Dalam perancangan sistem komputer, prosesor dan sejumlah besar perangkat memori telah digunakan.
Akan tetapi, masalah utamanya adalah komponen-komponen ini mahal. Jadi, pengaturan
memori sistem
dapat dilakukan dengan hierarki memori. Sistem ini memiliki beberapa tingkatan
memori dengan tingkat kinerja yang berbeda. Namun, semua ini dapat memenuhi
tujuan yang tepat, sehingga waktu akses dapat dikurangi. Hirarki memori
dikembangkan tergantung pada perilaku program. Artikel ini membahas tinjauan
umum hierarki memori dalam arsitektur komputer.
Apa itu Hirarki
Memori?
Memori dalam
komputer dapat dibagi menjadi lima hierarki berdasarkan kecepatan dan
penggunaannya. Prosesor dapat berpindah dari satu tingkat ke tingkat lainnya
berdasarkan kebutuhannya. Lima hierarki dalam memori tersebut adalah register,
cache, memori utama, cakram magnetik, dan pita magnetik. Tiga hierarki pertama
adalah memori volatil yang artinya ketika tidak ada daya, maka secara otomatis
memori tersebut akan kehilangan data yang tersimpan. Sedangkan dua hierarki
terakhir tidak bersifat volatil yang artinya memori tersebut menyimpan data
secara permanen.
Elemen memori
adalah perangkat penyimpanan yang menyimpan data biner dalam bentuk bit. Secara
umum, penyimpanan memori dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori, yaitu
volatil dan non-volatil.
Hirarki Memori dalam Arsitektur Komputer
Desain hierarki memori dalam sistem
komputer terutama mencakup berbagai perangkat penyimpanan. Sebagian besar
komputer memiliki penyimpanan tambahan untuk beroperasi lebih cepat dari
kapasitas memori utama. Diagram hierarki memori berikut
adalah piramida hierarki untuk memori komputer. Desain hierarki memori dibagi
menjadi dua jenis, yaitu memori primer (Internal) dan memori sekunder
(Eksternal).
Memori Utama
Memori primer juga
dikenal sebagai memori internal, dan ini dapat diakses langsung oleh prosesor.
Memori ini mencakup register utama, cache, dan CPU.
Memori Sekunder
Memori sekunder juga dikenal sebagai memori
eksternal, dan ini dapat diakses oleh prosesor melalui modul input/output.
Memori ini mencakup cakram optik, cakram magnetik, dan pita magnetik.
Karakteristik Hirarki Memori
Karakteristik hierarki memori terutama mencakup hal berikut ini.
Performance
Sebelumnya, perancangan sistem
komputer dilakukan tanpa hierarki memori, dan kesenjangan kecepatan antara
memori utama dan register CPU meningkat karena perbedaan waktu akses yang sangat
besar, yang akan menyebabkan kinerja sistem menjadi lebih rendah. Oleh karena
itu, peningkatan tersebut wajib dilakukan. Peningkatan ini dirancang dalam
model hierarki memori karena peningkatan kinerja sistem.
Ability
Kapasitas hierarki memori adalah jumlah total
data yang dapat disimpan oleh memori. Karena setiap kali kita menggeser dari
atas ke bawah dalam hierarki memori, maka kapasitasnya akan meningkat.
Waktu Akses
Waktu akses dalam hirarki memori adalah
interval waktu antara ketersediaan data dan permintaan untuk membaca atau
menulis. Karena setiap kali kita menggeser dari atas ke bawah dalam hirarki
memori, maka waktu akses akan bertambah.
Biaya per bit
Ketika kita menggeser dari bawah ke atas dalam
hirarki memori, maka biaya untuk setiap bit akan meningkat yang berarti Memori
internal lebih mahal dibandingkan dengan memori eksternal.
Desain Hirarki Memori
Hirarki memori dalam komputer terutama mencakup hal berikut ini.
Registers
Biasanya, register adalah RAM atau SRAM
statis dalam prosesor komputer yang digunakan untuk menyimpan data word yang
biasanya 64 atau 128 bit. Register penghitung program adalah yang terpenting dan
juga ditemukan di semua prosesor. Sebagian besar prosesor menggunakan register
status word dan akumulator. Register status word digunakan untuk pengambilan
keputusan, dan akumulator digunakan untuk menyimpan data seperti operasi
matematika. Biasanya, komputer seperti komputer set instruksi kompleks memiliki
banyak register untuk menerima memori utama, dan komputer set instruksi tereduksi RISC memiliki
lebih banyak register.
Memori Cache
Memori cache juga dapat ditemukan di
prosesor, namun jarang sekali berupa IC (sirkuit terpadu) lain yang dipisahkan menjadi beberapa level. Cache menyimpan potongan data
yang sering digunakan dari memori utama. Ketika prosesor memiliki satu inti,
maka ia akan memiliki dua (atau) lebih level cache. Prosesor multi-inti saat
ini akan memiliki tiga, 2 level untuk setiap inti, dan satu level dibagi.
Memori Utama
Memori utama dalam komputer tidak lain adalah
unit memori dalam CPU yang berkomunikasi secara langsung. Ini adalah unit
penyimpanan utama komputer. Memori ini cepat dan juga memori besar yang
digunakan untuk menyimpan data selama operasi komputer. Memori ini terdiri dari
RAM dan ROM.
Disk Magnetik
Cakram magnetik di komputer adalah pelat
bundar yang terbuat dari plastik atau logam dengan bahan yang dimagnetisasi.
Sering kali, dua sisi cakram digunakan dan banyak cakram dapat ditumpuk pada
satu poros dengan kepala baca atau tulis yang tersedia di setiap bidang. Semua
cakram di komputer berputar bersamaan dengan kecepatan tinggi. Trek di komputer
tidak lain hanyalah bit yang disimpan dalam bidang yang dimagnetisasi di
tempat-tempat di samping lingkaran konsentris. Ini biasanya dipisahkan menjadi
beberapa bagian yang disebut sebagai sektor.
Pita Magnetik
Pita ini adalah rekaman magnetik normal yang
dirancang dengan lapisan tipis yang dapat dimagnetisasi pada lapisan plastik
yang memanjang dari strip tipis. Ini terutama digunakan untuk mencadangkan data
yang sangat besar. Setiap kali komputer perlu mengakses strip, pertama-tama ia
akan dipasang untuk mengakses data. Setelah data diizinkan, maka ia akan
dilepas. Waktu akses memori akan lebih lambat dalam strip magnetik dan akan memakan
waktu beberapa menit untuk mengakses strip.
Keuntungan Hirarki Memori
Kebutuhan akan hierarki memori mencakup hal
berikut ini.
·
Distribusi memori sederhana dan ekonomis
·
Menghapus kerusakan eksternal
·
Data dapat tersebar di mana-mana
·
Mengizinkan permintaan paging & pra-paging
·
Penukaran akan lebih efisien
