Kamis, 13 Oktober 2011
Management Hard disk
Seek Time: waktu yang diperlukan untuk menggerakkan head ke silinder yang berisi sektor yang diinginkan
Rumus: Ts = m x n x s
Ts = perkiraan seek time
n = jumlah track yang dilewati
m = konstanta, bergantung pada disk
s = waktu mulai
Rotational Delay (rotational latency): waktu tambahan yang dibutuhkan untuk menunggu disk memutar sektor yang diinginkan ke head.sektor untuk mencapai head Floppy disk berputar antara 300-600 rpm →delay = 100-200 msec, sedangkan selain floppy disk berputar sekitar3600 rpm → delay = 8.3 msec waktu yang diperlukan awal
Access Time: waktu untuk mencapai posisi yang akan dibaca/ditulis dan pengiriman data
Rumus:
Ta = access time rata-rata
Ts = seek time rata-rata
Memori Eksternal
Magnetik Disk
- Disk merupakan sebuah piringan bundar yang terbuat dari logam atau plastik yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi.
- Data direkam di atasnya dan dapat dibaca dari disk dengan menggunakan kumparan pengkonduksi (conducting coil) yang dinamakan head
- Pada operasi penulisan, arus listrik pada head memagnetisasi disk.
- Pada operasi pembacaan, medan magnet pada disk yang bergerak di bawah head menghasilkan arus listrik pada head.
- Selama operasi pembacaan dan penulisan, head bersifat stasioner sedangkan piringan bergerak-gerak di bawahnya.
Organisasi Data dan Pemformatan
- Organisasi data pada piringan berbentuk sejumlah cincin-cincin yang konsentris yang disebut track.
- Masing-masing track lebarnya sama dengan lebar head.
- Track yang berdekatan dipisahkan oleh gap
- Gap bertujuan untuk mencegah/mengurangi error akibat melesetnya head atau interferensi medan magnet.
- Kerapatan (density), dalam bit per inci linear, pada track sebelah dalam lebih tinggi (lebih rapat) dibanding track sebelah luarnya.
- Data disimpan pada daerah berukuran blok yang dikenal sebagai sector.
- Biasanya terdapat antara 10 hingga 100 sector per track.
- Sector-sector yang berdekatan dipisahkan oleh gap-gap intra-track atau inter-record.
- Layout data disk meliputi:
• Track
• Inter-track Gaps
• Kerapatan (density)
• Sector
- Salah satu contoh pemformatan disk adalah format track disk Winchester (Seagate ST506)
• Setiap track berisi 30 sector yang panjangnya tetap
• Masing-masing track berisi 600 byte
• Setiap sector menampung 512 byte data ditambah informasi kontrol yang berguna bagi disk controller.
Karakteristik
Ada beberapa karakteristik Sistem Disk:
- Gerakan head
• Fixed head disk -> terdapat sebuah head baca/tulis per track jadi ada beberapa head baca/tulis per surface. Semua head ditempatkan pada lengan memanjang ke seluruh track.
• Movable head disk -> hanya terdapat sebuah head baca/tulis per surface. Lengan dimana head ditempatkan dapat memanjang dan memendek untuk menuju ke salah satu track.
- Portabilitas disk
Disk berada pada sebuah disk drive yang terdiri dari lengan, tangkai yang dapat menggerakkan disk, dan perangkat elektronik untuk keperluan input dan output data biner.
• Non-removable disk -> secara permanen berada pada disk drive.
• Removable disk -> dapat dilepas dan diganti dengan disk lain.
- Permukaan yang dimagnetisasi
• Double-sided -> kedua sisi permukaannya dimagnetisasi
• Single-sided -> hanya satu permukaan yang dimagnetisasi (disk bermuka tunggal)
- Banyaknya piringan pada disk drive
• Single platter
• Multiple platter
- Mekanisme Head
• Contact (floopy) terdapat kontak secara fisik antara head dengan medium (disk) selama operasi baca/tulis.
• Fixed Gap ada jarak yang tetap antara head dengan disk.
• Aerodynamic Gap (Winchester) ada kertas timah pelindung yang aerodynamis antara head dengan disk sehingga jarak antara head dan disk dapat diperpendek.
Tabel karakteristik Sistem Disk:
Waktu Akses Disk
- Ketika disk drive beroperasi, disk berputar dengan kecepatan tetap.
- Untuk dapat membaca dan menulis, head harus berada pada awal sector dari track yang diinginkan.
- Pemilihan track meliputi perpindahan head pada sistem movable head atau mekanisme elektronis pada head untuk sistem fixed head.
•Waktu yang diperlukan untuk menempatkan head pada track yang diinginkan dikenal sebagai seek time.
- Sekali track sudah dipilih, sistem akan menunggu sampai sector yang bersangkutan berputar agar sesuai dengan head.
• Waktu yang diperlukan oleh sector untuk mencapai head disebut rotational latency
- Access time, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk berada pada posisi siap membaca atau menulis.
• Jumlah antara seek time dan rotational latency sama dengan Access time.
RAID (Redundancy Array of Independent Disk)
- RAID (Redundancy Array of Independent Disk) diajukan untuk mendekatkan jurang yang lebar antara kecepatan prosesor dan elektromekanis disk drive yang relatif lambat.
- Strateginya adalah dengan mengganti disk berkapasitas besar dengan sejumlah disk drive berkapasitas kecil, dan mendistribusikan data sedemikian rupa sehingga memungkinkan akses data dari sejumlah drive secara simultan, yang akan meningkatkan kinerja I/O dan memungkinkan peningkatan kapasitas secara mudah.
- RAID mengatasi permasalahan standarisasi bagi rancangan database dengan disk berjumlah banyak.
- Pola RAID terdiri dari enam tingkat, nol hingga lima.
Tiga karakteristik umum pada Tingkatan RAID, yaitu:
1. RAID merupakan sekumpulan disk drive yang dianggap oleh sistem operasi sebagai sebuah drive logik tunggal.
2. Data didistribusikan ke drive fisik array
3. Kapasitas redundant disk digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin recoverability data ketika terjadi kegagalan disk.
RAID Tingkat 0
• RAID tingkat 0 sebenarnya bukan anggota keluarga RAID karena tidak menggunakan redundansi untuk meningkatkan kinerja.
• Bagi RAID tingkat 0, data pengguna dan data sistem didistribusi ke seluruh disk pada array.
RAID Tingkat 1
• RAID tingkat 1 berbeda dengan RAID tingkat 2 sampai 5 dalam cara memperoleh redundansinya.
• Pada RAID lainnya, beberapa bentuk kalkulasi paritas digunakan untuk mendapatkan redundansi.
• Pada RAID tingkat 1, redundansi diperoleh cukup dengan cara menduplikasikan seluruh data.
• Beberapa aspek positif bagi organisasi RAID 1 :
o Read request dapat dilayani oleh salah satu dari kedua disk yang berisi data yang diminta, yang memiliki seek time plus rotational latency yang minimum.
o Write request memerlukan kedua strip yang berkaitan untuk di-update, namun hal ini dapat dilakukan secara paralel.
o Recovery dari kegagalan cukup sederhana. Bila drive mengalami kegagalan, maka data masih dapat diakses dari drive kedua.
RAID tingkat 2
- RAID tingkat 2 dan 3 menggunakan teknik akses paralel.
- Dalam parallel access array, seluruh anggota disk berpartisipasi dalam mengeksekusi setiap request I/O.
- Pemutar setiap drive umumnya disinkronisasikan sehingga seluruh head disk selalu berada pada posisi yang sama.
RAID tingkat 3
- RAID 3 diorganisasikan dengan cara yang sama dengan RAID 2, bedanya adalah bahwa RAID 3 hanya membutuhkan disk redundan tunggal, tidak tergantung pada berapa besar array disknya.
- RAID 3 menggunakan akses paralel dengan data yang didistribusikan dalam bentuk strip-strik kecil.
- Di sini kode error-correcting tidak dihitung.
RAID tingkat 4
- RAID tingat 4 dan 5 menggunakan teknik akses yang independen.
- Dalam array dengan akses independen, setiap disk anggota beroperasi secara independen, sehingga request I/O dapat dipenuhi secara paralel.
- Laju transfer data tinggi
- Juga digunakan striping data
Optical Memory
- Produk-produk disk optis
1. CD (Compact Disk) -> suatu disk yang tidak dapat dihapus yang menyimpan informasi audio yang telah didigitasi. Sistem standar menggunakan disk 12 cm yang dapat merekam lebih dari 60 menit waktu putar tanpa henti.
2. CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) -> Disk yang tidak dapat dihapus untuk menyimpan data komputer. Sistem standar menggunakan disk 12 cm yang dapat menampung lebih dari 550 Mbyte.
3. CD-I (Compact Disk Interactive) -> Suatu spesifikasi yang didasarkan pada penggunaan CD-ROM. Spesifikasi ini menjelaskan metode penyediaan audio, video, grafis, teks, dan kode yang dapat dieksekusi mesin pada CD-ROM.
4. DVI (Digital Video Interactive) -> Sebuah teknologi untuk memproduksi representasi informasi video yang didigitasi dan terkompresi. Representasi dapat disimpan pada CD atau media disk lainnya. Sistem yang ada sekarang menggunakan CD dan dapat menyimpan sekitar 20 menit video pada satu disk.
5. WORM (Write One Read Many) -> Sebuah disk yang lebih mudah ditulisi dibandingkan dengan CD-ROM, yang membuatnya secara komersial feasible untuk menyalin sebuah CD. Ukuran yang populer adalh 5,25 inchi yang dapat menampung 200 hingga 800 Mbyte data.
6. Erasable Optical Disk -> Suatu disk yang menggunakan teknologi optik namun dapat dihapus dan ditulisi ulang dengan mudah. Terdapat dua jenis ukuran yang umum dipakai: 3,25 inchi dan 5,25 inchi. Umumnya mempunyai kapasitas 650 Mbyte.
CD-ROM
- CD-ROM player memiliki perangkat error-correcting untuk menjamin bahwa data ditransfer dengan benar dari disk ke komputer.
- Disk terbuat dari resin, seperti polycarbonate, dan dilapisi dengan permukaan yang sangat reflektif, biasanya aluminium.
- Informasi yang direkam secara digital diterbitkan sebagai sekumpulan lubang-lubang mikroskopik pada permukaan yang reflektif.
- Permukaan disk dilindungi dari debu dan gesekan dengan lapisan bening.
- Layout disk yang menggunakan constant angular velocity (CAV)
- Keuntungan CAV : blok data dapat dialamati secara langsung oleh track dan sector. Untuk memindahkan head ke alamat tertentu hanya memerlukan gerakan head yang pendek dan waktu tunggu yang singkat.
- Kerugian CAV : jumlah data yang dapat disimpan pada track yang jauh di luar sama dengan yang dapat disimpan dengan track yang berada dekat titik pusat.
- Kapasitas penyimpanan CD-ROM adalah 774,57 Mbyte.
- Format blok CD-ROM terdiri dari field-field sbb.:
- Sync : Field sync mengidentifikasikan awal sebuah blok.
- Header : header terdiri dari alamat blok dan byte mode.
Mode 0 menandakan suatu field data blanko;
mode 1 menandakan penggunaan kode error-correcting dan 2048 byte data;
mode 2 menandakan 2336 byte data pengguna tanpa kode error-correcting.
- Data : data adalah data pengguna
- Auxiliary : data pengguna tambahan dalam mode 2. Pada mode 1, data ini data pengguna tambahan dalam mode 2. Pada mode 1, data ini merupakan kode error-correcting
- Ada pula disk dengan menggunakan layout kecepatan linear konstant (CLV)
- Keuntungan CD-ROM:
- Kapasitas penyimpanan informasinya jauh lebih besar dibandingkan dengan disk magnetik.
- Dapat diperbanyak dengan harga murah
- Dapat dipindah-pindah. Sebagian besar disk magnetik tidak dapat dipindah-pindahkan.
- Kekurangan CD-ROM:
- CD-ROM hanya dapat dibaca saja (read only) dan tidak dapat di update.
- CD-ROM memiliki waktu akses yang lebih lama dibandingkan dengan waktu akses disk drive magnetik.
Jumat, 07 Oktober 2011
Operasi pembacaan cache
Cache memory merupakan memori yang memiliki kecepatan sangat tinggi, digunakan sebagai perantara antara Main Memory dan CPU. Memori ini mempunyai kecepatan lebih tinggi daripada Main Memory, namun harganya lebih mahal. Cache memory digunakan untuk menjembatani perbedaan kecepatan CPU yang sangat tinggi dengan kecepatan RAM yang jauh lebih rendah. Dengan menggunakan cache memory, sejumlah data dapat dipindahkan ke memori ini dalam sekali waktu, dan kemudian ALU akan mengambil data tersebut dari memori ini. Dengan pendekatan seperti ini, pemrosesan data dapat dilakukan lebih cepat dari pada kalau CPU mengambil data secara langsung dari RAM.memperlihatkan sistem interkoneksi untuk cache memory.
Operasi pembacaan cache :
Direct Mapping
• Setiap blok pada main memory dipetakan dengan line tertentu pada cache.
i = j modulo C
di mana i adalah nomor line pada cache yang digunakan untuk meletakkan
• blok main memory ke-jJika M = 64 dan C = 4, maka pemetaan antara line dengan blok menjadi
seperti berikut :
Line 0 can hold blocks 0, 4, 8, 12, ...
Line 1 can hold blocks 1, 5, 9, 13, ...
Line 2 can hold blocks 2, 6, 10, 14, ...
• Line 3 can hold blocks 3, 7, 11, 15, ... Pada cara ini, address pada main memory dibagi 3 field atau bagian, yaitu:
o Tag identifier.
o Line number identifier
o Word identifier (offset)
Keuntungan menggunakan Direct Mapping antara lain:
• Mudah dan murah diimplementasikan.
• Mudah untuk menentukan letak salinan data main memory pada cache.
Kerugian menggunakan Direct Mapping antara lain:
• Setiap blok main memory hanya dipetakan pada 1 line saja.
• Terkait dengan sifat lokal pada main memory, sangat mungkin mengakses blok yang dipetakan pada line yang sama pada cache. Blok seperti ini akan menyebabkan seringnya sapu masuk dan keluar data ke/dari cache, sehingga hit ratio mengecil. Hit ratio adalah perbandingan antara jumlah ditemukannya data pada cache dengan jumlah usaha mengakses cache.
Associative Mapping
• Memungkinkan blok diletakkan di sebarang line yang sedang tidak terpakai.
• Diharapkan akan mengatasi kelemahan utama Direct Mapping.
• Harus menguji setiap cache untuk menemukan blok yang diinginkan.
o Mengecek setiap tag pada line
o Sangat lambat untuk cache berukuran besar.
• Nomor line menjadi tidak berarti. Address main memory dibagi menjadi 2 field saja, yaitu tag dan word offset
• Melakukan pencarian ke semua tag untuk menemukan blok.
• Cache dibagi menjadi 2 bagian :
o lines dalam SRAM
o tag dalam associative memory
Keuntungan Associative Mapping: cepat dan fleksibel.
Kerugiannya: biaya implementasi. Misalnya : untuk cache ukuran 8 kbyte
dibutuhkan 1024 x 17 bit associative memory untuk menyimpan tag identifier.
Set Associative Mapping
• Merupakan kompromi antara Direct dengan Full Associative Mapping.
• Membagi cache menjadi sejumlah set (v) yang masing-masing memiliki sejumlah line (k)
• Setiap blok dapat diletakkan di sebarang line dengan nomor set:
• Jika sebuah set dapat menampung X line, maka cache disebut memiliki Xway set associative cache.
• Hampir semua cache yang digunakan saat ini menggunakan organisasi 2 atau 4-way set associative mapping.
Keuntungan menggunakan Set Associative Mapping antara lain:
• Setiap blok memori dapat menempati lebih dari satu kemungkinan nomor line (dapat menggunakan line yang kosong), sehingga thrashing dapat diperkecil
• Jumlah tag lebih sedikit (dibanding model associative), sehingga jalur untuk melakukan perbandingan tag lebih sederhana.
A. Prinsip – prinsip Chace Memory
Cahce memory memberikan kecepatan yang mendekati kecepatan memori tercepat yang bisa diperoleh.
• Konsepnya
Gambar Chace memory dan memory utama
B. Operasi Pembacaan Cache
Gambar Operasi pembacaan Chace
C. Tabel Unsur - unsur Rancangan Cache
Ukuran Cache Write Policy
Direct (Langsung) Write through
Associative (Asosiatif) Write back
Set associative (Asosiatif set) Write once
Algoritma Pengganti Ukuran Blok
Least-recently used (LRU) Banyaknya Cache
First-in-first-out (FIFO) Single / dua-level
Least-frequently-used (LFU) Unified atau split
Random
IKHTISAR SISTEM MEMORI KOMPUTER
I. ORGANISASI CACHE PENTIUM
A. Evolusi organisasi dilihat jelas pada
1. Evolusi microprosesor Intel 80386 tidak memiliki on-chip.
2. Cache 80486 menggunakan on-chip cache tunggal 8 byte dengan memakai saluran berukuran 16 byte.
3. Organisasi asosiatif set 4 pentium menggunakannya 2 on-chip cache.
4. Data cache -> operasi integer maupun floating point.
5. Data cache -> dua port dan menggunakan write-back policy.
B. Gambar Struktur Cache Data Internal Pentium [ANDE93]
C. Konsistensi Data Cache
•Data cache mendukung protokol -> yang dikenal sebagai MESI (modified/exclusive/shared/invalid). -> dirancang -> mendukung persyaratan konsitensi cache sistem multiprosesor dan organisasi pentium berprosesor tunggal.
• Tabel Keadaan-keadaan Saluran Cache MESI
M E S I
Modified Exclusive Shared Invalid
Saluran cache ini invalid? Ya Ya Ya Ya
Salinan memorynya… out of date valid valid __
Salinan ada dalam cache lain? Tidak Tidak Mungkin Mungkin
Suatu write pada saluran ini… Tidak Tidak Pergi Pergi
Pergi ke bus pergi ke bus ke bus dan langsung
Meng-update ke bus Cache
-> Modified: Saluran pada cache telah dimodifikasi (berbeda dengan memory utama).
-> Exclusive: Saluran pada cache sama seperti saluran pada memori utama dan tidak terdapat pada cache lainnya.
-> Shared: Saluran pada cache sama seperti pada saluran pada memori utama dan dapat berada pada cache lainnya.
-> Invalid: Saluran pada cache tidak berisi data yang valid.
Cache Control
1. Cache internal dikontrol oleh dua bit pada salah satu resgister kontrol, yang berlabel bit CD (cache disable) dan bit NW (Not writethrough).
2. Tabel Mode Pengoperasian Cache Pentium
Control Bits Operating Mode
CD NW Cache Fills Write-Throughs Invaliddates
0 0 Enabled Enabled Enabled
1 0 Disabled Enabled Enabled
1 1 Disabled Disabled Disabled
II. ORGANISASI CACHE POWER PC
A. Organisasi cache Power PC telah mengalami modifikasi dengan masing-masing model dalam kelompok PowerPC.
B. Gambar dibawah ini -> bentuk yang disederhanakan dari organisasi PowerPC 620. Unit-unit eksekusi inti merupakan arithmetic.
Gambar Diagram blok PowerPC 620
C. Gambar dibawah ini menunjukkan Diagram Keadaan cache Power PC yang disederhanakan
III. ORGANISASI DRAM TINGKAT LANJUT
A. Bentuk diagram blok dasar memori utama masih berupa keping DRAM.
• Keping DRAM tradisional memiliki kendala dalam hal arsitektur internal, olah interface, dan interface untuk bus memori prosesor.
B. Enhanced DRAM
• Arsitektur DRAM baru yang paling sederhana enhanced DRAM (EDRAM)
• Dibuat oleh Ramtron [BOND94]. EDRAM mengintegrasikan cache SRAM yang kecil pada keping DRAM generik.
• EDRAM mencakup beberapa feature lainnya yang dapat meningkatkan kinerja.
C. Cache DRAM
• Cache DRAM (CDRAM) dibuat oleh Mitsubishi [HIDA90] = EDRAM.
• CDRAM mencakup cache SRAM cache SRAM yang lebih besar dari EDRAM (16 vs 2 kb).
D. Synchronous DRAM
• Pendekatan yang berbeda meningkatkan kinerja DRAM synchronous DRAM (SDRAM)
• SDRAM bertukar data dengan prosesor yang disinkronkan dengan signal pewaktu eksternal dan bekerja dengan kecepatan penuh bus prosesor/memori tanpa mengenal keadaan wait.
• Dengan menggunakan akses sinkron. DRAM memindahkan data ke dalam dan keluar di bawah kontrol waktu sistem.
Operasi pembacaan cache :
Direct Mapping
• Setiap blok pada main memory dipetakan dengan line tertentu pada cache.
i = j modulo C
di mana i adalah nomor line pada cache yang digunakan untuk meletakkan
• blok main memory ke-jJika M = 64 dan C = 4, maka pemetaan antara line dengan blok menjadi
seperti berikut :
Line 0 can hold blocks 0, 4, 8, 12, ...
Line 1 can hold blocks 1, 5, 9, 13, ...
Line 2 can hold blocks 2, 6, 10, 14, ...
• Line 3 can hold blocks 3, 7, 11, 15, ... Pada cara ini, address pada main memory dibagi 3 field atau bagian, yaitu:
o Tag identifier.
o Line number identifier
o Word identifier (offset)
Keuntungan menggunakan Direct Mapping antara lain:
• Mudah dan murah diimplementasikan.
• Mudah untuk menentukan letak salinan data main memory pada cache.
Kerugian menggunakan Direct Mapping antara lain:
• Setiap blok main memory hanya dipetakan pada 1 line saja.
• Terkait dengan sifat lokal pada main memory, sangat mungkin mengakses blok yang dipetakan pada line yang sama pada cache. Blok seperti ini akan menyebabkan seringnya sapu masuk dan keluar data ke/dari cache, sehingga hit ratio mengecil. Hit ratio adalah perbandingan antara jumlah ditemukannya data pada cache dengan jumlah usaha mengakses cache.
Associative Mapping
• Memungkinkan blok diletakkan di sebarang line yang sedang tidak terpakai.
• Diharapkan akan mengatasi kelemahan utama Direct Mapping.
• Harus menguji setiap cache untuk menemukan blok yang diinginkan.
o Mengecek setiap tag pada line
o Sangat lambat untuk cache berukuran besar.
• Nomor line menjadi tidak berarti. Address main memory dibagi menjadi 2 field saja, yaitu tag dan word offset
• Melakukan pencarian ke semua tag untuk menemukan blok.
• Cache dibagi menjadi 2 bagian :
o lines dalam SRAM
o tag dalam associative memory
Keuntungan Associative Mapping: cepat dan fleksibel.
Kerugiannya: biaya implementasi. Misalnya : untuk cache ukuran 8 kbyte
dibutuhkan 1024 x 17 bit associative memory untuk menyimpan tag identifier.
Set Associative Mapping
• Merupakan kompromi antara Direct dengan Full Associative Mapping.
• Membagi cache menjadi sejumlah set (v) yang masing-masing memiliki sejumlah line (k)
• Setiap blok dapat diletakkan di sebarang line dengan nomor set:
• Jika sebuah set dapat menampung X line, maka cache disebut memiliki Xway set associative cache.
• Hampir semua cache yang digunakan saat ini menggunakan organisasi 2 atau 4-way set associative mapping.
Keuntungan menggunakan Set Associative Mapping antara lain:
• Setiap blok memori dapat menempati lebih dari satu kemungkinan nomor line (dapat menggunakan line yang kosong), sehingga thrashing dapat diperkecil
• Jumlah tag lebih sedikit (dibanding model associative), sehingga jalur untuk melakukan perbandingan tag lebih sederhana.
A. Prinsip – prinsip Chace Memory
Cahce memory memberikan kecepatan yang mendekati kecepatan memori tercepat yang bisa diperoleh.
• Konsepnya
Gambar Chace memory dan memory utama
B. Operasi Pembacaan Cache
Gambar Operasi pembacaan Chace
C. Tabel Unsur - unsur Rancangan Cache
Ukuran Cache Write Policy
Direct (Langsung) Write through
Associative (Asosiatif) Write back
Set associative (Asosiatif set) Write once
Algoritma Pengganti Ukuran Blok
Least-recently used (LRU) Banyaknya Cache
First-in-first-out (FIFO) Single / dua-level
Least-frequently-used (LFU) Unified atau split
Random
IKHTISAR SISTEM MEMORI KOMPUTER
I. ORGANISASI CACHE PENTIUM
A. Evolusi organisasi dilihat jelas pada
1. Evolusi microprosesor Intel 80386 tidak memiliki on-chip.
2. Cache 80486 menggunakan on-chip cache tunggal 8 byte dengan memakai saluran berukuran 16 byte.
3. Organisasi asosiatif set 4 pentium menggunakannya 2 on-chip cache.
4. Data cache -> operasi integer maupun floating point.
5. Data cache -> dua port dan menggunakan write-back policy.
B. Gambar Struktur Cache Data Internal Pentium [ANDE93]
C. Konsistensi Data Cache
•Data cache mendukung protokol -> yang dikenal sebagai MESI (modified/exclusive/shared/invalid). -> dirancang -> mendukung persyaratan konsitensi cache sistem multiprosesor dan organisasi pentium berprosesor tunggal.
• Tabel Keadaan-keadaan Saluran Cache MESI
M E S I
Modified Exclusive Shared Invalid
Saluran cache ini invalid? Ya Ya Ya Ya
Salinan memorynya… out of date valid valid __
Salinan ada dalam cache lain? Tidak Tidak Mungkin Mungkin
Suatu write pada saluran ini… Tidak Tidak Pergi Pergi
Pergi ke bus pergi ke bus ke bus dan langsung
Meng-update ke bus Cache
-> Modified: Saluran pada cache telah dimodifikasi (berbeda dengan memory utama).
-> Exclusive: Saluran pada cache sama seperti saluran pada memori utama dan tidak terdapat pada cache lainnya.
-> Shared: Saluran pada cache sama seperti pada saluran pada memori utama dan dapat berada pada cache lainnya.
-> Invalid: Saluran pada cache tidak berisi data yang valid.
Cache Control
1. Cache internal dikontrol oleh dua bit pada salah satu resgister kontrol, yang berlabel bit CD (cache disable) dan bit NW (Not writethrough).
2. Tabel Mode Pengoperasian Cache Pentium
Control Bits Operating Mode
CD NW Cache Fills Write-Throughs Invaliddates
0 0 Enabled Enabled Enabled
1 0 Disabled Enabled Enabled
1 1 Disabled Disabled Disabled
II. ORGANISASI CACHE POWER PC
A. Organisasi cache Power PC telah mengalami modifikasi dengan masing-masing model dalam kelompok PowerPC.
B. Gambar dibawah ini -> bentuk yang disederhanakan dari organisasi PowerPC 620. Unit-unit eksekusi inti merupakan arithmetic.
Gambar Diagram blok PowerPC 620
C. Gambar dibawah ini menunjukkan Diagram Keadaan cache Power PC yang disederhanakan
III. ORGANISASI DRAM TINGKAT LANJUT
A. Bentuk diagram blok dasar memori utama masih berupa keping DRAM.
• Keping DRAM tradisional memiliki kendala dalam hal arsitektur internal, olah interface, dan interface untuk bus memori prosesor.
B. Enhanced DRAM
• Arsitektur DRAM baru yang paling sederhana enhanced DRAM (EDRAM)
• Dibuat oleh Ramtron [BOND94]. EDRAM mengintegrasikan cache SRAM yang kecil pada keping DRAM generik.
• EDRAM mencakup beberapa feature lainnya yang dapat meningkatkan kinerja.
C. Cache DRAM
• Cache DRAM (CDRAM) dibuat oleh Mitsubishi [HIDA90] = EDRAM.
• CDRAM mencakup cache SRAM cache SRAM yang lebih besar dari EDRAM (16 vs 2 kb).
D. Synchronous DRAM
• Pendekatan yang berbeda meningkatkan kinerja DRAM synchronous DRAM (SDRAM)
• SDRAM bertukar data dengan prosesor yang disinkronkan dengan signal pewaktu eksternal dan bekerja dengan kecepatan penuh bus prosesor/memori tanpa mengenal keadaan wait.
• Dengan menggunakan akses sinkron. DRAM memindahkan data ke dalam dan keluar di bawah kontrol waktu sistem.
Jumat, 30 September 2011
Teknik Yang dikembangkan untuk meningkatkan kinerja komputer
Branch Prediction : teknik dimana prosesor memungkinkan mengamati terlebih dahulu di dalam software dan melakukan prediksi percabangan atau kelompok instruksi yang akan di eksekusi berikutnya. Program yang terdiri dari kelompok perintah bercabang sering digunakan dalam pemrograman.
• Pada CPU yang mendukung perintah pencabangan, CPU membutuhkan cukup banyak clock cycle, mengingat CPU menempatkan semuanya pada pipeline dan menemukan perintah berikutnya yang akan dieksekusinya.
• Sirkuit untuk branch prediction melakukan pekerjaan ini bekerja sama dengan pipeline, yang dilakukan sebelum proses di ALU dilaksanakan, dan memperkirakan hasil dari pencabangan tersebut.
• Jika CPU berfikir bahwa branch akan menuju suatu cabang, biasanya berdasarkan pekerjaan sebelumnya, maka perintah berikutnya sudah dipersiapkan untuk dieksekusi berikut data-datanya, bahkan dengan adanya pipeline ini, bila tidak diperlukan suatu referensi dari instruksi terakhir, maka bisa dilaksanakan dengan segera, karena data dan instruksi yang dibutuhkan telah dipersiapkan sebelumnya.
Perkembangan branch predictor ditentukan diantaranya oleh 3 (tiga) kategori dasar yaitu:
1. Penambahan path global dan history informasi
2. Teknik mengkombinasikan antara history global dan lokal
3. Mengurangi hambatan melalui skema peng-indeks-an tabel yang lebih baik
Gambar 1. Branch Predictor melalui speculative execution. Sumber: Heil dkk. (1992)
ALGORITMA BRANCH PREDICTORS
Jiménez memberikan contoh algoritma Branch Predictor sebagai berikut:
Parameter atau variable yang digunakan dalam algoritma:
GHL – Global history length
GHR – Global History shift register
GA – Global Array alamat percabangan sebelumnya
W – n × m × (GHL + 1) array (larik) bertipe small integer
CONTOH PEMANFAATAN BRANCH PREDICTORS
Branch Predictors UltraSPARC-III memiliki (Co, 2001):
• Pipeline 14-stage, prediksi percabangan akan diakses saat mengambil instruksi pada stage 2-3
• 16K-entry 2-bit counter Gshare predictor
– Bimodal predictor, melakukan operasi XOR terhadap bit-bit PC dengan global history register (kecuali 3 bit dibawahnya) untuk mengurangi alias.
• Miss queue
– Membagi mispredict penalty dengan menyediakan instruksi yang siap untuk di proses
Pada UltraSPARC-III yang menggunakan Bimodal Branch Prediction memiliki sebuah tabel masukkan berukuran 2 bit yang berisi salah satu dari 4 state sebagai berikut :
00 : Strongly Not Taken
01 : Weakly Not Taken
10 : Weakly Taken
11 : Strongly Taken
* Data Flow Analysis : proses pengumpulan informasi temtang cara bagaimana variabel- variabel dipakai dalam program.
* Speculative execution : dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.
• CPU akan menggunakan melakukan perhitungan pada pipeline yang berbeda berdasarkan kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer.
• Jika kemungkinan yang dilakukan oleh komputer tepat, maka hasilnya sudah bisa diambil langsung dan tinggal melanjutkan perintah berikutnya
• Jika kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer tidak tepat, maka akan dilaksanakan kemungkinan lain sesuai dengan logika instruksi tersebut.
• Pada CPU yang mendukung perintah pencabangan, CPU membutuhkan cukup banyak clock cycle, mengingat CPU menempatkan semuanya pada pipeline dan menemukan perintah berikutnya yang akan dieksekusinya.
• Sirkuit untuk branch prediction melakukan pekerjaan ini bekerja sama dengan pipeline, yang dilakukan sebelum proses di ALU dilaksanakan, dan memperkirakan hasil dari pencabangan tersebut.
• Jika CPU berfikir bahwa branch akan menuju suatu cabang, biasanya berdasarkan pekerjaan sebelumnya, maka perintah berikutnya sudah dipersiapkan untuk dieksekusi berikut data-datanya, bahkan dengan adanya pipeline ini, bila tidak diperlukan suatu referensi dari instruksi terakhir, maka bisa dilaksanakan dengan segera, karena data dan instruksi yang dibutuhkan telah dipersiapkan sebelumnya.
Perkembangan branch predictor ditentukan diantaranya oleh 3 (tiga) kategori dasar yaitu:
1. Penambahan path global dan history informasi
2. Teknik mengkombinasikan antara history global dan lokal
3. Mengurangi hambatan melalui skema peng-indeks-an tabel yang lebih baik
Gambar 1. Branch Predictor melalui speculative execution. Sumber: Heil dkk. (1992)
ALGORITMA BRANCH PREDICTORS
Jiménez memberikan contoh algoritma Branch Predictor sebagai berikut:
Parameter atau variable yang digunakan dalam algoritma:
GHL – Global history length
GHR – Global History shift register
GA – Global Array alamat percabangan sebelumnya
W – n × m × (GHL + 1) array (larik) bertipe small integer
CONTOH PEMANFAATAN BRANCH PREDICTORS
Branch Predictors UltraSPARC-III memiliki (Co, 2001):
• Pipeline 14-stage, prediksi percabangan akan diakses saat mengambil instruksi pada stage 2-3
• 16K-entry 2-bit counter Gshare predictor
– Bimodal predictor, melakukan operasi XOR terhadap bit-bit PC dengan global history register (kecuali 3 bit dibawahnya) untuk mengurangi alias.
• Miss queue
– Membagi mispredict penalty dengan menyediakan instruksi yang siap untuk di proses
Pada UltraSPARC-III yang menggunakan Bimodal Branch Prediction memiliki sebuah tabel masukkan berukuran 2 bit yang berisi salah satu dari 4 state sebagai berikut :
00 : Strongly Not Taken
01 : Weakly Not Taken
10 : Weakly Taken
11 : Strongly Taken
* Data Flow Analysis : proses pengumpulan informasi temtang cara bagaimana variabel- variabel dipakai dalam program.
* Speculative execution : dengan modal prediksi cabang dan analisis data, maka prosesor dapat melakukan eksekusi spekulatif terlebih dahulu sebelum waktunya.
• CPU akan menggunakan melakukan perhitungan pada pipeline yang berbeda berdasarkan kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer.
• Jika kemungkinan yang dilakukan oleh komputer tepat, maka hasilnya sudah bisa diambil langsung dan tinggal melanjutkan perintah berikutnya
• Jika kemungkinan yang diperkirakan oleh komputer tidak tepat, maka akan dilaksanakan kemungkinan lain sesuai dengan logika instruksi tersebut.
Kamis, 22 September 2011
Struktur Dan Fungsi Komputer
Perbedaan Arkom (Arsitektur komputer) dan Orkom (Organisasi komputer) ???
Arsitektur komputer adalah atribut-atributsistam komputer yang terkaitdengan seorang programer.
contoh: set intruksi,aritmetika yang digunakan,teknik pengalamatan,mekanisme I/O .
Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat denganoperasional seperti hardware.
contoh: perangkat antar muka(interface komputer),teknologi memori,sistem memori yang digunakan,dan sinyal-sinyal kontrol.
Organisasi komputer berkaitan dengan unit-unit operasional dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural. Arsitektur komputer berkaitan dengan atribut-atribut sebuah sistem yang tampak(visible) bagi seorang pemrogram, yaitu atribut-atribut yang memiliki dampak langsung pada eksekusi logis sebuah program.
Struktur adalah Cara Komponen-komponen dalam sebuah komputer saling terkait. Fungsi adalah operasi
pada masing-masing komponen sebagai bagian dari Struktur.
Fungsi Komputer dapat melakukan fungsi pengolahan data,penyimpanan data pemindahan data kontrol.
Struktur Komputer meliputi:
- CPU (Central Processing Unit)
Mengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi-fungsi pengolahan datanya
- Main Memory
Tempat menyimpan data
- Input Output (I/O)
Memindahkan data antara komputer dengan lingkungan luarnya
- System Interconections
Beberapa mekanismekomunikasi antara CPU, main memory dan I/O
Komponen-komponen CPU meliputi:
- Control Unit(CU)
mengontrol operasi CPU dan pada gilirannya mengontrol komputer
- Arithmetic and logic unit(ALU)
Membentuk fungsi-fungsi pengolaha data komputer
- Register
Penyimpan internal bagi CPU
- CPU interconnections
Mekanisme komunikasi antara CU,ALU dan register-register
Arsitektur komputer adalah atribut-atributsistam komputer yang terkaitdengan seorang programer.
contoh: set intruksi,aritmetika yang digunakan,teknik pengalamatan,mekanisme I/O .
Organisasi komputer adalah bagian yang terkait erat denganoperasional seperti hardware.
contoh: perangkat antar muka(interface komputer),teknologi memori,sistem memori yang digunakan,dan sinyal-sinyal kontrol.
Organisasi komputer berkaitan dengan unit-unit operasional dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural. Arsitektur komputer berkaitan dengan atribut-atribut sebuah sistem yang tampak(visible) bagi seorang pemrogram, yaitu atribut-atribut yang memiliki dampak langsung pada eksekusi logis sebuah program.
Struktur adalah Cara Komponen-komponen dalam sebuah komputer saling terkait. Fungsi adalah operasi
pada masing-masing komponen sebagai bagian dari Struktur.
Fungsi Komputer dapat melakukan fungsi pengolahan data,penyimpanan data pemindahan data kontrol.
Struktur Komputer meliputi:
- CPU (Central Processing Unit)
Mengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi-fungsi pengolahan datanya
- Main Memory
Tempat menyimpan data
- Input Output (I/O)
Memindahkan data antara komputer dengan lingkungan luarnya
- System Interconections
Beberapa mekanismekomunikasi antara CPU, main memory dan I/O
Komponen-komponen CPU meliputi:
- Control Unit(CU)
mengontrol operasi CPU dan pada gilirannya mengontrol komputer
- Arithmetic and logic unit(ALU)
Membentuk fungsi-fungsi pengolaha data komputer
- Register
Penyimpan internal bagi CPU
- CPU interconnections
Mekanisme komunikasi antara CU,ALU dan register-register
Langganan:
Postingan (Atom)