Jenis Memori,Prinsip Kerja, Alokasi Data dan Pengalamatan

1.      Jenis Memory dalam Komputer dan Prinsip Kerjanya

Pada awal 1940-an, kebanyakan teknologi memory diizinkan kapasitas beberapa byte. Komputer digital pertama, dengan ENIAC, yang menggunakan basis oktal 20.000 tabung vakum radio diizinkan perhitungan sederhana yang melibatkan 20 nomor dari sepuluh angka desimal yang diadakan di akumulator tabung vakum.

Penting berikutnya adalah bahwa kemajuan dalam memori komputer adalah dengan delay line memory akustik yang dikembangkan oleh J. Presper Eckert pada awal 1940-an. Melalui pembangunan sebuah tabung gelas diisi dengan merkuri dan dipasang di setiap ujung dengan kristal kuarsa, penundaan baris bit dapat menyimpan informasi dalam kuarsa dan transfer melalui propagasi gelombang suara melalui Delay line memory akan terbatas pada kapasitas hingga beberapa ratus ribu bit untuk tetap efisien.

Dua alternatif untuk penundaan line, Williams Selectron tabung dan tabung, dikembangkan pada tahun 1946, baik menggunakan berkas elektron dalam tabung kaca sebagai sarana penyimpanan. Menggunakan sinar katoda tabung, Fred Williams akan menciptakan tabung Williams, yang akan menjadi orang pertama random access memori komputer Tabung Williams akan terbukti menjadi menguntungkan bagi Selectron tabung karena kapasitas yang lebih besar (yang Selectron itu terbatas pada 256 bit, sementara Williams tabung dapat menyimpan ribuan) dan menjadi lebih murah. Tabung Williams akan tetap terbukti menjadi putus asa sensitif terhadap gangguan lingkungan.

Upaya dimulai pada akhir 1940-an untuk menemukan non-volatile memory. Jan A. An Wang Rajchman dan akan dikreditkan dengan pengembangan memori inti magnetik, yang akan memungkinkan untuk mengingat memori setelah kehilangan kekuasaan. Memori inti magnetik akan menjadi dominan dalam memori sampai pengembangan berbasis transistor memori pada akhir tahun 1960-an.

PERKEMBANGAN MEMORI KOMPUTER

Memori Komputer adalah perangkat yang digunakan untuk menyimpan data atau program (urutan instruksi) baik itu untuk sementara atau secara permanen yang digunakan dalam komputer digital elektronik.. Masing-masing digit biner dapat disimpan oleh sistem fisik yang dapat di salah satu dari dua bagian yang stabil, untuk mewakili 0 dan 1. Sistem seperti ini disebut bistable. Hal ini bisa menjadi on-off switch, kapasitor listrik yang dapat menyimpan atau kehilangan muatan, magnet dengan polaritas atas atau bawah, atau permukaan yang dapat memiliki lubang atau tidak. Sekarang ini, kapasitor dan transistor, berfungsi sebagai saklar listrik kecil, digunakan untuk penyimpanan sementara, dan salah satu disk atau tape dengan lapisan magnetik, atau plastik pola cakram dengan lubang yang digunakan untuk penyimpanan jangka panjang.

Memori komputer biasanya dimaksudkan untuk mengarah pada teknologi semikonduktor yang digunakan untuk menyimpan informasi di dalam perangkat elektronik. Memori komputer utama saat ini memanfaatkan sirkuit terpadu yang terdiri dari transistor berbasis silikon Ada dua jenis memori: volatil dan non-volatile. Memori internal komputer dibagi menjadi 2 kelompok antara lain :

A.    RAM (Random-Access Memory)

B.     ROM (Read-Only Memory)

A. RAM (Random-Access Memory)

RAM (Random-Access Memory) adalah salah bentuk penyimpanan data computer. Sekarang ini, dibutuhkan bentuk sirkuit terpadu yang memungkinkan data yang disimpan dapat diakses dalam urutan apapun (yaitu, secara acak). Kata acak dengan demikian mengacu pada fakta bahwa setiap bagian dari data dapat dikembalikan dalam waktu yang konstan, terlepas dari lokasi fisik dan apakah atau tidak itu adalah berkaitan dengan bagian dari data sebelumnya.

RAM ini digunakan untuk memori yang berfungsi untuk membaca dan menuliskan data. Dengan fungsi tersebut maka Anda bisa menjalankan dua aktifitas sekaligus, yaitu menulis dari RAM dan membaca data dari RAM. Hal ini sangat berbeda dengan ROM, yang hanya mengijinkan untuk dapat membaca data. Kebanyakan data memiliki tingkat ke stabilan yang kurang dan hal tersebut menandakan bahwa tenaga listrik yang masuklah yang mengatur jalannya konten pada RAM. Dan apabila sewaktu-waktu tenaga listrik terputus, maka secara otomatis data pada RAM akan hilang.

Kebalikan dari RAM adalah serial access memory (SAM). SAM menyimpan data sebagai rangkaian sel memori yang hanya dapat diakses secara berurutan (seperti tape kaset). Jika data tidak di lokasi saat ini, setiap sel memori diperiksa sampai ditemukan data yang diperlukan. SAM bekerja sangat baik untuk buffer memori, dimana data biasanya disimpan dalam urutan yang akan digunakan (contoh yang baik adalah tekstur buffer memori pada kartu video). Data RAM, di sisi lain, dapat diakses dalam urutan apapun.

RAM itu kecil, baik dalam ukuran fisik (itu disimpan dalam microchip) dan dalam jumlah data yang dapat terus. Ini jauh lebih kecil dari hard disk Anda. Sebuah komputer biasa mungkin datang dengan 256 juta byte RAM dan hard disk yang dapat menampung 40 miliar byte. RAM datang dalam bentuk "diskrit" (berarti terpisah) microchip dan juga dalam bentuk modul yang ditancapkan ke lubang pada motherboard komputer. Lubang ini terhubung melalui bus atau set path listrik ke prosesor. Hard drive, di sisi lain, menyimpan data pada permukaan magnet yang terlihat seperti piringan hitam.

Kebanyakan komputer pribadi dirancang untuk memungkinkan Anda untuk menambahkan modul RAM tambahan hingga batas tertentu. Memiliki RAM di komputer Anda mengurangi jumlah kali prosesor komputer harus membaca data dalam dari hard disk Anda, sebuah operasi yang memakan waktu lebih lama dibandingkan dengan membaca data dari RAM. (waktu akses RAM dalam nanodetik, waktu akses disk hard dalam milidetik.)

Kata RAM sering dikaitkan dengan jenis memori volatile (seperti modul memori DRAM), di mana informasi yang hilang setelah daya dimatikan. DRAM merupakan transistor dan kapasitor yang dipasangkan untuk membuat sel memori, yang mewakili satu bit data. Kapasitor memegang sedikit informasi - 0 atau 1. Transistor bertindak sebagai switch yang memungkinkan sirkuit kontrol pada chip memori membaca kapasitor atau mengubah keadaannya. DRAM bekerja dengan mengirimkan charge through the appropriate column (CAS) untuk mengaktifkan transistor pada setiap bit dalam kolom.

                                                       

Gambar 1. Dynamic RAM

Kebalikan dari DRAM adalah Static RAM di mana sebuah bentuk flip-flop memegang setiap bit memori. Sebuah flip-flop untuk sel memori mengambil empat atau enam transistor bersama dengan beberapa kabel, tetapi tidak pernah harus refresh. Hal ini membuat RAM statis signifikan lebih cepat daripada RAM dinamis. Namun, karena memiliki bagian yang lebih, sel memori statis memakan ruang lebih banyak pada chip dari satu sel memori dinamis. Oleh karena itu, Anda mendapatkan sedikit memori per keping, dan yang membuat RAM statis jauh lebih mahal.

                                                                  

                                                           Gambar 2. Static RAM

Static RAM cepat dan mahal, dan RAM dinamis lebih murah dan lebih lambat. RAM Jadi statis digunakan untuk membuat cache CPU kecepatan-sensitif, sedangkan RAM dinamis membentuk sistem ruang RAM yang lebih besar.

Selain DRAM dan Static RAM, masih ada beberapa tipe RAM, yaitu:

1. FPM DRAM: Fast page mode dynamic random access memory adalah bentuk asli dari DRAM. Ini menunggu melalui seluruh proses mencari sedikit data menurut kolom dan baris dan kemudian membaca bit sebelum dimulai pada bit berikutnya. Kecepatan transfer maksimum untuk cache L2 adalah sekitar 176 MBps.
2. EDO DRAM: Extended data-out dynamic random access memory tidak menunggu semua pengolahan bit pertama sebelum melanjutkan ke yang berikutnya. Begitu alamat dari bit pertama terletak, EDO DRAM mulai mencari bit berikutnya. Ini adalah tentang lima persen lebih cepat dari FPM. Kecepatan transfer maksimum untuk cache L2 adalah sekitar 264 MBps.
3. SDRAM: access memory Synchronous dynamic random mengambil keuntungan dari konsep burst mode untuk lebih meningkatkan kinerja. Hal ini dilakukan dengan tinggal di baris berisi bit diminta dan bergerak cepat melalui kolom, membaca setiap bit it goes. Idenya adalah bahwa sebagian besar waktu data yang dibutuhkan oleh CPU akan di urutan. SDRAM adalah sekitar lima persen lebih cepat dari EDO RAM dan merupakan bentuk yang paling umum di desktop saat ini. Kecepatan transfer maksimum untuk cache L2 adalah sekitar 528 MBps.
4. DDR SDRAM: Double data rate synchronous dynamic RAM adalah seperti SDRAM kecuali yang memiliki bandwidth yang lebih tinggi, yang berarti lebih cepat. Kecepatan transfer maksimum untuk cache L2 adalah sekitar 1.064 MBps (untuk DDR SDRAM 133 MHZ).
5. RDRAM: memori Rambus dynamic random access adalah sebuah rancangan yang radikal dari DRAM sebelumnya. Dirancang oleh Rambus, RDRAM menggunakan Rambus in-line modul memori (RIMM), yang mirip dalam ukuran dan pin konfigurasi untuk DIMM standar. Apa yang membuat RDRAM begitu berbeda adalah penggunaan sebuah bus data khusus berkecepatan tinggi yang disebut saluran Rambus. Chip memori RDRAM bekerja secara paralel untuk mencapai data rate 800 MHz, atau 1.600 MBps. Karena mereka beroperasi pada kecepatan tinggi tersebut, mereka menghasilkan panas jauh lebih banyak daripada jenis lain chip. Untuk membantu menghilangkan kelebihan panas Rambus chip dilengkapi dengan penyebar panas, yang terlihat seperti wafer tipis panjang. Sama seperti ada versi lebih kecil dari DIMM, ada juga SO-RIMMs, yang dirancang untuk komputer notebook.
6. Credit Card Memory: berisi modul memori DRAM yang dipasang ke slot khusus untuk digunakan dalam komputer notebook.
7. Memory Card PCMCIA: modul lain DRAM mandiri untuk notebook, kartu jenis ini tidak eksklusif dan harus bekerja dengan komputer notebook yang cocok dengan sistem bus konfigurasi kartu memory.
8. CMOS RAM: adalah istilah untuk jumlah kecil memori yang digunakan oleh komputer Anda dan beberapa perangkat lainnya untuk mengingat hal-hal seperti pengaturan hard disk. Memori ini menggunakan baterai kecil untuk menyediakannya dengan kekuatan yang dibutuhkan untuk mempertahankan isi memori.
9. VRAM: VideoRAM, juga dikenal sebagai multiport akses memori dynamic random (MPDRAM), adalah jenis RAM yang digunakan khusus untuk adapter video atau akselerator 3-D. The "multiport" bagian berasal dari fakta bahwa VRAM biasanya memiliki dua port akses independen bukan hanya satu, yang memungkinkan CPU dan prosesor grafis untuk mengakses RAM secara bersamaan. VRAM terletak pada kartu grafis dan datang dalam berbagai format, banyak di antaranya adalah proprietary. Jumlah VRAM merupakan faktor yang menentukan dalam resolusi dan kedalaman warna layar. VRAM juga digunakan untuk menyimpan informasi grafis spesifik seperti data geometri 3-D dan peta tekstur. VRAM multiport Benar cenderung menjadi mahal, jadi hari ini, banyak menggunakan kartu grafis SGRAM (sinkron grafis RAM) sebagai gantinya. Kinerja hampir sama, tetapi SGRAM lebih murah.

B. ROM (Read-Only Memory)

                                                               

Gambar 3. Read Only Memory

ROM (Read-Only Memory) adalah sekelompok media penyimpanan yang digunakan dalam komputer dan perangkat elektronik lainnya. Karena data yang tersimpan dalam ROM tidak dapat diubah (setidaknya tidak terlalu cepat atau mudah), ini terutama digunakan untuk mendistribusikan firmware (software yang sangat terkait erat dengan hardware tertentu, dan tidak mungkin sering membutuhkan update). Dan Tidak seperti RAM, ROM tidak dapat digunakan untuk menulis Data.

Salah satu contoh ROM adalah ROM BIOS yang berisi program dasar system komputer yang mengatur / menyiapkan semua peralatan / komponen yang ada dalam komputer saat komputer dihidupkan.

ROM modern didapati dalam bentuk IC, persis seperti medium penyimpanan/memori lainnya seperti RAM. Untuk membedakannya perlu membaca teks yang tertera pada IC-nya. Biasanya dimulai dengan nomer 27xxx, angka 27 menunjukkan jenis ROM , xxx menunjukkan kapasitas dalam kilo bit (bukan kilo byte).

Data pada ROM dimasukkan langsung melalui mask pada saat perakitan chip. Hal ini membuatnya sangat ekonomis terutama jika kita memproduksi dalam jumlah banyak. Namun hal ini juga menjadi sangat mahal karena tidak fleksibel. Sebuah perubahan walaupun hanya satu bit membutuhkan mask baru yang tentu saja tidak murah. Karena tidak fleksibel maka jarang ada yang menggunakannya lagi.

Berikut ini akan dibahas jenis ROM dan perkembangannya.

1.      PROM (Programmable Read-Only Memory ) atau FPROM (field programmable read-only memory) atau biasa juga disebut NVM OTP (programmable non-volatile memory) adalah suatu bentuk memori digital pengaturan setiap bit dikunci oleh sekring atau antifuse. Prom seperti itu digunakan untuk menyimpan program secara permanen. Perbedaan utama dari ROM yang sangat terlihat adalah bahwa pemrograman diterapkan setelah perangkat dibangun. Singkatnya PROM adalah chip memori yang dapat menyimpan program. Tetapi sekali PROM digunakan, kita tidak akan dapat membersihkan dan menyimpan kembali data lainnya. Type jenis ini sering terlihat pada konsol permainan video, telepon genggam, radio frequency identification (RFID) tag, implantable peralatan medis, high-definition multimedia interface (HDMI) dan dalam banyak konsumen lain produk-produk elektronik dan otomotif.

2.      EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) hanya membaca memori, adalah jenis chip memori yang mempertahankan data ketika catu daya dimatikan. Dengan kata lain, itu adalah non-volatile. Ini adalah sebuah array dari floating-gerbang transistor individual diprogram oleh perangkat elektronik yang memasok tegangan tinggi daripada yang biasanya digunakan dalam rangkaian digital Sekali diprogram, sebuah EPROM dapat dihapus hanya dengan mengekspos ke kuat sinar ultraviolet. Sinar UV yang biasanya memiliki panjang gelombang 253.7nm (untuk penghapusan optimal waktu) dan termasuk dalam kisaran UVC sinar UV. EPROMs mudah dikenali oleh kuarsa bercampur jendela transparan di bagian atas paket, melalui chip silikon yang terlihat, dan yang memungkinkan paparan sinar UV selama menghapus.

3.      EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), ditulis pula dengan E²PROM) adalah merupakan jenis non-volatile memori yang digunakan dalam komputer dan perangkat elektronik lainnya untuk menyimpan sejumlah kecil data yang harus disimpan ketika akan dihapus, misalnya, kalibrasi perangkat meja atau konfigurasi. EEPROM ini dapat dihapus dengan menggunakan adanya tegangan listrik. Ketika jumlah besar data statis untuk disimpan (seperti pada USB flash drive) jenis tertentu EEPROM seperti flash memori lebih ekonomis dari perangkat EEPROM yang lama. EEPROM direalisasikan sebagai array dari floating-gerbang transistor.

4.      CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) adalah suatu memory yang khusus yang berisi data vital mengenai konfigurasi komputer dan bersifat semi-permanen. Tanpa adanya data ini, komputer tidak akan bisa beroperasi. CMOS lebih permanen dari pada RAM dan kurang permanen dibandingkan ROM. CMOS memerlukan daya yang sangat kecil untuk mempertahankan kontennya, dan chip ini memanfaatkan baterai sebagai sumber daya listriknya. Ketika perubahan diperlukan ke dalam konfigurasi sistem komputer (misalnya ada penambahan hardisk, penambahan RAM dan lain sebagainya), maka CMOS dapat diubah dengan menjalankan suatu program utility khusus yang tersedia melalui sistem operasi.

2.      Alokasi Data dan Sistem Pengalamatan Data dalam Memori

MANAJEMEN MEMORI

Manajemen memori adalah kegiatan mengelola memori komputer, mengalokasikan memori untuk proses sesuai keinginan, menjaga alokasi ruang memori bagi proses sehingga mmori dapat menampung banyak proses dan sebagai upaya agar pemogram atau proses tidak dibatasi kapasitas memori fisik di sistem komputer.

Fungsi manajemen memori antara lain :

1.      Mengelola informasi memori yang dipakai dan tidak dipakai.

2.      Mengalokasikan memori ke proses yang memerlukan.

3.      Mendealokasikan memori dari proses yang telah selesai.

4.      Mengelola swapping antara memori utama dan disk.

Manajemen Memori dibedakan menjadi dua :

1.      Manajemen Memori dengan swapping :  manajemen memori dengan pemindahan proses antara memori utama dan disk selama eksekusi.

2.      Manajemen Memori tanpa swapping : manajemen memori tanpa pemindahan proses antara memori utama dan disk selama eksekusi.

Kondisi tanpa swapping, bisa dikondisikan sebagai berikut :

1.      Monoprogramming : sistem komputer hanya mengijinkan satu program/pemakai berjalan pada satu waktu.

2.      Multiprogramming dengan pemartisian statis : memori dibagi menjadi beberapa sejumlah partisi tetap.

PENUKARAN DAN ALOKASI MEMORI

a. Penukaran : sebuah proses yang berada di dalam memori dapat ditukar sementara keluar memori ke sebuah penyimpanan sementara, dan kemudian dibawa masuk lagi ke memori untuk melanjutkan pengeksekusian.

b. Alokasi Memori : sebuah fungsi fasilitas untuk memesan tempat secara berurutan alamat memori diberikan kepada proses secara berurutan dari kecil ke besar untuk tipe data dinamis (pointer)

Jenis Alokasi dari Memori antara lain:

1. Single Partition Allocation / Sistem Partisi Tunggal : alamat memori yang akan dialokasikan untuk proses adalah alamat memori pertama setelah pengalokasian sebelumnya

2. Multiple Partition Allocation / Sistem Partisi Banyak : Banyak: sistem operasi menyimpan informasi tentang semua bagian memori yang tersedia untuk dapat diisi oleh proses-proses (disebut lubang).

Permasalahan Alokasi Memori:

1. First fit: Mengalokasikan lubang pertama ditemukan yang besarnya mencukupi. Pencarian dimulai dari awal.

2. Best fit: Mengalokasikan lubang dengan besar minimum yang mencukupi permintaan.

3. Next fit: Mengalokasikan lubang pertama ditemukan yang besarnya mencukupi. Pencarian dimulai dari akhir pencarian sebelumnya.

4. Worst fit: Mengalokasikan lubang terbesar yang ada

Pemberian Halaman      

Pemberian Halaman : suatu metode yang memungkinkan suatu alamat fisik memori yang tersedia dapat tidak berurutan (non contiguous).

Metode dasar dari pemberian halaman : dengan memecah memori fisik menjadi blok-blok yang berukuran tertentu yang disebut dengan frame dan memecah memori logika menjadi blok-blok yang berukuran sama dengan frame yang disebut dengan page

STRUKTUR TABEL HALAMAN

Struktur Tabel Halaman terbagi menjadi dua :

1. Tabel Halaman Bertingkat : sebuah metode pemberian halaman dengan cara membagi sebuah page table menjadi beberapa page table yang berukuran lebih kecil.

Konsep dasar metode ini yaitu menggunakan pembagian tingkat setiap segmen alamat logika. Setiap segmen menunjukkan indeks dari sebuah page table, kecuali segmen terakhir yang menunjuk langsung ke frame pada memori fisik. Segmen terakhir ini disebut offset (d). Dapat disimpulkan bahwa segmen yang terdapat pada alamat logika menentukan berapa level paging yang digunakan yaitu banyak segmen dikurang 1.

2. Tabel Halaman Dengan Hash : sebuah metode yang digunakan untuk menangani masalah ruang alamat logika yang besarnya mencapai 64 bit karena struktur page table pada metode ini bisa menghemat ruang memori dalam jumlah yang cukup besar.

Mekanisme Tabel Halaman Dengan Hash:

1.      Alamat logika dipetakan ke suatu lokasi/entri di page table dengan menggunakan hash function.

2.      Page number tersebut kemudian di simpan sebagai field pertama pada sebuah elemen dalam entri yang teralokasikan. 

3.      Page number tersebut lalu dipasangkan dengan frame number yang available yang disimpan pada field kedua di elemen yang sama. 

4.   Untuk mendapatkan lokasi yang sebenarnya pada memori fisik, frame number pada field kedua di-concate dengan offset.

SEGMENTASI

Segmentasi : sebuah bagian dari managemen memori yang mengatur pengalamatan dari memori yang terdiri dari segmen-segmen

Setiap segment  berisi alamat  0 sampai maksimum secara linier. Panjang setiap segment berbeda-beda sampai panjang maksimun, perobahan  panjang segment terjadi selama proses  eksekusi.

Segment stack bertambah ketika terjadi operasi push dan turun saat operasi pop, dimana setiap segment merupakan ruang alamat terpisah segment-segment dapat tumbuh dan mengkerut secara bebas tanpa mempengaruhi yang lain.

Alamat terdiri dari dua bagian pada memori bersegment yaitu :

1.    Nomor segment

2.    Alamat pada segment ( offset ).

Segment dapat berisi :

1. Prosedure
2. Array
3. Stack
4. Kumpulan variable skala.