PERTEMUAN 14 MEMORI dan CONTROL PROSESSING PROSESSING UNIT (CPU)
Sasaran Pertemuan 14 Mahasiswa diharapkan mengerti tentang Memory yang terdiri dari : - ROM dan RAM
Memori (Memory) Memori berfungsi menyimpan sistim aplikasi, sistem pengendalian, dan data yang sedang beroperasi atau diolah. Semakin besar kapasitas memori akan meningkatkan kemapuan komputer tersebut. Memori diukur dengan KB atau MB. Ada 2 kelompok utama memori yaitu ROM dan RAM dengan komponen semikonduktor sebagai bahan pembentuknya atau memori semikonduktor.Memori ini terdiri dari sejumlah sel memori dimana bit-bit data dapat disimpan (ditulis). Sel - sel memori ini dikelompokkan untuk membentuk suatu lokasi memori (lokasi memori 1 bit, 2 bit, 4 bit, atau 8 bit)
ROM ROM dibuat dengan menggunakan teknologi bipolar atau MOS. Pada kedua teknologi tersebut penyimpan dasarnya adalah saklar arah tunggal (unidirectional switch) dalam bentuk dioda atau transistor Macam – macam ROM : PROM (Programmable Read Only Memory) EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)
1. PROM (Programmable Read-Only Memory
D23128C PROM on the board of ZX Spectrum
Programmable Read-Only Memory (PROM) atau Field Programmable Read-Only Memory (FPROM) adalah is a form of digital memori digital dimana setting setiap bit di lock oleh zat fusi atau antifusi . Beberapa PROM digunakan untuk menyimpan program secara permanen.
Perbedaannya dengan ROM adalah program dapat diaplikasi jika alat sudah dirakit dengan sekali pembakaran zat fusi yang menyebabkan program bersifat irreversible (proses tidak dapat balik) sehingga bersifat permanen atau read only. Contoh program-program pada video game consoles atau beberapa produk kamus electronik dimana PROM dari beberapa bahasa yang digunakan dapat diganti satu sama lain. Keunggulan PROM 1. Kehandalan 2. Menyimpan data secara permanen 3. Harga relatif murah (moderat prices) 4. Dirancang berbentuk IC 5. Kecepatan: 35 sampai 60 ns
2. EPROM EPROM adalah memori hanya baca dan dapat diprogram serta dihapus.
The Glass Window EPROM packages have a glass cover so that the chip can be exposed to ultraviolet (UV) light for erasure.
Jenis EPROM yang paling populer adalah jenis ultraviolet atau EPROM UV. Setelah diprogram secara listrik, memori dapat dihapus dengan cara pencahayaan sinar UV berintensitas tinggi. Pada EPROM UV terdapat jendela quartz yang memungkinkan cahaya UV mengenai chip pada saat penghapusan. Jendela ini umumnya ditutupi oleh lapisan tak tembus cahaya untuk mencegah penghapusan yang tidak disengaja oleh sumber UV
yang biasanya hanya memiliki pengaruh kecil pada EPROM UV, tetapi jika pencahayaan lampu fluorescent atau cahaya matahari mengenai chip dalam jangka panjang maka akan dapat menyebabkan hilang atau rusaknya data didalamnya. Model EPROM yang terkenal adalah seri 27xxx yang diproduksi oleh pabrik seperti Intel, Advanded Mikro Devices, dan Fujitsu Mikroelectronic Inc. Penjelasan mengenai beberapa model 27xxx dapat dilihat pada Tabel berikut dimana semuanya tersusun dengan keluaran 8 bit
Tabel 1. Jenis EPROM dan kemampuan bitnya
Sebagai contoh IC EPROM 27C256 mempunyai 14 pin alamat A0-A13 dan dapat menghasilkan 264144 bit (214) kemungkinan dalam memori. EPROM 27C256 menggunakan catu daya 5 volt DC dan dapat dihapus dengan sinar UV.
Masukkan chip enable (E) diaktifkan low. Pin output enable mempunyai fungsi ganda, yaitu pertama waktu proses membaca dan kedua selama proses menulis. Pin keluaran pada EPROM 27C256 ditulis Q0 – Q7. Ketika EPROM 27C256 dihapus maka semua sel memori kembali pada posisi logika 1. Data dihasilkan oleh perubahan sel memori yang telah terpilih ke 0 ( Lihat SGS-Thomson Microelectronik, Maret 1995)
Keterangan
Gambar 1. Konfigurasi EPROM M27C256
3. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) adalah sejenis chip memori non-volatile yang digunakan dalam komputer dan peralatan elektronik lain untuk menyimpan sejumlah kecil konfigurasi data pada alat elektronik tersebut. Chip ini biasanya digunakan untuk menyimpan data konfigurasi BIOS dan seting sistem yang berhubungan dengannya. untuk penyimpanan data yang berjumlah besar maka penggunaan usb flashdisk/flash memori lebih ekonomis. Kelebihan utama dari EEPROM dibandingkan EPROM adalah ia dapat dihapus secara elektris menggunakan cahaya ultraviolet
sehingga prosesnya lebih cepat. Jika RAM tidak memiliki batasan dalam hal baca-tulis memori, maka EEPROM sebaliknya. Beberapa jenis EEPROM keluaran pertama hanya dapat dihapus dan ditulis ulang (erase-rewrite) sebanyak 100 kali sedangkan model terbaru bisa sampai 100.000 kali.
RAM RAM dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori utama bergantung pada teknik penyimpanan yang digunakan, yaitu : 1. Dynamic RAM (DRAM) menyimpan informasi dalam bentuk muatan di dalam kapasitor. 2. Static RAM (SRAM) menggunakan flip flop sebagai sel dasarnya, sehingga tidak memerlukan refreshing. RAM statis akan menyimpan data selama catu daya diberikan kepadanya
Jenis memori yang terdapat dipasaran diantaranya : 1. SIMM (Single in-line memory module) Mempunyai kapasitasz 30 atau 72 pin. Memori SIMM 30 pin untuk kegunaan PC zaman 80286 sehingga 80486 dan beroperasi pada 16 bit. Memory 72 pin banyak digunakan untuk PC berasaskan Pentium dan beroperasi pada 32 bit. Kecepatan dirujuk mengikuti istilah ns (nano second) seperti 80ns, 70ns, 60ns dan sebagainya. Semakin kecil nilainya maka kecepatan lebih tinggi.
DRAM (dynamic RAM) dan EDO RAM (extended data-out RAM) menggunakan SIMM. DRAM menyimpan bit di dalam suatu sel penyimpanan (storage sell) sebagai suatu nilai elektrik (electrical charge) yang harus di-refesh beratus-ratus kali setiap saat untuk menetapkan (retain) data. EDO RAM sejenis DRAM lebih cepat, EDO memakan waktu dalam output data, dimana ia memakan waktu di antara CPU dan RAM. Memori jenis ini tidak lagi digunakan pada komputer akhir-akhir ini .
2. DIMM (dual in-line memory module)
Berkapasitas 168 pin, kedua belah modul memori ini aktif, setiap permukaan adalah 84 pin. Ini berbeda daripada SIMM yang hanya berfungsi pada sebelah modul saja. Menyokong 64 bit penghantaran data. SDRAM (synchronous DRAM) menggunakan DIMM. Merupakan penganti dari DRAM, FPM (fast page memory)
dan EDO. SDRAM pengatur (synchronizes) memori supaya sama dengan CPU clock untuk pemindahan data yang lebih cepat. dan terdapat dalam dua kecepatan iaitu 100MHz (PC100) dan 133MHz (PC133). 3. DDR SDRAM (double-data-rate SDRAM)
Ciri-ciri DDR SDRAM sama dengan SDRAM, tetapi pemindahan data (data transfer) mendekati kecepatan sistem jam (system clock) dan ini secara teori meningktkan kecepatan SDRAM. Dahulu digunakan sebagai memori untuk card terpisah tetapi pada saat ini pabrik komputer membuatnya pada modul memori untuk motherboard sebagai satu jalan alternatif untuk pengganti SDRAM yang mempunyai 184 pin dan terdapat dalam tiga kecpatan yaitu 266MHz, 333MHz dan 400MHz.
4. DRDRAM (direct Rambus DRAM) Dulu dikenali sebagai RDRAM. Adalah sejenis SDRAM yang dibuat oleh Rambus. DRDRAM digunakan untuk CPU dari Intel yang berkecepatan tinggi. Pemindahan data sama seperti DDR SDRAM tetapi mempunyai dua
saluran data untuk meningkatkan kemampuan. Juga dikenali sebagai PC800 yang kerkelajuan 400MHz. Beroperasi dalam bentuk 16 bit bukan 64 bit. Pada saat ini terdapat DRDRAM berkecepatan 1066MHz yang dikenal dengan RIMM (Rambus inline memory module). DRDRAM model RIMM 4200 32-bit menghantar 4.2gb setiap saat pada kecepatan 1066MHZ.
RAM NON VOLATIL Pada RAM non volatil (NV RAM), setiap sel memorinya mempunyai sebuah transistor penyimpan non volatil bayangan (MOS Transistor) . Data dimasukkan ke dala sel secara normal tetapi dapat dipindah ke sel penyimpanan non volatil pada saat isyarat enable digunakan. Kerugian dari RAM jenis ini adalah kerapatan komponen rendah, sehingga memerlukan tempat kira – kira lima kali tempat yang digunakan untuk RAM biasa untuk kapasitas penyimpanan yang sama.
Secara struktural berbeda dengan standard MOSFET memiliki gerbang ambang atau floating gate, merupakan bahan isolator listrik "floating". NVM dibagi menjadi 2 kelas yaiutu: floating gate dan charge-trapping yang diperkenalkan pertamakali oleh Kahn dan Sze (1967)
Gambar . Typical floating gate memory structure
Gerbang pertama adalah floating gate antara Oksida dan IPD. IPD ( inter-polysilicon dielectric) mengisolasi floating gate menjadi senyawa oxida seperti oxide-nitride-oxide, ONO atau NO2 . Bahan silikon oksida ( SiO2) melindungi lapisan dielectric pada transistor dari kerusakan . Gerbang kedua adalah control gate sebagai pengendali external gate pada transistor memori. Jenis Floating gate device digunakan dalam EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) dan EEPROM's (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory).
Jenis Charge-trapping devices menggunakan MNOS (Metal Nitride Oxide Silicon), SNOS (Silicon Nitride Oxide Semiconductor) dan SONOS (Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor)
Gambar 2. MNOS Memory Cell Structure
2. Memori inti magnetik Memori ini berdasarkan pada karakteristik inti ferit berupa sepotong bahan feromagnetik, seperti besi, berbentuk donat kecil. Inti tersebut dibakar dan ditekankan ke dalam semacam keramik berbentuk donat. Inti khusus berdiameter sekitar 1/16 inci. Sekelompok inti ferit yang dihubungkan membentuk suatu bidang yang berisi banyak inti. Jika 64 inti digabungkan dalam 4 bidang maka akan membentuk sebuah memori berukuran 64 x 4 bit (256 bit), yaitu memori 64 kata, masing-masing panjang kata 4 bit. Arsitektur Komputer berikut akan menjelaskan proses yang terjadi pada memori dan registernya
Pencacah program
Akumulator A
Masukan dan MAR
Penjumlah/ pengurang
RAM 16 X 8
Register B
Register Instruksi
Register keluaran
Pengendali/ pengurut
Peraga Biner
Pencacah Program Tugas pencacah program adalah mengirimkan ke memori alamat dari instruksi berikutnya yang akan diambil dan dilaksanakan. MAR Selama Komputer bekerja, alamat dalam pencacah program ditahan (latch) pada MAR. Sejenak kemudian MAR mengirimkan alamat 4 bit ke dalam RAM, dimana operasi membaca dilaksanakan.
RAM Selama komputer beroperasi , RAM menerima alamat 4 bit dari MAR dan operasi membaca dilaksanakan. Dalam proses ini instruksi dan data yang tersimpan dalam RAM ditempatkan pada bus untuk digunakan oleh beberapa bagian lain dari komputer. Register Instruksi Dalam operasi ini, isi dari lokasi memori yang ditunjuk alamatnya ditempatkan pada bus. Pada waktu yang sama, register instruksi disiapkan untuk pengisian pada tepi positif dari sinyal detak berikutnya.
Pengendali Pengurut Pengendali – pengurut (controller sequencer) mengirimkan sinyal – sinyal CLR dan CLR masing – masing ke pencacah program dan register instruksi sebelum komputer bekerja sehingga pencacah program direset ke 0000 dan bersamaan ini instruksi dalam register instruksi dihapus. Akumulator Akumulator (A) adalah sebuah register bufer yang menyimpan jawaban sementara (tahap menengah, intermediate) selama komputer beroperasi.
Penjumlah-Pengurang Rangkaian penjumlah - pengurang bersifat asinkron (tidak diatur oleh sinyal detak), ini berarti isi keluarannya akan berubah bila terjadinya perubahan pada kata - kata masukan. Register B Register B digunakan dalam operasi aritmetik. Keluaran dari register B menggerakkan penjumlah – pengurang, memasukan bilangan yang akan dijumlahkan dengan atau dikurangkan dari isi akumulator
Register keluaran disebut juga bandar keluaran (output port) karena data yang telah diproses dapat meninggalkan komputer melalui register ini. Dalam mikrokomputer, bandar – bandar keluaran dihubungkan dengan rangkaian perantara (interface circuits) yang menggerakkan alat – alat periferal seperti printer, tabung sinar katoda (CRT), dsb Peraga Biner Peraga biner ini terdiri dari 8 LED. Setiap LED dihubungkan dengan sebuah flip flop dari bandar keluaran
Central
Prosesor
Unit
(CPU)
dan
Memori
Central Prosesor Unit CPU adalah merupakan otak dari komputer, semakin tinggi kecepatan prosesor semakin tinggi kecepatan kerjanya, sedangkan memori merupakan tempat atau ruang pengolahan data serta tempat menjalankan sistem aplikasi, semakin besar kapasitas memori akan semakin besar pula data yang dapat diolah dan semakin banyak sistim aplikasi yang mampu dijalankan oleh komputer. Jadi prosesor dan memori dijadikan sebagai ukuran kecanggihan komputer yang akan di rakit.
Kecepatan CPU dipengaruhi oleh tiga faktor utama: 1.Kecepatan Internal (Internal Bus) : yaitu dalam bahasa pasar dikenali sebagai CPU speed. Kecepatan 1GHz, 2GHz dan sebagainya merujuk kepada kecepatan inetrernal. Semakin tinggi maka semakin cepatlah data tersebut diproses 2. Kecepatan eksternal (External Bus) : merupakan kecepatan eksternal CPU harus disokong dengan kecepatan motherboard. Ia juga dikenali sebagai Front Bus. Sekiranya eksternal Bus untuk CPU tersebut adalah 400MHz maka
motherboard harus mempunyai kecepatan Bus yang sama. Ekternal Bus berbeda-beda untuk CPU yang berlainan. Semakin tinggi kecepatan eksternal bus maka prestasi komputer meningkat. Internal Bus dapat diibaratkan seperti jalan raya 10 jalur,jika External Bus merupakan jalur keluar juga atau hanya mempunyai 1 jalur maka dapat dipastikan akan terjadi kemacetan data baik di jalur masuk ataupun jalur keluar.
Jadi adalah perlu mempunyai External Bus yang besar untuk memastikan tidak akan terjadi kemacetan. Dari Tabel berikut dapat dilihat bahwa Pentium IV mempunyai kecepatan External Bus yang paling tinggi iaitu 400MHz sehingga 533MHz. Jadi tentulah CPU Pentium IV menjadi pilihan yang tepat untuk pemakai komputer yang mementingkan kecepatan
Jenis CPU
Internal Bus
External Bus
Intel Celeron
850MHz – 2.2GHz
66 – 100MHz 400MHz (1.7GHz keatas)
Intel Pentium 3
450MHz - 1.33GHz
133MHz
Intel Pentium 4
1.7 – 3.06 GHz
400 – 533 MHz
AMD Duron
1.0 – 1.3GHz
200MHz
AMD Athlon
1700 - 2800+
266 - 333MHz
,
3. Kapasitas memori Cache (Cache Memory) Semakin besar kapasitas memori cache maka kemampuan CPU secara keseluruhan akan meningkat. Fungsi utama memori cache adalah untuk menyimpan olahan data yang telah diproses oleh CPU. Sekiranya terdapat olahan data yang sama, maka CPU tidak perlu memproses dari awal olahan data tersebut. Cache juga berfungsi sebagai penimbal (buffer) diantara CPU dengan memori utama kerana kecepatan cache lebih cepat
Jenis CPU
Internal Cache (L1 Cache)
External Cache(L2 Cache)
Intel Celeron
32 KB
128KB
Intel Pentium 3
32KB
256KB
Intel Pentium 4
12k µop + 8KB
256KB
AMD Duron
128KB
64KB
AMD Athlon
128KB
256KB
Pada instalasi Windows 98 dengan memori cache L1 (internal cache) dan L2 (external cache) dimatikan. Waktu instalasi SO Win 98 akan memakan waktu sekurang-kurangnya 3 jam dibandingkan sebelum memori cache dimatikan hanya memakan waktu 45 menit. Ini kerana setiap file di dalam bentuk cab (cabinet) yaitu file tersebut telah dimampatkan (compress). File pertama dibuka agak lambat kerana perlu mengetahui cara-cara untuk uncompress dan file seterusnya CPU tidak perlu lagi belajar cara-cara untuk uncompress kerana telah tersedia disimpan di dalam memori cache. Sekiranya memori cache dimatikan maka setiap file, CPU terpaksa memproses dari awal cara-cara untuk uncompress file tersebut. Pada tabel diatas pilihan Intel Pentium IV adalah lebih sesuai karena kecepatan internal dan external Pentium IV lebih tinggi.
THE END
