ORGANISASI I/O & SISTEM MEMORY

BAB 1

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Di zaman modern ini telah berkembang berbagai macam bentuk computer dan perangkat pendukung guna meningkatkan kinerja computer baik dari segi internal maupun eksternal system. Agar komputer dapat berhubungan dengan lingkungan luar maka dari itu diperlukan perangkat tambahan dan system yang mengatur komunikasi perangkat dengan processor atau CPU dan Memory yang berada di lingkungan dalam computer. Tanpa dapat berkomunikasi dengan dunia luar komputer bukan lah apa-apa. Sebagai contoh pada saat kita ingin melakukan peroses pengolahan data atau sebagainya namun disana tidak terdapat layar monitor computer lalu bagaimanakah kita tahu bahwa kita telah berhasil melakukan proses tersebut? Maka dari itu agar mempermudah kerja kita computer membutuhkan prangkat tambahan yang disebut peripheral. Kita akan membahas lebih jelas tentang organisasi I/O dan system memory pada halaman selanjutnya.

B.     RUMUSAN MASALAH

1.      Bagaimanakah organisasi dari perangkat keras?

2.      Bagaimana klasifikasi perangkat I/O?

3.      Apa yang dimaksud modul I/O?

4.      Apa saja teknik-teknik dalam proses I/O?

5.      Apa perbedaan antara bus sistem dan bus I/O?

6.      Apa yang dimaksud dengan sistem memory?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    ORGANISASI SISTEM I/O

Organisasi Perangkat I/O dapat ditinjau dari segi Organisasi fisik / perangkat keras dan Organisasi perangkat lunak.

1.      Organisasi Perangkat Keras

Secara fisik, organisasi sistem I/O dibedakan menjadi :

a.       Piranti I/O (Device)

Piranti-piranti I/O yang terkoneksi ke komputer memiliki karakterisitk khas sesuai dengan fungsi dan teknologi yang digunakannya. Piranti I/O dapat berupa komponen elektris maupun mekanik. Contoh piranti I/O seperti monitor, keyboard, mouse, printer, scanner dan lain-lain.

IO Device

b.      Device Controller (Adapter)

Supaya piranti-piranti I/O dapat dikontrol dan berkomunikasi dengan sistem komputer, maka harus ada device controller yang berfungsi sebagai antarmuka antara piranti I/O dengan sistem internal komputer. Device controller ini merupakan sirkuit digital yang berfungsi mengontrol kerja komponen mekanik ataupun elektris lainnya dari piranti I/O.

Device Controller

c.       Bus I/O

Bus I/O terdiri atas bus data, alamat dan kontrol yang berfungsi menghubungkan device controller dengan elemen internal komputer seperti processor dan memory. Selain itu terdapat juga bus I/O lanjutan atau ekspansi seperti bus parallel, serial, PS2 yang digunakan untuk berkomunikasi dengan piranti I/O yang bersifat mudah dipindah-pindahkan dan umumnya terletak di luar kotak komputer.

Bus I/O

2.      Klasifikasi Perangkat I/O

Perangkat masukan/keluaran merupakan komponen yang paling bnyak jenisnya dan dapat di kelompokan dengan beragam kriteria. antara lain:

a.       Berdasarkan sasaran komunikasi

·                  Peralatan yang terbaca oleh manusia (Human Readable Machine), yaitu, peralatan yang cocok untuk komunikasi dengan user. Contohnya, Video Display Terminal (VDT) yang terdiri dari layar, keyboard, dan mouse.

·                  Peralatan yang terbaca oleh mesin (Machine Readable Machine), yaitu peralatan yang cocok untuk komunikasi dengan peralatan elektronik. Contohnya disk dan tape, sensor, controller.

·                  Perangkat untuk Komunikasi, yaitu, peralatan yang cocok untuk komunikasi dengan peralatan-peralatan jarak jauh. Contohnya modem.

Terdapat perbedaan-perbedaan besar antar kelas peralatan tersebut. diantaranya mengenai:

·                  Data rate

·                  Aplikasi

·                  Kompleksitas pengendalian

·                  Unit yang ditransfer

·                  Representasi data

·                  Kondisi-kondisi kesalahan

Perbedaan tersebut membuat peralatan I/O perlu adanya suatu pendekatan yang seragam dan konsisten baik dari segi OS maupun Prosessing.

b.      Berdasarkan sifat aliran datanya.

1)      Perangkat berorientasi blok (block-oriented devices)

Peralatan untuk menyimpan maupun menukarkan informasi sebagai blok –blok berukuran tetap. Tiap blok mempunyai alamat tersendiri. Ukuran blok dapat beragam, mulai dari 128byte sampai 1024 byte, tergantung peralatannya.

Ciri utama perangkat ini adalah memungkinkan membaca atau menulis blok–blok secara independen, yaitu dapat membaca atau menulis sembarang blok tanpa harus melewati blok- blok lain. Contohnya : disk, tape, CD ROM, Optical disk.

2)      Perangkat berorientasi aliran karakter (character-oriented devices)

Peralatan mentransfer dari dan ke peralatan berupa aliran karakter. Contohnya : terminals, line printer, punch card, network interfaces, pita kertas, mouse.

Perangkat yang tidak termasuk katagori di atas yaitu : clock, memory mapped screen, sensor , mouse, dan sebagainya.

3)      Pengalamatan Piranti I/O

Untuk mengakses piranti I/O, yaitu membaca dan menulis data ke piranti I/O, maka setiap piranti I/O butuh diberi alamat khusus. Sesungguhnya yang diberi alamat adalah register-register pada device controllernya.

Ada dua macam metode untuk memberi alamat pada piranti I/O :

a.       Direct-Mapped I/O Adressing

Pada skema pengalamatan ini, piranti I/O memiliki ruang alamat yang terpisah dari alamat memory dimana port I/O tidak tergantung pada memori utama.

Karakteristik:

Ø  Port I/O tidak tergantung memori utama.

Ø  Transfer informasi dilakukan di bawah kendali sinyal kontrol yang menggunakan instruksi INPUT dan OUTPUT.

Ø  Operasi I/O tergantung sinyal kendali dari CPU.

Ø  lnstruksi I/O mengaktifkan baris kendali read/write pada port I/O, sedangkan instruksi memori akan mengaktifkan baris kendali read/write pada memori.

Ø  Ruang memori dan ruang alamat I/O menyatu, sehingga dapat memiliki alamat yang sama.         

I/O mapped I/O Iebih cepat dan efisien, karena lokasi I/O terpisah dengan lokasi memori.I/O mapped I/O mempunyai keterbatasan jumlah instruksi yang dapat digunakan untuk operasi I/O.

b.      Memory-Mapped I/O Addressing

Pada skema pengalamatan ini, piranti I/O memiliki alamat yang merupakan bagian dari ruang alamat memory secara global.

Karakteristik:

Ø  Port I/O dihubungkan ke bus alamat.

Ø  Piranti input sebagai bagian memori yang memberikan data ke bus data. Piranti output sebagai bagian memori yang memiliki data yang tersimpan di dalamnya.

Ø  Port I/O menempati lokasi tertentu pada ruang alamat dan diakses seolah-olah adalah lokasi memori.

Keuntungan memory-mapped I/O adalah efisien dalam pemrograman, namunmemakan banyak ruang memori alamat

3.      Modul I/O

Modul I/O adalah suatu komponen dalam sistem komputer yang bertanggung jawab atas pengontrolan sebuah perangkat luar atau lebih dan bertanggung jawab pula dalam pertukaran data antara perangkat luar tersebut dengan memori utama ataupun dengan register – register CPU. Dalam mewujudkan hal ini, diperlukan antarmuka internal dengan komputer (CPU dan memori utama) dan antarmuka dengan perangkat eksternalnya untuk menjalankan fungsi – fungsi pengontrolan.

Ada beberapa alasan kenapa piranti–piranti tidak langsung dihubungkan dengan bus sistem komputer, yaitu :

·             Bervariasinya metode operasi piranti peripheral, sehingga tidak praktis apabila system komputer herus menangani berbagai macam sisem operasi piranti peripheral tersebut.

·             Kecepatan transfer data piranti peripheral umumnya lebih lambat dari pada laju transferdata pada CPU maupun memori.

·             Format data dan panjang data pada piranti peripheral seringkali berbeda dengan CPU,sehingga perlu modul untuk menselaraskannya.

Bagaimana modul I/O dapat menjalankan tugasnya, yaitu menjembatani CPU dan memori dengan dunia luar. Inti mempelajari sistem I/O suatu komputer adalah mengetahui fungsi dan struktur modul I/O.

Ø  Modul I/O memiliki dua buah fungsi utama, yaitu :

             1.     Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.

             2.     Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu.

Ø  Adapun fungsi lainnya yaitu:

·                  Kontrol dan pewaktuan.

·                  Komunikasi CPU.

·                  Komunikasi perangkat eksternal.

·                  Pem-buffer-an data.

·                  Deteksi kesalahan.

Fungsi kontrol dan pewaktuan (control & timing) merupakan hal yang penting untuk mensinkronkan kerja masing-masing komponen penyusun komputer. Dalam sekali waktu CPU berkomunikasi dengan satu atau lebih perangkat dengan pola tidak menentu dan kecepatan transfer komunikasi data yang beragam, baik dengan perangkat internal seperti register-register, memori utama, memori sekunder, perangkat peripheral. Proses tersebut bisa berjalan apabila ada fungsi kontrol dan pewaktuan yang mengatur sistem secara keseluruhan. Contoh control pemindahan data dari peripheral ke CPU melalui sebuah modul I/O dapat meliputi langkah-langkah berikut ini :

1.      Permintaan dan pemeriksaan status perangkat dari CPU ke modul I/O.

2.      Modul I/O memberi jawaban atas permintaan CPU.

3.      Apabila perangkat eksternal telah siap untuk transfer data, maka CPU akanmengirimkan perintah ke modul I/O.

4.      Modul I/O akan menerima paket data dengan panjang tertentu dari peripheral.

5.      Selanjutnya data dikirim ke CPU setelah diadakan sinkronisasi panjang data dankecepatan transfer oleh modul I/O sehingga paket-paket data dapat diterima CPUdengan baik.

            Transfer data tidak akan lepas dari penggunaan sistem bus, maka interaksi CPU dan modul I/O akan melibatkan kontrol dan pewaktuan sebuah arbitrasi bus atau lebih.Adapun fungsi komunikasi antara CPU dan modul I/O meliputi proses-proses berikut :

·                  Command Decoding, yaitu modul I/O menerima perintah-perintah dari CPU yangdikirimkan sebagai sinyal bagi bus kontrol. Misalnya, sebuah modul I/O untuk diskdapat menerima perintah: Read sector, Scan record ID, Format disk.

·                  Data, pertukaran data antara CPU dan modul I/O melalui bus data.

·                  Status Reporting, yaitu pelaporan kondisi status modul I/O maupun perangkatperipheral, umumnya berupa status kondisi Busyatau Ready. Juga status bermacam-macam kondisi kesalahan (error).

·                  Address Recognition, bahwa peralatan atau komponen penyusun komputer dapatdihubungi atau dipanggil maka harus memiliki alamat yang unik, begitu pula padaperangkat peripheral, sehingga setiap modul I/O harus mengetahui alamat peripheralyang dikontrolnya.

            Fungsi selanjutnya adalah buffering. Tujuan utama buffering adalah mendapatkan penyesuaian data sehubungan perbedaan laju transfer data dari perangkat peripheral dengan kecepatan pengolahan pada CPU. Umumnya laju transfer data dari perangkat peripheral lebih lambat dari kecepatan CPU maupun media penyimpan.

            Fungsi terakhir adalah deteksi kesalahan. Apabila pada perangkat peripheral terdapat masalah sehingga proses tidak dapat dijalankan, maka modul I/O akan melaporkan kesalahan tersebut. Misal informasi kesalahan pada peripheral printer seperti: kertas tergulung, pinta habis, kertas habis, dan lain-lain. Teknik yang umum untuk deteksi kesalahan adalah penggunaan bitparitas.

            Pada sisi modul I/O ke perangkat peripheral juga terdapat komunikasi yang meliputi komunikasi data, kontrol maupun status. Perhatikan gambar 1.2 berikut.

Gambar 1.2 Skema suatu perangkat peripheral

a.       Struktur Modul I/O

Terdapat berbagai macam modul I/O seiring perkembangan komputer itu sendiri, contoh yang sederhana dan fleksibel adalah Intel 8255A yang sering disebut PPI(Programmable Peripheral Interface).Bagaimanapun kompleksitas suatu modul I/O,terdapat kemiripan struktur, seperti terlihat pada gambar 1.3.

Gambar 1.3 Blok diagram struktur modul I/O

Antarmuka modul I/O ke CPU melalui bus sistem komputer terdapat tiga saluran, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran kontrol. Bagian terpenting adalah blok logika I/O yang berhubungan dengan semua peralatan antarmuka peripheral, terdapat fungsi pengaturan dan switching pada blok ini.

4.      TEKNIK - TEKNIK I/O

Terdapat tiga buah teknik dalam operasi I/O, yaitu:

1.      I/O terprogram

Metode di mana CPU mengendalikan operasi I/O secara keseluruhan dengan menjalankan serangkaian instruksi I/O dengan sebuah program.

Karakteristik:

-     Program tersebut digunakan untuk memulai, mengarahkan dan menghentikan operasi-operasi I/O.

-     Membutuhkan sejumlah perangkat keras (register) yaitu:

·                  Register status, berisi status piranti I/O dan datayang akan dikirimkan.

·                  Register buffer, menyimpan data sementara sampai CPU siap menerimanya

·                  Pointer buffer, menunjuk ke lokasi memori di mana sebuah karakter harus ditulis atau dan mana karakter tersebut harus dibaca.

·                  Counter data, tempat penyimpanan jumlah karakter dan akan berkurang nilainya jika karakter ditransfer.

-       Membutuhan waktu proses yang lama dan tidak efesien dalarn pemanfaatan CPU.

2.      I/O interupsi

Metode di mana CPU akan bereaksi ketika suatu piranti mengeluarkan permintaan untuk pelayanan.

Karakteristik:

-          Lebih efisien dalam pemanfaatan CPU, karena tidak harus menguji status dari piranti.

-          Interupsi dapat berasal dari piranti I/O, interupsi perangkat keras misalnya : timer, memori, power supply, dan Interupsi perangkat lunak misalnya : overflow, opcode/data yang ilegal, pembagian dengan nol.

Ada 2 jenis interupsi:

             1.     lnterupsi maskable

Interupsi yang dapat didisable (dimatikan) untuk sementara dengan sebuah instruksi disable interupsi khusus.

             2.     Interupsi nonmaskable

Interupsi yang tidak dapat didisable dengan instruksi perangkat lunak.

a.       DMA/ Direct Memory Access (Akses memori langsung)

DMA adalah sebuah metode untuk mentransfer data dari RAM komputer ke bagian lain dari pengolahan komputer tanpa menggunakan CPU. Meskipun sebagian besar data yang diinput atau output dari komputer Anda diproses oleh CPU, beberapa data tidak memerlukan pengolahan, atau dapat diproses oleh perangkat lain. Dalam situasi ini, DMA dapat menghemat waktu pemrosesan dan merupakan cara yang lebih efisien untuk memindahkan data dari memori komputer ke perangkat lain. Sebagai contoh, sebuah Sound card mungkin perlu untuk mengakses data yang tersimpan dalam RAM komputer, tapi karena dapat memproses data sendiri, hal itu mungkin menggunakan DMA untuk melewati CPU. Video card yang mendukung DMA juga dapat mengakses memori sistem dan proses grafis tanpa perlu CPU. Agar perangkat dapat menggunakan DMA, mereka harus ditetapkan ke saluran DMA. Setiap jenis port pada komputer memiliki seperangkat saluran DMA yang dapat ditetapkan untuk setiap perangkat yang terhubung. Sebagai contoh, sebuah PCI controller dan sebuah hard drive controller masing-masing memiliki saluran DMA set.

DMA merupakan prosesor khusus (special purpose processor) yang berguna untuk menghindari pembebanan CPU utama oleh program I/O (PIO). Untuk memulai sebuah transfer DMA, host akan menuliskan sebuah DMA command block yang berisi pointer yang menunjuk ke sumber transfer, pointer yang menunjuk ke tujuan transfer, dan jumlah byte yang ditransfer, ke memori. CPU kemudian menuliskan alamat command block ini ke pengendali DMA, sehingga pengendali DMA dapat kemudian mengoperasikan bus memori secara langsung dengan menempatkan alamat-alamat pada bus tersebut untuk melakukan transfer tanpa bantuan CPU.

Tiga langkah dalam transfer DMA:

a.       Prosesor menyiapkan DMA transfer dengan menyediakan data-data dari perangkat, operasi yang akan ditampilkan, alamat memori yang menjadi sumber dan tujuan data, dan banyaknya byte yang ditransfer.

b.      Pengendali DMA memulai operasi (menyiapkan bus, menyediakan alamat, menulis dan membaca data), sampai seluruh blok sudah di transfer.

c.       Pengendali DMA meng-interupsi prosesor, dimana selanjutnya akan ditentukan tindakan berikutnya.

Pada dasarnya, DMA mempunyai dua metode yang berbeda dalam mentransfer data. Metode yang pertama ialah metode yang sangat baku dan sederhana disebut HALT, atau Burst Mode DMA, karena pengendali DMA memegang kontrol dari sistem bus dan mentransfer semua blok data ke atau dari memori pada single burst. Selagi transfer masih dalam prosres, sistem mikroprosessor diset idle, tidak melakukan instruksi operasi untuk menjaga internal register. Tipe operasi DMA seperti ini ada pada kebanyakan komputer.

Metode yang kedua, mengikutsertakan pengendali DMA untuk memegang kontrol dari sistem bus untuk jangka waktu yang lebih pendek pada periode dimana mikroprosessor sibuk dengan operasi internal dan tidak membutuhkan akses ke sistem bus. Metode DMA ini disebut cycle stealing mode. Cycle stealing DMA lebih kompleks untuk diimplementasikan dibandingkan HALT DMA, karena pengendali DMA harus mempunyai kepintaran untuk merasakan waktu pada saat sistem bus terbuka.

Prinsip kerja DMA:

·      CPU akan mendelegasikan kerja I/O kepada DMA

·      CPU hanya akan terlibat pada awal proses untuk memberikan instruksi lengkap pada DMA dan akhir proses saja

·      CPU dapat menjalankan proses lainnya tanpa banyak terganggu dengan interupsi

·      Melaksanakan transfer data secara mandiri :

1.    DMA memerlukan pengambilalihan kontrol bus dari CPU

2.    DMA akan menggunakan bus bila CPU tidak menggunakannya atau DMA memaksa CPU untuk menghentikan sementara penggunaan bus

3.    Teknik cyclestealing, modul DMA mengambil alih siklus bus

5.      BUS

1.      Bus Sistem.

Bus sistem menghubungkan CPU dengan RAM dan mungkin sebuah buffer memori penyangga (cache L2). Bus sistem merupakan bus pusar. Sedangkan bus yang lain adalah merupakan pencabangan dari bus sistem.

Bus sistem ada di motherboard. Bus sistem dirancang sesuai dengan spesifikasi CPU. Teknologi prosesor menentukan ukurang bus sistem. Pada saat yang sama, teknologi sistem bus berkembang untuk meningkatkan kecepatan lalu lintas pada motherboard. Bus sistem yang semakin cepat memerlukan komponen-komponen elektronik yang cepat juga.

Awal mula pada CPU generasi keempat 80486DX2-50 kecepatan dua kali digunakan. Hal ini menyebabkan CPU dapat mempunyai frekuensi clock internal lebih tinggi. Frekuensi clock external, digunakan di bus sistem hanya setengah dari frekuensi internal.

2.      BUS I/O.

Bus I/O, menghubungkan CPU dengan komponen-komponen lainnya. Pada intinya, bus sistem merupakan bus pusat. Sesungguhnya bus sistem berhubungan dengan bus I/O, seperti pada gambar dibawah ini. Gambar dibawah ini tidak tepat benar, karena arsitektu yang sesungguhnya sangat umit, tetapi menunjukkan hal-hal yang penting, bahwa bus-bus I/O biasanya berasal dari bus sistem.

Lalu, apa yang dilakukan oleh bus I/O ? Bus I/O menghubungkan CPU dengan semua komponen yang lain, kecuali RAM. Data berpindah pada bus-bus I/O dari satu komponen ke komponen yang lain, dan data dari komponen-komponen lain ke CPU dan RAM. Bus I/O berbeda dari bus sistem dalam kecepatan. Kecepatannya akan selalu lebih rendah dari kecepatan bus sistem.

Ada 4 jenis bus didalam PC modern :

·                   BUS ISA, merupakan bus kecepatan rendah yang tua, segera akan dikeluarkan dari rancangan PC.

·                   BUS PCI, merupakan bus kecepatan tingi yang baru.

·                   BUS USB (Universal Serial BUS), merupakan bus kecepatan rendah yang baru.

·                   BUS AGP yang hanya digunakan untuk kartu grafis.

Telah disebutkan sebelumnya, bus I/O benar-benar merupakan perluasan pada bus sistem. Di motherboard, bus sistem berakhir pada chip kontroler, yang membentuk jembatan dengan bus I/O.

B.     Sistem Memory

Sistem Memori ( Memori ) adalah komponen-komponen elektronik yang menyimpan perintah-perintah yang menunggu untuk di eksekusi oleh prosesor,data yang diperlukan oleh insruksi (perintah) tersebut dan hasil-hasil dari data yang diproses ( informasi ). Memori biasanya terdiri atas satu chip atau beberapa papan sirkuit lainnya dalam prosesor. Memori komputer bisa diibaratkan sebagai papan tulis, dimana setiap orang yang masuk kedalam ruangan bisa membaca dan memanfaatkan data yang ada dengan tanpa merubah susunan yang tersaji. Data yang diproses oleh komputer, sebenarnya masih tersimpan didalam memori, dan dalam hal ini komputer hanya membaca data dan kemudian memprosesnya. Satu kali data tersimpan didalam memori komputer, maka data tersebut akan tetap tinggal disitu selamanya. Setiap kali memori penuh, maka data yang ada bisa dihapus sebagian ataupun seluruhnya untuk diganti dengan data yang baru.

1.      Karakteristik sistem-sistem memori

Karakteristik sistem-sistem memori secara umum yaitu:

a.      Lokasi

·         CPU
Memori ini built-in berada dalam CPU (mikroprosesor) dan diperlukan untuk semua kegiatan CPU. Memori ini disebut register.

·         Internal (main)

Memori ini berada di luar chip processor tetapi bersifat internal terhadap sistem komputer dan diperlukan oleh CPU untuk proses eksekusi (operasi) program, hingga dapat diakses secara langsung oleh prosesor (CPU) tanpa modul perantara. Memori internal sering juga disebut sebagai memori primer atau memori utama. Memori internal biasanya menggunakan media RAM

·         External (secondary)

Memori ini bersifat eksternal terhadap sistem komputer dan tentu saja berada di luar CPU dan diperlukan untuk menyimpan data atau instruksi secara permanen. Memori ini, 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. Memori eksternal sering juga disebut sebagai memori sekunder. Memori ini terdiri atas perangkat storage peripheral seperti : disk, pita magnetik,dll.

b.Kapasitas

·         Ukuran word

Kapasitas memori internal maupun eksternal biasanya dinyatakan dalam bentuk byte (1 byte = 8 bit) atau word.

·         Banyaknya word

Panjang word umumnya 8, 16, 32 bit.

c. Satuan Transfer

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

·         Word, merupakan satuan “alami” organisasi memori. Ukuran word biasanya sama dengan jumlah bit yang digunakan untuk representasi bilangan dan panjang instruksi.

·         Addressable units, pada sejumlah sistem, adressable units adalah word. Namun terdapat sistem dengan pengalamatan pada tingkatan byte. Pada semua kasus hubungan antara panjang A suatu alamat dan jumlah N adressable unit adalah 2A =N.

·         Unit of tranfer, adalah jumlah bit yang dibaca atau dituliskan ke dalam memori pada suatu saat. Pada memori eksternal, tranfer data biasanya lebih besar dari suatu word, yang disebut dengan block.

d.               Metode Akses

Terdapat empat jenis pengaksesan satuan data, yaitu sebagai berikut:

·         Sequential access

Memori diorganisasikan menjadi unit-unit data, yang disebut record. Aksesnya 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.

·         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. Aksesnya dilakukan secara langsung terhadap kisaran umum (general vicinity) untuk mencapai lokasi akhir. Waktu aksesnya pun bervariasi. Contoh direct access adalah akses pada disk.

·         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.

·         Associative access

Setiap word dapat dicari berdasarkan pada isinya dan bukan berdasarkan alamatnya. Seperti pada RAM, setiap lokasi memiliki mekanisme pengalamatannya sendiri. Waktu pencariannya pun tidak bergantung secara konstan terhadap lokasi atau pola access sebelumnya. Contoh associative access adalah memori cache.

e. Kinerja

Ada tiga buah parameter untuk kinerja sistem memori, yaitu :

·         Access time (Waktu Akses)

Bagi RAM, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan operasi baca atau tulis. Sedangkan bagi non RAM, waktu akses adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan mekanisme baca tulis pada lokasi tertentu.

·         Cycle time (Waktu Siklus)

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.

·         Transfer rate (Laju Pemindahan)

Transfer rate adalah kecepatan pemindahan data ke unit memori atau ditransfer dari unit memori. Bagi RAM, transfer rate sama dengan 1/(waktu siklus). Sedangkan, bagi non-RAM, berlaku persamaan sbb:

TN = Waktu rata-rata untuk membaca / menulis sejumlah N bit.

TA = Waktu akses rata-rata

N = Jumlah bit

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

f. Tipe Fisik

Ada dua tipe fisik memori, yaitu :

·         Memori semikonduktor

Memori ini memakai teknologi LSI atau VLSI (very large scale integration). Memori ini banyak digunakan untuk memori internal misalnya RAM.

·         Memori permukaan magnetik

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

Ø  Karakteristik Fisik

Ada dua kriteria yang mencerminkan karakteristik fisik memori, yaitu:

a.       Volatile dan Non-volatile

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

b.      Erasable dan Non-erasable

Erasable artinya isi memori dapat dihapus dan diganti dengan informasi lain. Memori semikonduktor yang tidak terhapuskan dan non volatile adalah ROM.

2.      Hirarki Memori

Tiga pertanyaan dalam rancangan memori, yaitu : Berapa banyak? Hal ini menyangkut kaspasitas. Berapa cepat? Hal ini menyangkut waktu akses, dan berapa mahal yang menyangkut harga? Setiap spektrum teknologi mempunyai hubungan sbb:

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

·         Semakin besar kapasitas, semakin kecil harga per bit.

·         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. Sedangkan 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 sebagai berikut:

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 hirarki ini pada penurunan frekuensi aksesnya. Semakin lambat memori maka keperluan CPU untuk mengaksesnya semakin sedikit. Secara keseluruhan sistem komputer akan tetap cepat namun kebutuhan kapasitas memori besar terpenuhi.