkan data yang berbeda baik data, alamat atau sinyal kontrol.

  Kategori ini memliki keuntungan hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat namun kerugiannya adalah kecepatan transfer menurun.

  Metode Arbitrasi

  Terdiri dari dua macam metode:  Tersentral: diperlukan arbiter sebagai pengontrol penggunaan bus oleh modul  Terdistribusi: setiap modul memiliki logika pengontrol akses yang berfungsi mengatur pertukaran data melalui bus.

  Timing

  Metode terbagi menjadi dua:  Pewaktuan sinkron: terjadinya event pada bus ditentukan oleh sebuah pewaktu. Biasanya satu siklus untuk satu event.

   Pewaktuan asinkron: memungkinkan kerja modul yang tidak sama kecepatannya. Event yang terjadi tergantung pada event sebelumnya sehingga diperlukan sinyal validasi.

  Lebar Bus

  semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu dan semakin besar bus alamat semakin banyak range lokasi yang dapat direferensikan.

  Contoh Bus:  Industry Standard Architecture (ISA)  Peripheral Component Interconnect (PCI): bus yang tidak tergantung pada prosesor dan berfungsi sebagai bus peripheral. Digunakan untuk sistem I/O berkecepatan tinggi seperti: NIC, video, sound card dan sebagainya,  Universal Standard Bus (USB): digunakan untuk peralatan I/O berkecepatan rendah.

  Keuntungan penggunaan USB pemakai tidak perlu membuak casing untuk memasang peralatan I/O baru dan tidak perlu memasang tombola tau jumper pada PCB atau peralatan.  Small Computer System Interface (SCSI): menggunakan interface paralel 8,16 atau 32 saluran data. Merupakan interface untuk drive CD-ROM, audio, hard disk, perangkat eksternal berukuran besar.

BAB 3. MEMORI 1. Definisi dan Fungsi Memori Memori berdasarkan lokasi terbagi mejadi tiga yaitu register, memori internal dan memori

  eksternal. Register merupakan memori yang terletak pada prosesor sementara memori internal dan eksternal berada diluar prosesor, yang membedakan keduanya adalah memori internal (memori utama dan cache) pengaksesan dilakukan langsung oleh prosesor sementara memori eksternal (disk, pita) terakses menggunakan piranti I/O.

  Memori harus mampu mengikuti kecepatan CPU tujuan agar terjadi sinkronisasi kerja untuk menghindari adanya waktu tunggu. Semakin besar kapasitas semakin besar waktu akses dan semakin kecil harga per bitnya. Metode mengakses unit data meliputi:  Akses Squential: memori diorgaisasi mejadi unit-unit yang disebut record. Informasi pengalamatan dipakai untuk memisahkan record dan pencarian lokasi Akses dibuat dalam bentuk urutan linier yang spesifik. Digunakan mekanisme baca/tulis bersama. Contoh : pita magnetik  Akses Langsung: terdapat mekanisme baca/tulis bersama. Setiap blok dan record mempunyai alamat unit berdasarkan lokasi fisik. Akses dilakukan langsung pada alamat memori. Contoh: disk  Akses Acak: waktu untuk mengakses lokasi yang ditentukan tidak tergantung pada urutan akses sebelumnya dan dilakukan secara langsung.contoh: memori utama  Associatif: memungkinkan untuk melakukan perbandingan dari suatu lokasi bit dengan pencocokan secara spesifik suatu word secara simultan.

  Berdasarkan karakterisitik unjuk kerja, memiliki tiga parameter utama pengukuran unjuk kerja:  Waktu akses: waktu yang dibutuhkan untuk baca tulis.

   Waktu siklus: waktu akses ditambah waktu untuk menghilang pada saluran sinyal.

   Transfer rate: untuk non random akses hubungan berikut harus terpenuhi: T N = T A + dimana T N = waktu rata-rata untuk baca/tulis N bit T A = waktu akses rata-rata N = jumlah bit R = kecepatan transfer dalam bit perdetik (bps)

  Satuan memori paling sederhana disebut sebagai bit. Satuan lainnya dikatakan sebagai byte (1 byte = 8 bit) dan kumpulan byte dinyatakan dalam word. Pajang word yang biasa digunakan adalah 8,16 dan 32 bit

  

Tingkatan satuan memori

  Kilobytes (Kb) 1024 bytes Megabyte (Mb) 1,048,576 bytes Gigabyte (Gb) 1,073,741,824 bytes Terabyte (Tb) 1,099,511,627,776 bytes

Tabel 3.1. Tingkatan dan Satuan Memori 2.

   _{Memori Utama Semikonduktor}

  Elemen dasar dari memori utama semikonduktor adalah sel memori yang umumnya mempunyai tiga terminal fungsional yang mampu membawa sinyal elektrik dan mempunyai karakter:  Memiliki dua keadaan stabil atau semi stabil direpresentasikan dengan 0 dan 1.  Mempunyai kemampuan untuk ditulis sedikitnya satu kali untuk menetapkan keadaan.

   Kemampuan untuk dibaca untuk merasakan keadaan.

  M em ili Dat a m asuk M em ili M em ili Sel Sel Baca Tulis

Gambar 3.1. Operasi Sel

  Jenis-jenis memori semikonduktor Tipe memori Kategori Penghapusan Mekanisme Tulis Volatilitas

  Random Acces Secara elektrik, Baca - tulis Secara elektrik Volatile

  Memory (RAM) tingkatan byte Read only mask memory (ROM)

  Baca saja Tidak mungkin Programmable ROM (PROM) Erasable PROM Sinar UV, (EPROM) tingkatan keping Non-volatile

  Secara elektrik Electrically

  Secara elektrik, EPROM Baca saja tingkatan byte (EEPROM)

  Secara elektrik, Flash tingkatan blok

  RAM

  Random Akses Memori memiliki sifat diakses secara acak melalui logika wired-in-addressing dan volatile. Memori ini digunakan kan sebagai media penyimpan sementara. Teknologi yang digunakan pada RAM ada dua yaitu dinamis dan statis. RAM Dinamis (DRAM) disusun oleh sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Sifat dari kapasitor memiliki kecenderungan untuk mengosongkan muatan hal ini menyebabkan DRAM memerlukan muatan listrik secara berkala untuk memelihara penyimpanan. Memori jenis ini berkapasitas besar dikarenakan memiliki lebih banyak sel perunit luas atau lebih padat. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori dinamik digunakan pada memori utama.

  RAM Statis (SRAM) pada memori nilai biner disimpan menggunakan konfigurasi flip-flop yang tradisional dan umumnya memiliki sifat lebih cepat dibanding memori dinamis. Karakteristik tersebut mengakibatkan memori statis digunakan pada memori cache.

  ROM

  Read Only Memory memiliki sifat menyimpan data secara permanen tidak dapat diubah dan nonvolatile. Dengan demikian mengakibatkan setiap data yang tersimpan menjadi aman namun tidak memungkinkan untuk melakukan koreksi. Perubahan data dilakukan hanya dengan melakukan penyisipan secara elektrik dengan bantuan alat khusus tanpa menghapus data sebelumnya. Programmable ROM (PROM) merupakan jenis memori dari ROM yang dapat melakukan hal tersebut.

  Jenis-jenis memori ROM lainnya yang memiliki sifat lebih sering dilakukan pembacaan jika dibandingkan dengan penulisan adalah EPROM, EEPROM dan flash. Perbedaan diantara ketiga memori tersebut dalah pada proses penghapusan data EPROM dilakukan secara tingkatan keping, EEPROM penghapusan dilakukan secara tingkatan byte dan flash penghapusan dilakukan secara blok yang merupakan tingkat menengah diantara EPROM dan EEPROM dipandang dari sisi harga dan kemampuan

  Pengemasan Keping

  Penggunaaan pin pada EPROM keping 8 Mbit yang diorgnisasiskan sebagai 1M x 8. Dengan pin 32 (standar) yang mendukung beberapa saluran sinyal antara lain:  Alamat word yang sedang diakses. 1M word diperlukan 20 buah pin (A0-A19)  Data yang akan dibaca terdiri dari 8 saluran (D0 – D7)  Catu daya pada saluran Vcc  Grounding pada Vss  Chip Enable (CE) digunakan untuk menentukan kevalidan dari pin bila terdapat lebih dari satu keping memori pada bus yang sama, A19.

   Tegangan program (Vpp)

3. Koreksi Kesalahan

  1

  4

  3

  2

  1

  1 A C B

  1

  1

  1 A A A B B B

C

C

C

  Kesalahan pada memori semikonduktor dapat dikategorikan kedalam 2 keadaan:

  1. Kesalahan berat, merupakan kerusakan sel memori secara permanen dikarenakan cacat pabrikasi atau lainnya yang mengakibatkan memori tidak dapat dibaca/tullis.

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  2.1. Deteksi kesalahan Deteksi kesalahan dengan cara menambahkan data word (W) dengan suatu kode (K) yang disebut sebagai bit cek paritas, W + K. kesalahan ditemukan dengan memeriksa bit paritas. Richard Hamming (1950) menggunakan diagram Venn untuk melakukan deteksi pada word 4 bit .

  2. Kesalahan ringan merupakan kerusakan nondestructive yang dapat mengubah isi data didalam sel memori tanpa merusak sel yang disebabkan adanya gangguan pada pasokan tenaga atau partikel alfa. Jenis kesalahan ini dapat masih dapat dikoreksi dengan dua cara:

  1 Pada word data 4 bit digambarkan dengan diagram Venn 3 lingkaran yang saling berpotongan dan membentuk 7. Kotak pertama berisikan data. Pada kotak kedua parity bit yang kosong diisikan dengan bilangan logika 1 sehingga berjumlah genap. Pada kotak ketiga ditemukan adanya kesalahan penulisan bit pada data dengan melihat bilangan logika 1 yang tidak genap. Koreksi kesalahan 8 bit data:

  Data Bits Bit Paritas SEC Bit Paritas DEC

  8

  4

  5

  16

  5

  6

  32

  6

  7

  64

  7

  8 128

  8

  9 512

  9

  10 8 bit data diperlukan 4 bit tambahan sehingga panjang seluruhnya adalah 12 bit Posisi bit

  12

  11

  10

  9

  8

  7

  6

  5

  4

  3

  2

  1 Nomor 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 posisi Bit data D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 Bit cek C8 C4 C2 C1

  Bit cek paritas ditempatkan dengan perumusan 2N dimana N = 0,1,…sedangkan bit data adalah sisanya. Kemudian dengan exclusive-OR dijumlahkan sebagai berikut:

  C1 = D1 D2 D4 D5 D7 C2 = D1 D3 D4 D6 D7 C4 = D2 D3 D4 D8 C8 = D5 D6 D7 D8 Setiap cek bit beroperasi pada setiap posisi bit data yang nomor posisinya berisi bilangan 1 pada kolomnya. Contoh pada data 00111001 kemudian ganti bit data ke 3 dari 0 menjadi 1 sebagai errornya. Bagaimana untuk mendapatkan data ke 3 sebagai bit yang terdapat error? Jawab: masukan data pada perumusan cek bit paritas C1 = 1

  1 1 0 = 1 C2 = 1

  1 1 0 = 1 C4 = 0 1 0 = 1 C8 = 1 1 0 = 0 Bit 3 mengalami kesalahan sehingga data menjadi 00111101 C1 = 1

  1 1 0 = 1 C2 = 1

  1

  1 1 0 = 0 C4 = 0

  1 1 0 = 0 C8 = 1 1 0 = 0 Apabila bit-bit cek dibandingkan antara yang lama dengan yang baru maka terbentuk syndrom word: C8 C4 C2 C1

  1

  1

  1

  1

  1 1 =

  6 Jika diperhatikan posisi ke-6 adalah data ke-3 Mekanisme koreksi kesalahan akan meningkatkan reabilitas memori namun menambah kompleksitas pengolahan data mengurangi kapasitas memori karena adanya bit parity.

4. Memori Virtual

  Memori virtual diperlukan pada dua kasus dalam mengeksekusi program-program besar yang mempunyai ukuran melebihi ukuran fisik memori:  memori utama prosesor tidak cukup untuk menjalankan program besar  ukuran fisik memori utama dibiarkan kecil untuk mengurangi biaya walapun prosesor mempunyai ruang memori logic yang besar.

  Keuntungan memori virtual:  Ukuran program tidak dibatasi oleh ukuran memori fisik.

   User tidak perlu mengestimasi alokasi memori melainkan didilakukan secar otomatis sesuai permintaan program.

   Manual folding dieliminasi untuk menjalankn program-program besar.  Program dapat diload dalam suatu area memori fisik karena program tidak menggunakan alamat fisik..

  Mekanisme Memori Virtual

  Kapanpun suatu instruksi atau operand harus diakses, prosesor akan mencari didalam memori utama jika tersedia maka proses dilanjutkan jika tidak tersedia maka interupsi dibangkitkan atau yang dikenal dengan page fault untuk meminta sistem operasi melakukan swapping (pertukaran). Swapping merupakan suatu peristiwa dimana pada suatu saat hanya sebagian program yang dikirim dari harddisk ke memori utama. Pada saat diperlukan bagian yang tidak berada pada memori utama dikirim dari harddisk, dan pada saat yang sama bagian dari suatu program yang berada pada memori utama dikeluarkan dan disimpan di harddisk.

  Dua metode yang umum dalam implementasi memori virtual:  Paging: software sistem membagi program menjadi sejumlah page  Segmentation: pemrogram menyusun program ke dalam segmen-segmen berbeda dengan ukuran yang berbeda.

BAB 4. MEMORI CACHE 1. Definisi dan Fungsi Keberadaan memori cache dimaksudkan untuk mempercepat kerja dari memori utama sehingga

  mendekati kecepatan prosesor, cache memiliki salinan data dari memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memori maka terlebih dahulu akan memeriksa keberaan word tersebut didalam cache bila ditemukan akan langsung dikirim ke CPU bila tidak ditemukan maka pencarian akan dilanjutkan ke memori utama. Cache terhubung dengan prosesor melalui saluran data, kontrol dan alamat.

  Kapasit as Kapasit as besar, kecil, cepat lam bat CPU Cache M em ori ut am a

  Word Block

Gambar 4.1. Cache dan Memori Utama

  Keberadaan cache bisa terletak pada prosesor yang disebut on chip cache atau cache internal/ cache tingkat 1 (L1) dan berada diluar prosesor yang disebut off chip cache atau cache eksternal/cache tingkat 2 (L2) Pada gambar berikut menjelaskan konsep kerja dari prosesor menuju cache dengan kondisi cache hit yaitu suatu keadaan ditemukannya data didalam cache dan cache miss keadaan tidak ditemukannya data didalam memori cache. Pada peristiwa cache hit, buffer alamat dan buffer data akan diabaikan komunikasi terjadi hanya diantara prosesor dan cache.

  Pada keadaan cache miss alamat akan dimuat pada sistem bus dan data akan dikembalikan dari cache maupun prosesor melalui buffer data.

  Waktu yang digunakan untuk membawa word data dari memori utama menuju prosesor disebut sebagai miss pinallty.

Gambar 4.2. Organisasi Cache Memori

  Semakin besar ukuran cache maka semakin lambat unjuk kerja dari cache tersebut. Memori cache disusun atas sejumlah baris (disebut juga blok) dengan ukuran setiap baris sama dengan ukuran blok pada memori utama hanya saja memori utama memiliki jumlah blok yang lebih. Untuk itu diperlukan metode pemetaan untuk melakukan pemindahan word data dari keduanya.

2. Metode Pemetaan

   Pemetaan Langsung, blok memori utama dipetakan ke satu baris khusus dalam memori cache. Setiap saluran pada baris cache akan diberikan alamat dari blok sehingga tidak ada 2 blok memori utama dipetakan pada baris yang sama pada cache. Kelebihan: Metode ini sederhana karena tag dari baris cache hanya satu yang cocok dengan field tag dari memori utama yang diberikan. Kekurangan : Blok memori tertentu dipetakan pada suatu baris cache yang tetap. Jika dua blok yang sering diakses terjadi untuk dipetakan pada baris cache yang sama maka hit ratio pada baris yang sering diakses kecil menyebabkan eksekusi program menjadi lambat.

Gambar 4.2. Organisasi Cache Pemetaan Langsung

   Pemetaan Asosiatif Setiap blok memori utama akan dimuat kesembarang saluran cache berdasarkan tag yang dimiliki memori utama yang diatur oleh kontrol logika cache. Metode ini mengatasi kekurangan pada pemetaan langsung. Kelebihan : Fleksibelitas tinggi. Suatu blok memori dapat dimuatkan pada sembarang baris cache Kekurangan: Merupakan sistem yang mahal. Pengontrol cache menjadi komplek karena pencarian parallel terhadap perpindahan blok pada baris.

Gambar 4.3. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif

   Pemetaan Assosiatif Set Merupakan penggabungan dari dua metode pemetaan langsung dan assosiatif. Jumlah total baris cache dikelompokan ke dalam set yang banyak. Setiap blok memori utama dapat dimuat dalam sembarang saluran cache. Kelebihan: Menyediakan fleksibelitas yang lebih baik. Terdapat pilihan yang banyak dalam pemetaan suatu blok memori. Selama pembacaan dan pencarian terjadi hanya dalam suatu set. Tidak seperti assosiatif pencarian dilakukan pada semua cache. Kekurangan: Biaya lebih mahal daripada pemetaan langsung namun tidak lebih mahal dari pemetaan assosiatif.

Gambar 4.4. Organisasi Cache Pemetaan Asosiatif SetGambar 4.4. Contoh Pemetaan Asosiatif SetGambar 4.5. Contoh Pemetaan Asosiatif Set 3.

   _{Algoritma Penggantian}

  Merupakan metode yang digunakan untuk membuat kosong isi dari memori cache untuk dapat dimuatkan blok data yang baru. Dalam pemetaan langsung tidak diperlukan algoritma penggantian. Tiga metode algoritma penggantian yang akan diuraikan sebagai berikut:  Random Choice: memilih baris cache secara acak tanpa suatu acuan.

   First In First Out (FIFO) : memilih set yang telah berada pada cache dalam waktu yang lama.  Least Frequently Used (LFU): mengganti blok data yang mempunyai referensi paling sedikit.

   Least recently Used (LRU) mengganti blok data terlama yang berada pada cache dan tidak memiliki referensi.

  Write Policy

  Sebelum dilakukan penggantian terhadap data yang berada pada memori cache perlu dilakukan cek apakah data pada memori telah sama. Bila data memori utama telah using maka segera digantikan. Dua metode yang digunakan:  Write Through Policy Penulisan data yang sama dalam memori utama sekaligus dalam memori cache. Metode ini memperlambat eksekusi dikarenakan setiap saat memerlukan akses ke memori utama.

   Write Back Policy penulisan hanya pada memori cache saja. Data pada memori cache akan dipindahkan ke memori utama apabila cache ingin melakukan perubahan data. Hal ini akan menimbulkan masalah apabila perangkat I/O mengakses data pada memori utama yang belum update.

  Pendekatan yang mungkin dilakukan bagi koherensi cache meliputi:  Bus Watching with Write Through, cache controller akan melakukan monitoring bus alamat untuk mendeteksi setiap operasi. Apabila ditemukan adanya penulisan pada alamat yang dipakai bersama maka data pada cache akan dianggap tidak valid.

   Hardware transparency, adanya perangkat keras tambahan yang menjamin semua updating data pada memori utama dan cache.

   Non Cacheable Memory, hanya bagian memori utama tertentu yang digunakan secara bersama oleh lebih dari satu prosesor. seluruh Akses yang masuk pada bagian memori ini dianggap sebagai cache miss dikarenakan data tidak akan pernah disalin kedalam cache.

BAB 5. MEMORI EKSTERNAL 1. Magnetic Disc Disc merupakan penyimpan eksternal pada sistem komputer yang berbahan non magnetik yang

  dapat dimagnetisasi dan berbentuk lingkaran. Proses baca dan tulis pada disk menggunakan head yaitu kumparan yang dimuati listrik hingga menghasilkan medan magnet.

  Disk tersusun dari sejumlah ribuan lingkaran yang semakin ketengah semakin rapat yang disebut sebagai track. Setiap track dibatasi oleh gap yang bertujuan untuk menghindari kesalahan baca atau tulis yang disebabkan melesetnya head atau gangguan dari medan magnet. Lebar track sama dengan lebar head.

  Data yang tersimpan dalam pada track berbentuk blok berukuran tidak lebih besar dari track itu sendiri yang disebut sebagai sector.

Gambar 5.1 Penampang Disk Magnetik

  Untuk melakukan baca atau tulis head harus mengetahui letak awal dan posisi sector maupun track melalui header dari setiap data.

  Gap 1 Id Gap 2 Data Gap 3 Gap 1

  ID Gap 2 Data Gap 3 Sync Byte Track Head Sector CRC Sync Byte Data CRC

  Gambar 5.2.Format Data pada track

  Field ID merupakan header data berfungsi untuk menentukan letak sector dan track. Byte SYNCH merupakan pola bit yang menandakan awal field data.

Gambar 5.3. Multiple Platter Disk

  Karakterisitik Magnetik Disk Karakteristik Jenis Keterangan

  Gerakan Head  Fixed head (satu per track)  Movable head (satu per permukaan)

  Pada fixed head masing-masing track memiliki satu head.

  Pada movable hanya terdapat satu head yang bergerak untuk mencari posisi track Portabilitas Disk

   Removable disk  Nonremovable disk

  Removable disk berkapasitas lebih besar dan fleksible Sisi

   Bersisi tunggal  Bersisi ganda Platter  Single Piringan tunggal  Multiple platter Mekanisme head  Kontak  Gap tetap  Gap aerodinamika

  (Winchester) Pada mekanisme kontak, head bersentuhan dengan permukaan disk.

  Pada Gap tetap terdapat jarak antara head dengan permukaan semakin padat data semakin dekat dan semakin besar terjadinya kesalahan baca tulis.

  Seek Time disebut sebagai waktu yang digunakan head untuk menemukan track yang dicari. Rotational latency disebut sebagai waktu berputar yang digunakan sector untuk menemukan headnya apabila track sudah didapatkan.

  Acces time adalah waktu yang diperlukan disk untuk berada pada posisi siap membaca dan menulis.

  Disk Drive Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

  Fisik lebih fleksible Fisik lebih kaku Kapasitas lebih kecil Kapasitas lebih besar Waktu akses dan transfer data lebih cepat Waktu akses dan transfer data lebih cepat

  Floppy disk drive (FDD) Hard disk drive (HDD)

  lebih lambat lebih cepat Lebih rentan mengalami kerusakan Kerusakan data lebih sedikit Saat baca tulis head menyentuh permukaan Head melayang diatas permukaan pada jarak media dekat yang disebut flying head

  Mempunyai dua permukaan Mempunyai dua permukaan dengan banyak piringan

2. Optical Disc Compact Disc (CD)

  Pertama kali ditemukan tahun 1983 dengan kapasitas mencapai 700 MB berbahan dasar aluminium berbungkus plastik atau resin yang dapat memantulkan cahaya. Pembacaan informasi menggunakan sinar laser berdaya rendah dan tidak dapat dihapus dengan baca tulis menggunakan teknik direct acces. CD berisi track berbentuk spiral yang berawal dari pusat menuju sisi luar. Kecepatan rotasi semakin menuju pusat semakin lambat.

  CD-R (Compact Disk Recordales): berbahan dasar resin polycarbonate. Memiliki sifat tidak dapat dihapus menjadikannya back up data terbaik.

  CD-RW (Compact Disk Rewritables): penulisan dapat dilakukan berulang berbahan dasar logam perpaduan dari perak, indium, antimo dan tellurium.

  Digital Versatile Disc (DVD)

  Dikembangkan tahun 1997 berkapasitas 4,7 GB untuk yang bersisi tunggal dan berkapasitas lebih untuk yang ganda. Penulisan menggunakan sinar laser dibuat dalam format sebuah ROM serta dapat dihapus (DVD-E) dan yang dapat ditulisi sekali (DVD-R). Media berbahan dasar polikarbonat dan menggunakan teknik direct acces. Baca tulis menggunakan teknis direct access.

  Blu-Ray Disc (BD)

  Blu ray Disc (BD) adalah sebuah media penyimpanan cakram optik yang dirancang untuk - menggantikan format DVD. Disk plastik 120 mm dan diameter 1,2 mm, ukuran yang sama

  BD

  XL) Blu ray Disc mengandung 25 GB per layer,

• seperti DVD dan CD. Konvensional (pre
• dengan cakram dual layer (50 GB) menjadi standar industri untuk fitur panjang cakram video.

  Disc tiga lapisan (100 GB) dan lapisan quadruple (150 GB) yang tersedia untuk BD

  XL ulang

• penulis drive. [3] Nama Blu ray Disc mengacu pada laser biru yang digunakan untuk membaca disk, yang memungkinkan informasi untuk menjadi disimpan dengan kepadatan yang lebih besar daripada yang mungkin dengan laser merah panjang-panjang gelombang yang digunakan untuk DVD. Aplikasi utama dari Blu ray Disc adalah sebagai media untuk bahan video seperti film.
• Selain spesifikasi hardware, Blu ray Disc dikaitkan dengan satu set format multimedia. - Umumnya, format ini memungkinkan untuk video dan audio untuk disimpan dengan definisi yang lebih besar dari pada DVD. Format ini dikembangkan oleh Sony dan Blu ray Disc Association, sebuah kelompok yang - mewakili pembuat elektronik konsumen, perangkat keras komputer, dan film. Blu ray Disc - pertama prototipe yang diresmikan pada bulan Oktober 2000, dan pemain prototipe pertama dirilis pada bulan April 2003 di Jepang. Setelah itu, ia terus dikembangkan sampai rilis resmi pada bulan Juni 2006.

  IDE Disk (Hardisk)

  Pengalamatan menggunakan LBA (Logical Block Addressing) yaitu metode pengalamatan yang hanya member nomor pada sector-sekto mulai dari 0 hingga 224-1. Metode yang mengharuskan pengontrol menkonversi alamat-alamat LBA menjadi head, sector dan silinder.

  SCSI Disk (Harddisk)

  SCSI (Small Computer System Interface) metode pengalamatan sama dengan IDE perbedaan mampu mentranfer data dalam kecepatan tinggi yang menjadikanya standar bagi beberapa prodesen komputer. Selain itu dapat dianggap sebagai sebuah bus yang mampu mengontrol hingga 7 peralatan al: CD, recorder CD, scanner dan sebagainya. Media tersebut dikenali okeh SCSI berdasarkan ID unik yang mereka miliki.

3. Magnetic Tape

  Berbentuk track-track parallel mempunyai head baca tulis tunggal dan dimana head baca dan tulis dipisahkan. Head harus melewati bagian-bagian pita lain yang ada sebelumnya secara serial. Cocok untuk menyimpan data besar namum tidak untuk pembacaan secara acak. Bit disimpan dalam selebar pita dalam suatu frame dan sepanjang pita dalam bentuk data terkecil yang disebut record. Pengaksesan dilakukan

   secara sequensial. Apabila head berada lebih atas dari letak record yang diinginkan maka pita harus dimundurkan. Kecepatan putaran pita rendah transfer data menjadi lambat.

  Track 2 Track 1 Track 0 Arah baca

  Tepi baw ah t ulis pit a Gam bar 5.4 Pit a M agnet ik

BAB 6. STORAGE ARRAY 1. RAID (Redundancy Array of Independent Disk) Redundancy Array of Independent Disk merupakan pengaturan beberapa disk memori dengan

  sistem akses parallel dan redudansi guna meningkatkan reliabilitas khususnya penyimpanan berbasis data. Konsep ini menggantikan disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk-disk berkapasitas kecil dengan mendistribusian data pada disk-disk tersebut. Karakteristik RAID:  Sekumpulan disk drive yang dianggap sebagai satu sistem tunggal.

   Data didistribusikan ke drive fisik array  Digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recovery data ketika terjadi masalah.

  Tingkatan RAID

   RAID Level 0 Metode drive spinning, block interleave data spinning atau disk stripping digunakan pada level ini yaitu penempatan blok-blok data pada stripe dalam beberapa permukaan disk. Level ini tidak menawarkan fault tolerance karena tidak memiliki redundansi. Kelebihan ketiadaan redundansi adalah kinerja lebih tinggi. Direkomendasikan untuk data yang tidak kritis yang membutuhkan kecepatan baca tulis yang tinggi.

  Gam bar 6.1. RAID 0 (Nonredundant )