Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang
BAB X MEMORY Capaian Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, mahasiswa akan mampu : • Menjelaskan pengertian penyimpan (memory) data digital. • Menjelaskan pengertian dan perbedaan sistem memory RAM dan ROM. • Menjelaskan pengertian pengorganisasian memory. 10.1 Pendahuluan Kelebihan utama sistem digital adalah kemampuan menyimpan (atau mengingat) data. Rangkaian atau sistem yang dirancang khusus untuk meyimpan data dinamakan memory. Memory dari sebuah komputer merupakan tempat untuk menyimpan program dan data. Untuk meyimpan data yang sangat besar biasanya disimpan pada memory magnetik seperti pita magnetik, hard disk, floppy disk, flashdisk dan lain sebagainya. 10.2 Memory Semikonduktor Memory semikonduktor tersusun dari sekumpulan sel memory. Sel memory dasar adalah rangkaian yang meyimpan 1 bit informasi. Jumlah total sel dalam memory menentukan kapasitasnya. Pada aplikasi sederhana, memory bisa tersusun dari sejumlah Flip-flop yang terangkai membentuk Register. Dalam sistem yang besar, seperti mikrokomputer, memory tersusun dari keping (chip) memory semikonduktor. Memory semikonduktor terbuat dari sambungan transistor bipolar (Bipolar Junction Transistor / BJT) atau Metal Oxide Semiconductor / MOS dalam bentuk rangkaian terintegrasi (Integrated Circuit / IC). Dua kategori umum memory semikonduktor adalah Random Access Memory (RAM) dan Read Only Memory (ROM), yang selanjutnya dibagi menjadi seperti yang diilustrasikan dalam gambar 10.1. RAM (Random Access Memory) 164
TEKNIK TEKNIK DI DIGITAL DASAR
SRAM (Static RAM) Bipolar
MOS
DRAM (Dynamic RAM) MOS
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang
(a) Memory RAM ROM (Read Only Memory)
PROM (Programmable ROM) Bipolar
MOS
EPROM (Erasable PROM)
EEPROM (Electrically Erasable PROM)
MOS
MOS
(b) Memory ROM Gambar 10.1 Dua Kategori Memory : RAM dan ROM 10.2.1 Random Access Memory (RAM) Memory semikonduktor yang digunakan untuk meyimpan (operasi write) dan bisa diambil kembali (operasi read) dinamakan memory read / write memory (RWM) atau seringkali dinamakan RAM (Random Access Memory). Operasi write adalah proses penyimpanan / peletakan data baru ke memory, sedangkan operasi read adalah proses mengambil data yang disimpan di memory. Isi memory tidak berubah oleh operasi read. RAM digunakan di komputer untuk menyimpan data dan program secara sementara (temporary). Isi beberapa lokasi RAM secara kontinyu akan berubah sebagai hasil pengerjaan program komputer. Kerugian utama memory RAM adalah bersifat volatile, yaitu datanya akan hilang semua apabila dayanya dilepaskan / dimatikan dari keping (chip). Beberapa RAM diperlengkapi dengan baterai cadangan (back-up), apabila terjadi catu daya mati. Catu daya dc diperlukan untuk mencatu memory semikonduktor. Pada memory SRAM, data akan tetap selama catu daya diberikan. Sedangkan pada TEKNIK TEKNIK DI DIGITAL DASAR
165
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang
memory DRAM, data yang disimpan harus diisi kembali (refresh) secara periodik. Memory SRAM dan DRAM digunakan untuk menyusun memory didalam mikrokomputer atau minikomputer. DRAM digunakan sebagai tumpukan memory dan SRAM kecepatan tinggi digunakan cache memory. Cache memory untuk menyimpan data sementara untuk memperbaiki kecepatan operasi. Diagram blok keping RAM ditunjukkan pada gambar 10.2. Proses penyimpanan bit-bit data pada sel memory dinamakan operasi write, sedangkan proses pengambilan/pembacaan bit-bit data pada sel memory dinamakan operasi read. Operasi write dan read pada sel RAM bisa acak (random). Sinyal kendali (chip enable atau chip select) digunakan untuk pengaktifan RAM. Saluran alamat (address line) menentukan lokasi sel memory untuk menyimpan (operasi write) atau lokasi memory tempat data diambil/dibaca. Enable Write Read
Input n-bit Data
RAM
n-bit
Output Data
Saluran Alamat
Gambar 10.2 Diagram Rangkaian RAM 10.2.2 IC RAM 7489 Contoh memory SRAM adalah IC 7489 dengan kapasitas 64 bit, yang tersusun dalam 16 word – 4 bit. Masukan ME aktif rendah untuk mengijinkan operasi write atau read. Masukan WE aktif rendah, digunakan untuk operasi write, sehingga data 4 bit (D1, D2, D3, D4) akan tersimpan pada alamat memory yang dipilih, sebaliknya apabila masukan WE tinggi, data yang tersimpan dalam memory akan muncul pada saluran keluaran data (Q1, Q2, Q3, Q4).
TEKNIK TEKNIK DI DIGITAL DASAR
166
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang
(a) Diagram Pin
(b) Diagram Fungsional
(c) Diagram Rangkaian
Gambar 10.3 Diagram IC Memory RAM 7489 10.2.3 Read Only Memory (ROM) ROM digunakan untuk menyimpan data dan program yang tidak berubah selama operasi sistem. Kegunaan utama ROM adalah menyimpan program pada komputer. Semua ROM adalah nonvolatile, yaitu program tidak hilang apabila catu daya dimatikan. Apabila komputer dihidupkan, maka komputer bisa segera memulai mengerjakan program yang disimpan di ROM. Isi ROM diprogram selama proses fabrikasi. ROM dibagi menjadi beberapa jenis tergantung bagaimana informasi ditulis atau diprogramkan ke lokasi penyimpanan memory. Enable
ROM
n-bit
Output Data
Saluran Alamat
Gambar 10.4 Diagram Rangkaian ROM 10.2.3.1 Programmable ROM (PROM) PROM adalah ROM yang dapat dprogram oleh pengguna. PROM berisi kawat yang berfungsi sebagai fuse, sehingga pengguna bisa membakar beberapa fuse yang dipilih dengan arus pada pin IC, sehingga isi PROM sesuai dengan keinginan pengguna. TEKNIK TEKNIK DI DIGITAL DASAR
167
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Politeknik Negeri Malang
10.2.3.2 Erasable Programmable ROM (EPROM) EPROM bisa diprogram oleh pengguna dan bisa dihapus serta diprogram kembali sesuai keinginan pengguna. Sekali diprogram, EPROM adalah nonvolatile yang akan tetap meyimpan data sampai waktu yang tak terbatas. Proses pemrograman EPROM adalah dengan memberikan level tegangan tertentu (25 50 volt) ke masukan keping dengan waktu tertentu (50 mdetik per lokasi alamat). Sekali sel EPROM diprogram, maka hanya bisa dihapus dengan memberikan sinar ultra violet ke cendela yang ada pada keping. 10.3 Organisasi Memory Keping IC memory menyimpan informasi biner yang dinamakan word. Jumlah bit dalam satu word bervariasi, antara 4 sampai 32 bit. Satu keping memory akan menyimpan data sejumlah N x M bit (N = jumlah word, M = jumlah bit per word). Misalnya keping memory RAM mempunyai kapasitas 1K x 4, maka memory memiliki 1024 word – masing-masing word berisi 4 bit, sehingga kapasitas total memory adalah 4K bit = 4096 bit. Biasanya ukuran word per keping adalah 64, 256, 512, 1024, 2048 atau 4096, sedangkan ukuran tiap word adalah 1, 4, 8, 16, 32 atau 64 bit. 10.3.1 Pengalamatan (Addressing) Tiap word data yang disimpan ditandai dengan angka dari 0 lalu naik hingga nilai tertentu. Angka tersebut bersifat unik yang menentukan lokasi data yang disimpan. Angka-angka tersebut dinamakan alamat (address). Pengalamatan (addressing) memory adalah proses pemilihan salah satu sel memory untuk diisi atau dibaca datanya. Pengalamatan memory ada 2, yaitu pengalamatan matriks (matrix addressing) dan pengalamatan linier (linear addressing). Pengalamatan memory matriks tersusun dari m baris dan n kolom dalam bentuk larik (array), seperti yang ditunjukkan pada gambar 10.5a dibawah. Contoh pengalamatan matriks sel memory diperlihatkan pada gambar 10.5b, yang menunjukkan pemilihan baris A dan kolom B dari sel memory, untuk diisi atau di baca datanya. Sedangkan Pengalamatan linier sel memory memiliki satu kolom dan n baris, seperti ditunjukkan pada gambar 10.6. TEKNIK TEKNIK DI DIGITAL DASAR
168
