BAB 5
MEMORI INTERNAL
Memori
utama semikonduktor
Organisasi
Elemen
dasar dari memori semikonduktor yaitu sel memori, walaupun berbagai macam
teknologi elektronik yang digunakan, semua semikonduktor memiliki sifat yang
sama, yaitu :
·
Untuk menunjukkan dua kestabilan
(semistabil), yang mana digunakan untuk merepresentasikan angka biner yaitu 1
dan 0’
·
Mampu menulis (setidaknya sekali),
untuk mengatur keadaan
·
Mampu membaca dan merasakan keadaan
Gambar 5.1
menggambarkan operasi dari sebuah sel memori. Secara garis besar, memori semikonduktor
memiliki tiga terminal fungsi yang mampu membawa sinyal listrik. Terminal yang
terpilih, sebagai nama yang disarankan untuk operasi
baca atau tulis. Terminal control menunjukkan
membaca atau menulis. Untuk menulis, terminal yang lain menyediakan sinyal listrik yang mengatur keadaan cel 1 atau 0. Untuk
membaca, terminal ini digunakan untuk keluaran dari keadaan sel.
Gambar
DRAM dan
SRAM
Pada
tabel 5.1 merupakan daftar tipe utama dari memori semikonduktor. Sebagian besar
menunjukkan random access memory (RAM). Faktanya banyak yang salah mengira,
karena semua tipe pada daftar adalah random access. Yang membedakan
karakteristik dari memori adalah tujuannya, RAM dapat membaca data dari memori
dan meulis data baru kedalam memori dengan mudah dan cepat. Keduanya menulis
dan membaca siap untuk menggunakan sinyal listrik.
Perbedaan karakteristik yang lainnya
dar RAM adalah perubahan pada kinerjanya. RAM harus dengan power supply yang
tetap. Apabila terjadi gangguan, maka data akan hilang. RAM digunkan hanya
untuk penyimpanan sementara.
DYNAMIC RAM (DRAM) teknologi RAM
dibagi menjadi dua , yaitu : statis dan dinamis. Sebuah DRAM dibuat dengan sel
yang menyimpan data sebagai instruksi untuk kapasitor. Ada atau tidaknya
instruksi pada sebuah kapasitor adalah sebuah gangguan pada angka biner 1 atau
0. Karena kapasitor memiliki sifat yang cendruk untuk tidak menginstruksi, DRAM
dinamismembutuhkan istruksi pada waktu tertentu untuk memuat ulang penyimpanan
data. Hubungan dinamis cendrung bocor, walaupun dengan pasukan daya yang tetap.
Gambar 5.2 adalah tipe DRAM struktur
untuk masing-masing sel yang menyimpan bit 1.
Alamat telah aktif ketika nilai bit dari sel dibaca atu ditulis.
Transistor beritndak sebagai pengubah, untuk menutup (mengizinkan aliran saat
ini) apabila voltasi digunakan pada alamat tersebut dan membuka (tidak ada
aliran saat ini) apabila tidak ada voltasi tersedia pada saluran alamat
tersebut.
Untuk operasi penulisan, sebuah
sinyal voltasi digunakan untuk saluran bit; voltasi yang tinggi digunakan untuk
mewakili 1, dan voltasi rendah untuk
mewakili 0. Sebuah sinyal selanjutnya akan dipergunakan pada alamat saluran,
mengizinkan sbuah perubahan untuk dikirim ke kapasitor.
Untuk operasi membaca, ketika
saluran alamat terpilih, transistor akan hidup dan menginstruksi penyimpanan
pada kapasitoradalah umpan balik kedalam saluran bit dan merasakan pengeras
suara. Pengertian dari pengeras suara akan membandingkan voltasi kapasitor
untuk merekomendasikan nilai dan
menentukan jika sel mengandung logika 1 atau 0. Hasil pebacaan dari sel akan di
instruksi pada kapasitor, yang mana instruksi tersebut harus disimpan lagi untuk
melengkapi operasi.
Walaupun sel DRAM digunakan untuk
menyimpan satu bit (1 atau 0) , ini mendasari perangkat analog. Kapasitor dapat
menyimpan beberapa nilai instruksi dengan jarak, nilai yang sudah diambang
pintu akan di tentukan apakah instruksi tersebut adalah 1 atau 0
STATIC RAM , yang menonjol dari
static RAM (SRAM) adalah perangkat digital yang menggunakan elemen logika yang
sama pada prosesor. Pada sebua SRAM, nilai biner yang disimpan menggunakan
flip-flop konfigurasi gerbang logika. Sebuah SRAM akan mengambil data sepanjang
tenaga disediakan.
Gambar
Gambar 5.2 adalah ciri-ciri struktur
SRAM untuk masing-masing sel. Empat transistor (T1,T2,T3,T4) terhubung secara
menyilang pada sebuah rencana yang menghasilkan keadaan logika yang stabil.
Pada keadaan logika 1 , titic C1 adalah tinggi dan titik C2 adalah rendah. Pada
keadaan ini T1 dan T4 mati dan T2 dan T3 hidup. Pada keadaan logika 0 , titik
C1 rendah dan C2 tinggi, pada keadaan ini T1 dan T4 hidup dan T2 dan T3 mati.
Kedua keadaan seimbang selama pengaturan langsung voltasi digunakan. Tidak
seperti DRAM , tidak membutuhkan pengulangan untuk menahan data.
Sama seperti DRAM, alamat saluran
SRAM juga digunakan untuk membuka atau menutup saklar. Alamat saluran
mengontrol dua transistor (T5 dan T6). Ketika sebuah sinyal digunakan pada saluran ini, kedua transistor akan hidup,
mengizinkan sebuah operasi membaca atu menulis. Untuk operasi penulisan ,
permintaan untuk menggunakan nilai bit pada saluran B, sementara ini dilengkapi
digunakan pada saluran B. inilah kekuatan
dari keempat transistor untuk keadaan yang pasti. Untuk operasi membaca,
nilai bit membaca dari saluran B/
SRAM VS
DRAM kedua statis dan dinamis RAM tidak tetap, yaitu tenaga harus tetap mengalir
ke memori untuk mempertahankan nilai bit. Sebuah sel memori dinamis lebih
sederhana dan lebih kecil dari sel memori statis. Demikian juga dengan sebuah
DRAM lebih rapat antar tiap sel dan lebih mahal sedikit dari SRAM. Pada sisi
lain, sebuah DRAM membutuhkan dukungan penyegaran sirkuit. Untuk memori yang
lebih besar, biaya perbaikan penyegaran sirkuit lebih daripada rugi untuk
variable sel DRAM yang lebih kecil. Demikian juga untuk perawatan DRAM lebih
murah untuk memori yang lebih besar.
Yang terakhir yaitu SRAM lumayan cepat daripada DRAM. Karena
karakteristik yang relative, dimana SRAM digunakan sebagai cache memori
(keduanya chip hidup dan mati), dan DRAM digunakan sevagai memori utama.
TYPE ROM
Seperti
namanya read only memori (Rom) mengandung susunan permanen dari data yang tidak
bias dirubah. ROM tidak berubah-ubah,
yaitu tidak ada sumber tenaga dibutuhkan untuk mengatur nilai bit pada memori.
Aplikasi yang penting dari ROM adalah mikroprograming dan aplikasi yang lain
termasuk :
a. Perpustakaan
untuk frekuensi fungsi yang diinginkan
b. Program
system
c. Tabel
fungsi
Untuk
ukuran yang paling sederhana membutuhkan, keuntungan dari ROM yaitu data atu
program tetap berada pada memori utama dan kebutuhan tidak pernah di bebankan
dari perangkat penyimpanan sekunder.
ROM di buat seperti kebanyakan chip
IC lainnya, dengan data terikat langsung kedalam chip sebagai bagian pembuatan
proses. Ini mengadirkan dua masalah yaitu :
a. Langkah
menyisipkan data termasuk biaya perbaikan yang besar, apakah satu dari seribu
Salinan dari sebuah ROM istimewa di buat.
b. Tidak
ada ruang untuk error. Apabila satu bit salah, seluruh Batch ROM harus dibuang.
Ketika
hanya sebuah nomor dari ROM dengan sebuah konten memori khusus dibutuhkan,
alternative yang sedikit lebih murah adalah programmable ROM (PROM). Seperti
ROM, PROM juga nonvolatile dan mungkin dituliskan hanya sekali. Untuk FROM,
proses penulisan dilakukan secara elektris dan mungkin dilakukan oleh penyalur
atau pengguna pada waktu nanti kemudian chip asli di palsukan. Peralatan khusus
dibutuhkan untuk meulis atau pemrograman proses. PROM menyediakan fleksibelitas
dan waktu yang sebaik-baiknya.
Bentuk
lain pada ROM yaitu read mostly-memory, dimana ini berguna untuk aplikasi
membaca yang jauh lebih sering daripada operasi penulisan tetapi untuk yang
nonvolatile penyimpanan dibutuhkan. Ada tiga bentuk dari read mostly memory yaitu
: EPROM,EEPROM dan flash memori.
Eraseable
programmable read-only memori (EPROM) di tulis dan dibaca secara elektris, sama
seperti PROM. Bagaimanapun, sebelum operasi penulisan, semual sel penyimpanan
harus dihapus dengan inisial keadaan yang sama dengan membuka kemasan chip
menggunakan radiasi ultraviolet.
Sebuah
bentuk yang lebih bagus dari read-mostly memori yaitu electrically eraseable
programmable read-only memory (EEPROM). Read-mostly memori ini dapat di tulis
kapan saja tanpa menghpus isinya terbih dahulu, hanya byte atau byte-byte
alamat yang diperbarui. Operasi penulisan mengambil pertimbangan yang lebih
panjang daripada operasi pembacaan, pada beberapa ratus microseconds per byte,
EEPROM mengkombinasikan keuntungan dari ke nonvolatile-nya dengan fleksibelitas
yang mampu diperbaharui sitempat, biasanya menggunakan bus control,alamat, dan
saluran data. EEPROM lebih mahal dari ERPOM dan dengan kepadatan yang kurang,
mendukung menampilkan bit per chip.
BAB
5
MEMORI
INTERNAL
Organisasi
dasar dari memori
semikonduktor adalah sel memori. Meskipun berbagai teknologi elektronik yang
digunakan, semua sel memori semikonduktor berbagi sifat tertentu: • Mereka
menunjukkan dua stabil (atau semistable) negara, yang dapat digunakan untuk
mewakili biner 1 dan 0. • Mereka mampu ditulis dalam (setidaknya sekali), untuk
mengatur negara. • Mereka mampu dibaca untuk merasakan negara. Gambar 5.1
menggambarkan operasi dari sebuah sel memori. Paling umum, sel memiliki tiga
terminal fungsional yang mampu membawa sinyal listrik. Pilih t erminal, seperti
namanya, memilih sel memori untuk operasi membaca atau menulis. Terminal
kontrol menunjukkan membaca atau menulis. Untuk menulis, terminal lainnya
menyediakan sinyal listrik yang menetapkan keadaan sel untuk 1 atau 0. untuk
membaca, terminal yang digunakan untuk output negara sel. Rincian dari internal
organisasi, fungsi, dan waktu sel memori tergantung pada teknologi sirkuit
terpadu yang khusus digunakan dan berada di luar cakupan buku ini, kecuali
untuk ringkasan singkat. Untuk tujuan kita, kita akan menganggapnya sebagai
mengingat bahwa sel-sel individual dapat dipilih untuk operasi membaca dan
menulis.
DRAM dan SRAM Semua jenis memori yang kita akan mengeksplorasi dalam bab ini adalah
akses acak. Artinya, kata-kata individu dari memori secara langsung diakses melalui
kabel-dalam menangani logika. Tabel 5.1 berisi daftar jenis utama dari memori
semikonduktor. Yang paling umum disebut sebagai random-access memory (RAM). Hal
ini, pada kenyataannya, penyalahgunaan istilah, karena semua jenis yang
tercantum dalam tabel akses acak. Salah satu ciri yang membedakan dari memori
yang ditunjuk sebagai RAM adalah bahwa hal itu mungkin baik untuk membaca data
dari memori dan menulis data baru ke dalam memori dengan mudah dan cepat. Baik
membaca dan menulis yang dicapai melalui penggunaan sinyal listrik.
Karakteristik lain yang unik dari RAM adalah bahwa hal itu mudah menguap.
Sebuah RAM harus disediakan dengan pasokan daya konstan. Jika daya terganggu,
maka data yang hilang. Dengan demikian, RAM hanya dapat digunakan sebagai penyimpanan
sementara. Dua bentuk tradisional RAM yang digunakan di komputer DRAM dan SRAM.
DYNAMIC teknologi RAM RAM dibagi menjadi dua teknologi: dinamis dan statis.
Sebuah RAM dinamis (DRAM) dibuat dengan sel yang menyimpan data sebagai muatan
pada kapasitor. Ada atau tidak adanya biaya dalam kapasitor ditafsirkan sebagai
biner 1 atau 0. Karena kapasitor memiliki kecenderungan alami untuk debit,
dinamisRAM membutuhkan biaya periodik menyegarkan untuk menjaga penyimpanan
data. Dinamis merujuk pada kecenderungan ini muatan yang tersimpan bocor pergi,
bahkan dengan kekuatan terus menerus diterapkan. Gambar 5.2a adalah struktur
DRAM khas untuk sel individu yang menyimpan 1 bit. Baris alamat diaktifkan
ketika nilai bit dari sel ini harus dibaca atau ditulis. transistor bertindak
sebagai saklar yang tertutup (yang memungkinkan arus mengalir) jika tegangan
diterapkan ke baris alamat dan terbuka (tidak ada arus mengalir) jika tidak ada
tegangan hadir pada baris alamat. Untuk menulis operasi, sinyal tegangan diterapkan
ke baris bit; tegangan tinggi mewakili 1, dan tegangan rendah merupakan 0
Sinyal ini kemudian diterapkan pada baris alamat, memungkinkan biaya yang akan
ditransfer ke kapasitor. Untuk operasi baca, ketika baris alamat yang dipilih,
transistor menyala dan muatan yang tersimpan pada kapasitor adalah makan keluar
ke garis sedikit dan penguat rasa. Arti penguat membandingkan tegangan
kapasitor ke nilai referensi dan menentukan apakah sel berisi logika 1 atau
logika 0. pembacaan dari sel pembuangan kapasitor, yang harus dikembalikan
untuk menyelesaikan operasi. Meskipun sel DRAM digunakan untuk menyimpan satu
bit (0 atau 1), pada dasarnya perangkat analog. kapasitor dapat menyimpan nilai
biaya dalam kisaran; nilai ambang menentukan apakah muatan ditafsirkan sebagai
1 atau 0.
RAM statis Sebaliknya, RAM statis (SRAM) adalah perangkat digital yang
menggunakan elemen logika yang sama digunakan dalam prosesor. Dalam SRAM, nilai
biner disimpan menggunakan flip-flop konfigurasi logika-gerbang tradisional
(lihat Bab 11 untuk penjelasan dari sandal jepit). Sebuah RAM statis akan
menyimpan data yang selama kekuasaan disuplai untuk itu.
Gambar 5.2b adalah
struktur SRAM khas untuk sel individu. Empat transistor (T1, T2, T3, T4) lintas
terhubung dalam suatu pengaturan yang menghasilkan keadaan logika stabil. Dalam
logika state 1, titik C1 tinggi dan titik C2 rendah; dalam keadaan ini, T1 dan
T4 off dan T2 dan T3 adalah on.1 Dalam logika negara 0, titik C1 rendah dan
titik C2 tinggi; dalam keadaan ini, T1 dan T4 yang dan T2 dan T3 adalah off.
Kedua negara yang stabil selama arus (dc) tegangan langsung diterapkan. Tidak
seperti DRAM, tidak ada refresh diperlukan untuk menyimpan data. Seperti pada
DRAM, baris alamat SRAM digunakan untuk membuka atau menutup switch. Baris alamat
mengontrol dua transistor (T5 dan T6). Ketika sinyal diterapkan untuk baris
ini, dua transistor diaktifkan, memungkinkan operasi baca atau tulis. Untuk
menulis operasi, nilai bit yang diinginkan diterapkan untuk jalur B, sedangkan
pelengkap diterapkan untuk berbaris B. Hal ini akan memaksa empat transistor
(T1, T2, T3, T4) ke negara yang tepat. Untuk operasi baca, nilai bit dibaca
dari baris B.
SRAM VERSUS DRAM Kedua RAM statis dan dinamis yang stabil; yaitu, daya harus terus menerus
dipasok ke memori untuk melestarikan nilai-nilai bit. Sebuah sel memori dinamis
sederhana dan lebih kecil dari sel memori statis. Dengan demikian, DRAM lebih
padat (sel lebih kecil = lebih banyak sel per satuan luas) dan lebih murah
daripada SRAM sesuai. Di sisi lain, DRAM memerlukan sirkuit penyegaran
pendukung. Untuk kenangan yang lebih besar, biaya tetap dari sirkuit refresh
lebih dari kompensasi untuk oleh lebih kecil biaya variabel sel DRAM. Dengan
demikian, DRAM cenderung disukai untuk kebutuhan memori yang besar. Titik akhir
adalah bahwa SRAMs agak lebih cepat dari DRAM. Karena karakteristik relatif,
SRAM digunakan untuk cache memori (baik on dan off chip), dan DRAM digunakan untuk
memori utama.
Jenis ROM Seperti namanya, memori read-only (ROM) berisi pola data permanen yang
tidak dapat diubah. Sebuah ROM adalah nonvolatile; yaitu, tidak ada sumber daya
yang dibutuhkan untuk mempertahankan nilai-nilai bit dalam memori. Meskipun dimungkinkan
untuk membaca ROM, itu tidak mungkin untuk menulis data baru ke dalamnya.
Sebuah aplikasi penting dari ROM adalah microprogramming, dibahas di Bagian
Empat. aplikasi potensial lainnya termasuk • subrutin Perpustakaan untuk sering
ingin fungsi • program Sistem • Fungsi tabel Untuk persyaratan sederhana
berukuran, keuntungan dari ROM adalah bahwa data atau program secara permanen
dalam memori utama dan tak perlu dimuat dari perangkat penyimpanan sekunder.
Sebuah ROM dibuat seperti chip sirkuit lain yang terintegrasi, dengan data
sebenarnya kabel ke dalam chip sebagai bagian dari proses fabrikasi. Ini
menyajikan dua masalah: • Langkah penyisipan data mencakup biaya tetap relatif
besar, apakah satu atau ribuan salinan dari ROM tertentu yang dibuat. • Tidak
ada ruang untuk kesalahan. Jika salah satu bit yang salah, seluruh batch ROM
harus dibuang.
Ketika hanya sejumlah
kecil dari ROM dengan konten memori tertentu diperlukan, alternatif yang lebih
murah adalah ROM diprogram (PROM). Seperti ROM, PROM adalah nonvolatile dan
dapat ditulis ke dalam hanya sekali. Untuk PROM, proses penulisan dilakukan
secara elektrik dan dapat dilakukan oleh pemasok atau pelanggan pada satu waktu
paling lambat fabrikasi chip asli. peralatan khusus yang diperlukan untuk menulis
atau proses "pemrograman". PROMs memberikan fleksibilitas dan
kenyamanan. ROM tetap menarik untuk volume tinggi produksi berjalan. Variasi
lain pada read-only memory adalah read-sebagian besar memori, yang berguna
untuk aplikasi di mana membaca operasi jauh lebih sering daripada menulis
operasi tapi untuk yang penyimpanan nonvolatile diperlukan. Ada tiga bentuk
umum dari baca-sebagian besar memori: EPROM, EEPROM, dan flash memory.
The programmable read-only memory optik bisa
dihapus (EPROM) dibaca dan ditulis elektrik, seperti dengan PROM. Namun,
sebelum menulis operasi, semua sel penyimpanan harus dihapus untuk keadaan awal
yang sama oleh paparan dari chip dikemas radiasi ultraviolet. Penghapusan
dilakukan dengan bersinar cahaya ultraviolet intens melalui jendela yang
dirancang ke dalam chip memori. Proses penghapusan ini dapat dilakukan
berulang-ulang; setiap penghapusan dapat mengambil sebanyak 20 menit untuk
melakukan. Dengan demikian, EPROM dapat diubah beberapa kali dan, seperti ROM
dan PROM, memegang datanya hampir tanpa batas. Untuk jumlah yang sebanding
penyimpanan, EPROM lebih mahal dari PROM, tetapi memiliki keuntungan dari
kemampuan pembaruan beberapa. Bentuk yang lebih menarik dari baca-sebagian
besar memori elektrik bisa dihapus programmable read-only memory (EEPROM). Ini
adalah read-sebagian besar memori yang dapat ditulis ke dalam setiap saat tanpa
menghapus isi sebelumnya; hanya byte atau byte ditangani diperbarui. Operasi
tulis memakan waktu jauh lebih lama dibandingkan operasi read, pada urutan
beberapa ratus mikrodetik per byte. EEPROM ini menggabungkan keuntungan dari
nonvolatility dengan fleksibilitas untuk diupdate di tempat, menggunakan
kontrol biasa bus, alamat, dan jalur data. EEPROM lebih mahal daripada EPROM
dan juga kurang padat, mendukung lebih sedikit bit per chip.
Bentuk lain dari memori semikonduktor adalah flash memori (dinamakan
demikian karena kecepatan yang dapat memprogram). Pertama kali diperkenalkan
pada pertengahan 1980-an, memori flash adalah penengah antara EPROM dan EEPROM
dalam biaya dan fungsionalitas. Seperti EEPROM, flash memori menggunakan
teknologi penghapusan listrik. Seluruh memori flash bisa dihapus dalam satu
atau beberapa detik, yang jauh lebih cepat daripada EPROM. Selain itu, adalah
mungkin untuk menghapus hanya blok memori daripada seluruh chip yang. Flash
memory mendapatkan namanya karena microchip ini disusun sehingga bagian sel
memori akan terhapus dalam aksi tunggal atau "flash." Namun, memori
flash tidak menyediakan byte-tingkat penghapusan. Seperti EPROM, memori flash
hanya menggunakan satu transistor per bit, sehingga mencapai kepadatan tinggi
(dibandingkan dengan EEPROM) dari EPROM.
Chip Logic Seperti produk sirkuit lainnya terintegrasi,
memori semikonduktor datang dalam kemasan chip (Gambar 2.7). Setiap chip berisi
array sel memori. Dalam hirarki memori secara keseluruhan, kami melihat bahwa
ada trade-off antara kecepatan, kapasitas, dan biaya. trade-off ini juga ada
ketika kita mempertimbangkan organisasi.sel memori dan logika fungsional pada sebuah chip.
Untuk memori semikonduktor, salah satu masalah desain utama adalah jumlah bit
data yang dapat dibaca / ditulis pada suatu waktu. Pada satu ekstrim adalah
organisasi di mana pengaturan fisik dari sel-sel dalam array adalah sama dengan
susunan logis (seperti yang dirasakan oleh prosesor) dari kata-kata dalam
memori. array diatur dalam kata-kata W dari B masing-masing bit. Misalnya,
sebuah chip 16-Mbit dapat diatur sebagai 1M kata 16-bit. Pada ekstrem yang lain
adalah yang disebut organisasi 1-bit-per-chip, di mana data dibaca / ditulis 1
bit pada satu waktu. Kami akan menggambarkan chip memori organisasi dengan
DRAM; organisasi ROM mirip, meskipun sederhana. Gambar 5.3 menunjukkan sebuah
organisasi khas 16-Mbit DRAM. Dalam hal ini, 4 bit membaca atau menulis pada
suatu waktu. Logikanya, array memori diorganisasikan sebagai empat array
persegi 2048 oleh 2048 elemen. Berbagai pengaturan fisik yang mungkin. Dalam
kasus apapun, elemen array yang terhubung dengan baik horisontal (baris) dan
vertikal (kolom) baris. Setiap garis horizontal menghubungkan ke Pilih terminal
setiap sel dalam barisnya; setiap baris vertikal menghubungkan ke terminal
data-In / Rasa setiap sel dalam kolomnya. Alamat garis memasok alamat kata yang
akan dipilih. Sebanyak garis W log2 diperlukan. Dalam contoh kita, 11 jalur
alamat yang diperlukan untuk memilih salah satu dari 2.048 baris. Ini 11 baris
yang dimasukkan ke dalam decoder baris, yang memiliki 11 jalur input dan 2048
baris untuk output. Logika decoder mengaktifkan satu pun dari 2.048 output
tergantung pada pola bit pada 11 jalur input (211 = 2.048).
Tambahan 11 baris alamat memilih salah satu dari 2.048 kolom dari 4 bit per
kolom. Empat jalur data yang digunakan untuk input dan output dari 4 bit ke dan
dari buffer data. Pada input (write), pengemudi sedikit setiap baris bit
diaktifkan untuk 1 atau 0 sesuai dengan nilai dari garis data yang sesuai. Pada
output (baca), nilai setiap baris bit dilewatkan melalui penguat rasa dan
disajikan dengan garis data. Garis baris memilih yang deretan sel digunakan
untuk membaca atau menulis. Karena hanya 4 bit dibaca / ditulis untuk DRAM ini,
harus ada beberapa DRAM terhubung ke memory controller untuk membaca / menulis
kata data ke bus. Perhatikan bahwa hanya ada 11 jalur alamat (A0-A10), setengah
jumlah yang Anda harapkan untuk 2048 * 2048 larik. Hal ini dilakukan untuk
menghemat jumlah pin. 22 baris alamat diperlukan dilewatkan melalui pilih
logika eksternal untuk chip dan multiplexing ke 11 baris alamat. Pertama, 11
sinyal alamat dilewatkan ke chip untuk menentukan alamat baris dari array, dan
kemudian sinyal 11 alamat lainnya disajikan untuk alamat kolom. Sinyal ini
disertai dengan alamat baris pilih (RAS) dan kolom alamat pilih (CAS) sinyal
untuk memberikan waktu ke chip. menulis memungkinkan (WE) dan output
mengaktifkan (OE) pin menentukan apakah menulis atau membaca operasi dilakukan.
Dua pin lainnya, tidak ditunjukkan pada Gambar 5.3, adalah tanah (VSS) dan
sumber tegangan (Vcc).
Sebagai samping, multiplexing mengatasi ditambah penggunaan array persegi
menghasilkan empat kali lipat dari ukuran memori dengan setiap generasi baru
dari chip memori. Satu pin lebih dikhususkan untuk menangani ganda jumlah baris
dan kolom, dan ukuran memori chip yang tumbuh dengan faktor 4. Gambar 5.3 juga
menunjukkan masuknya sirkuit penyegaran. Semua DRAM memerlukan operasi
penyegaran. Sebuah teknik sederhana untuk menyegarkan, pada dasarnya, untuk
menonaktifkan chip DRAM sementara semua sel data segar. Refresh kontra langkah
melalui semua nilai-nilai baris. Untuk setiap baris, baris keluaran dari
counter penyegaran dipasok ke decoder baris dan garis RAS diaktifkan. Data
dibaca dan ditulis kembali ke lokasi yang sama. Hal ini menyebabkan setiap sel
dalam baris yang akan disegarkan.
Chip Packaging Seperti yang telah disebutkan dalam Bab 2,
sirkuit terpadu dipasang pada sebuah paket yang berisi untuk koneksi ke dunia
luar pin. Gambar 5.4a menunjukkan contoh EPROM paket, yang merupakan chip
8-Mbit diselenggarakan sebagai 1M * 8. Dalam hal ini, organisasi diperlakukan
sebagai paket satu kata-per-chip. Paket termasuk 32 pin, yang merupakan salah
satu ukuran paket chip standar. Pin mendukung garis sinyal berikut: • Alamat
kata yang diakses. Untuk 1M kata, total 20 (220 = 1M) pin diperlukan (A0-A19).
• Data yang akan dibacakan, yang terdiri dari 8 baris (D0-D7). • Catu daya ke
chip (Vcc). • Sebuah pin ground (VSS). • Sebuah chip mengaktifkan (CE) pin.
Karena mungkin ada lebih dari satu chip memori, yang masing-masing terhubung ke
bus alamat yang sama, pin CE digunakan untuk menunjukkan apakah atau tidak
alamat ini berlaku untuk chip ini. Pin CE diaktifkan oleh logika terhubung ke
tingkat tinggi bit dari bus alamat (yaitu, bit alamat di atas A19). Penggunaan
sinyal ini diilustrasikan saat. • Sebuah program tegangan (Vpp) yang disediakan
selama pemrograman (menulis operasi). Konfigurasi DRAM pin khas ditunjukkan
pada Gambar 5.4b, untuk chip 16-Mbit diselenggarakan sebagai 4M * 4. Ada
beberapa perbedaan dari chip ROM. Karena RAM dapat diperbarui, pin data input /
output. menulis memungkinkan (WE) dan output mengaktifkan (OE) pin
mengindikasikan apakah ini adalah menulis atau membaca operasi.
Karena DRAM diakses oleh baris dan kolom, dan alamat multiplexing, hanya 11
pin alamat diperlukan untuk menentukan kombinasi 4M baris / kolom (211 * 211 =
222 = 4M). Fungsi dari alamat baris pilih (RAS) dan alamat c olumn pilih (CAS)
pin dibahas sebelumnya. Akhirnya, tidak ada koneksi (NC) pin disediakan
sehingga ada bahkan jumlah pin.
Organisasi modul Jika chip RAM hanya 1 bit per kata, maka jelas
kita akan membutuhkan setidaknya sejumlah chip sama dengan jumlah bit per kata.
Sebagai contoh, Gambar 5.5 menunjukkan bagaimana modul memori yang terdiri dari
256 ribu kata 8-bit bisa diatur. Untuk 256 ribu kata, alamat 18-bit yang
dibutuhkan dan dipasok ke modul dari beberapa sumber eksternal (misalnya, jalur
alamat bus yang modul terpasang). Alamat ini disajikan untuk 8 256K * 1-bit
chip, yang masing-masing memberikan input / output dari 1 bit.
Organisasi ini bekerja selama ukuran memori sama dengan jumlah bit per
chip. Dalam kasus di mana memori yang lebih besar diperlukan, sebuah array dari
chip yang dibutuhkan. Gambar 5.6 menunjukkan organisasi mungkin dari memori
yang terdiri dari kata 1M oleh 8 bit per kata. Dalam hal ini, kami memiliki empat
kolom chip, setiap kolom yang berisi 256 ribu kata diatur seperti pada Gambar
5.5. Untuk kata 1M, 20 jalur alamat yang diperlukan. 18 bit paling signifikan
yang diarahkan ke semua 32 modul. High-order 2 bit masukan untuk memilih
kelompok logika modul yang mengirimkan chip memungkinkan sinyal untuk salah
satu dari empat kolom modul.
memori disisipkan Memory Utama terdiri dari kumpulan chip memori
DRAM. Sejumlah chip dapat dikelompokkan bersama-sama untuk membentuk sebuah
bank memori. Hal ini dimungkinkan untuk mengatur bank memori dengan cara yang
dikenal sebagai memori disisipkan. Setiap bank mandiri dapat layanan memori
membaca atau menulis permintaan, sehingga sistem bank K dapat melayani
permintaan K secara bersamaan, meningkatkan memori membaca atau menulis tarif
dengan faktor K. Jika kata berturut-turut dari memori disimpan di bank yang
berbeda, kemudian transfer blok memori dipercepat. Lampiran E mengeksplorasi
topik memori disisipkan.
Sebuah sistem memori semikonduktor tunduk kesalahan. Ini dapat dikategorikan
sebagai kegagalan keras dan kesalahan lembut. Sebuah kegagalan hard adalah
cacat fisik permanen sehingga sel memori atau sel yang terkena tidak dapat
dipercaya menyimpan data tetapi menjadi terjebak pada 0 atau 1 atau beralih tak
menentu antara 0 dan 1. kesalahan keras dapat disebabkan oleh penyalahgunaan
lingkungan yang keras, cacat manufaktur, dan memakai . Sebuah kesalahan lunak
adalah acak, acara tak rusak yang mengubah isi dari satu atau lebih sel memori
tanpa merusak memori. kesalahan lunak dapat disebabkan oleh masalah power
supply atau partikel alpha. Partikel-partikel ini hasil dari peluruhan
radioaktif dan sangat biasa terjadi karena inti radioaktif ditemukan dalam
jumlah kecil di hampir semua bahan. Kedua kesalahan keras dan lunak yang jelas
tidak diinginkan, dan kebanyakan sistem memori utama modern termasuk logika
untuk kedua mendeteksi dan mengoreksi kesalahan. Gambar 5.7 menggambarkan
secara umum bagaimana proses dilakukan. Ketika data yang akan ditulis ke dalam
memori, perhitungan, digambarkan sebagai fungsi f, dilakukan pada data untuk
menghasilkan kode. Kedua kode dan data disimpan. Jadi, jika kata M-bit data
akan disimpan dan kode ini panjang K bit, maka ukuran sebenarnya dari kata yang
tersimpan adalah M + K bit. Ketika kata disimpan sebelumnya dibacakan, kode
yang digunakan untuk mendeteksi dan mungkin memperbaiki kesalahan. Sebuah set
baru kode K bit yang dihasilkan dari M bit data dan dibandingkan dengan bit
kode diambil. perbandingannya satu dari tiga hasil: • Tidak ada kesalahan yang
terdeteksi. The diambil bit data dikirim keluar. • Sebuah kesalahan terdeteksi,
dan adalah mungkin untuk memperbaiki kesalahan. Bit data ditambah bit koreksi
kesalahan dimasukkan ke korektor, yang menghasilkan set dikoreksi dari M bit
untuk dikirim keluar. • Sebuah kesalahan terdeteksi, tetapi tidak mungkin untuk
memperbaikinya. Kondisi ini dilaporkan. Kode yang beroperasi dalam mode ini
disebut sebagai kesalahan-kode koreksi. Kode ditandai dengan jumlah kesalahan
bit dalam sebuah kata yang dapat memperbaiki dan mendeteksi.
Yang paling sederhana dari kode error-correcting adalah kode Hamming
dirancang oleh Richard Hamming di Bell Laboratories. Gambar 5.8 menggunakan
diagram Venn untuk menggambarkan penggunaan kode ini pada kata-kata 4-bit (M =
4). Dengan tiga lingkaran berpotongan, ada tujuh kompartemen. Kami menetapkan 4
bit data ke kompartemen bagian dalam (Figure5.8a). Kompartemen tersisa diisi
dengan apa yang disebut bit paritas. Setiap bit paritas dipilih sehingga jumlah
total 1s dalam lingkaran adalah bahkan (Figure5.8b). Dengan demikian, karena
lingkaran A mencakup tiga 1s data, bit paritas dalam lingkaran yang diatur ke
1. Sekarang, jika kesalahan mengubah salah satu bit data (Gambar 5.8c), itu
mudah ditemukan. Dengan memeriksa bit paritas, perbedaan yang ditemukan dalam
lingkaran A dan lingkaran C tapi tidak dalam lingkaran B. Hanya satu dari tujuh
kompartemen di A dan C tetapi tidak B. Kesalahan sehingga dapat diperbaiki
dengan mengubah sedikit itu. Untuk memperjelas konsep yang terlibat, kami akan
mengembangkan kode yang dapat mendeteksi dan benar single-bit kesalahan dalam
kata-kata 8-bit. Untuk memulai, mari kita menentukan berapa lama kode harus.
Mengacu pada Gambar 5.7, logika perbandingan menerima sebagai masukan dua nilai
K-bit. Sebuah perbandingan bit-by-bit dilakukan dengan mengambil eksklusif-OR
dari dua input. Hasilnya disebut kata sindrom. Dengan demikian, masing-masing
bit dari sindrom adalah 0 atau 1 sesuai dengan apakah ada atau tidak cocok
dalam posisi bit untuk dua input. Oleh karena itu kata syndrome adalah K bit
lebar dan memiliki jangkauan antara 0 dan 2K - 1. Nilai 0 menunjukkan bahwa
tidak ada kesalahan terdeteksi, meninggalkan 2K - 1 nilai untuk menunjukkan,
jika ada kesalahan, yang sedikit adalah keliru. Sekarang, karena kesalahan bisa
terjadi pada salah satu bit data yang M atau K bit check, kita harus memiliki
2K - 1 Ú M + K
ketimpangan ini memberikan jumlah bit yang diperlukan untuk memperbaiki
kesalahan bit tunggal dalam sebuah kata yang berisi M bit data. Misalnya, untuk
sebuah kata dari 8 bit data (M = 8), kita memiliki • K = 3: 23-01 Juni 8 + 3 •
K = 4: 24-01 Juli 8 + 4 Dengan demikian, delapan bit data memerlukan empat cek
bit. Tiga kolom pertama Tabel 5.2 daftar jumlah bit check diperlukan untuk
berbagai panjang word data. Untuk kenyamanan, kami ingin menghasilkan sindrom
4-bit untuk kata data 8-bit dengan karakteristik sebagai berikut: • Jika
sindrom berisi semua 0s, tidak ada kesalahan telah terdeteksi. • Jika sindrom
berisi satu dan hanya satu bit set ke 1, maka telah terjadi kesalahan dalam
salah satu dari 4 bit check. Tidak ada koreksi yang diperlukan. • Jika sindrom
berisi lebih dari satu bit set ke 1, maka nilai numerik dari sindrom
menunjukkan posisi bit data dalam kesalahan. bit data ini terbalik untuk koreksi.
Untuk mencapai karakteristik ini, data dan memeriksa bit disusun menjadi sebuah
kata 12-bit seperti yang digambarkan dalam Gambar 5.9. Posisi bit diberi nomor
dari 1 sampai 12. Mereka posisi bit yang posisinya jumlahnya kekuatan dari 2
ditetapkan sebagai bit check. Cek bit dihitung sebagai berikut, di mana simbol
{menunjuk operasi eksklusif-OR: C1 = D1 {D2 {D4 {D5 {D7 C2 = D1 {D3 {D4 {D6 {D7
C4 = D2 {D3 {D4 {D8 C8 = D5 {D6 {D7 {D8
Setiap bit cek beroperasi pada setiap bit data yang nomor posisinya berisi
1 dalam posisi bit sama dengan jumlah posisi yang sedikit cek. Dengan demikian,
data bit posisi 3, 5, 7, 9, dan 11 (D1, D2, D4, D5, D7) semua mengandung 1 di
bit paling signifikan dari jumlah posisi mereka seperti halnya C1; posisi bit
3, 6, 7, 10, dan 11 semua mengandung 1 di posisi bit kedua, seperti halnya C2;
dan seterusnya. Memandang cara lain, posisi bit n diperiksa oleh mereka bit Ci
sehingga gi = n. Misalnya, posisi 7 diperiksa oleh bit di posisi 4, 2, dan 1;
dan 7 = 4 + 2 + 1. Mari kita memverifikasi bahwa skema ini bekerja dengan
sebuah contoh. Asumsikan bahwa kata input 8-bit adalah 00111001, dengan data
bit D1 di posisi paling kanan. Perhitungan adalah sebagai berikut: C1 = 1 {0 {1
{1 {0 = 1 C2 = 1 {0 {1 {1 {0 = 1 C4 = 0 {0 {1 {0 = 1 C8 = 1 {1 {0 {0 = 0
Misalkan sekarang bit data 3 menopang kesalahan dan berubah dari 0 ke 1. Ketika
bit cek dihitung ulang, kita memiliki C1 = 1 {0 {1 {1 {0 = 1 C2 = 1 {1 {1 {1 {0
= 0 C4 = 0 {1 {1 {0 = 0 C8 = 1 {1 {0 {0 = 0 Ketika check bit baru dibandingkan
dengan bit check tua, kata sindrom terbentuk: C8 C4 C2 C1 0 1 1 1 {0 0 0 1 0 1
1 0 hasilnya adalah 0110, menunjukkan bahwa posisi bit 6, yang berisi data bit
3, adalah kesalahan. Gambar 5.10 mengilustrasikan perhitungan sebelumnya. Data
dan memeriksa bit p ositioned benar dalam kata 12-bit. Empat dari data bit
memiliki nilai 1 (berbayang di meja), dan nilai-nilai posisi bit mereka XOR
untuk menghasilkan kode Hamming 0111, yang membentuk empat digit cek. Seluruh
blok yang disimpan adalah001101001111. Misalkan sekarang bit data 3, di bit
posisi 6, menopang kesalahan dan berubah dari 0 ke 1. blok yang dihasilkan
adalah 001101101111, dengan kode Hamming dari 0111. Sebuah XOR dari kode
Hamming dan semua posisi bit nilai untuk data hasil nol bit di 0110. hasil nol
mendeteksi kesalahan dan menunjukkan bahwa kesalahan dalam bit posisi 6. kode
baru saja dijelaskan dikenal sebagai (SEC) kode tunggal-error-correcting. Lebih
umum, memori semikonduktor dilengkapi dengan, double-kesalahan-mendeteksi
(SEC-DED) kode tunggal-error-correcting. Seperti Tabel 5.2 menunjukkan, kode
tersebut memerlukan satu bit tambahan dibandingkan dengan kode SEC. Gambar 5.11
menggambarkan bagaimana kode tersebut bekerja, lagi dengan word data 4-bit.
urutan menunjukkan bahwa jika dua kesalahan terjadi (Gambar 5.11c), prosedur
pengecekan tersesat (d) dan memperburuk masalah dengan membuat kesalahan ketiga
(e). Untuk mengatasi masalah tersebut, bit kedelapan ditambahkan yang
ditetapkan, sehingga jumlah total 1s dalam diagram bahkan. Bit paritas ekstra
menangkap kesalahan (f). Kode error-correcting meningkatkan keandalan memori
pada biaya tambahan kompleksitas. Dengan organisasi 1-bit-per-chip, kode
SEC-DED umumnya dianggap memadai. Sebagai contoh, implementasi 30XX IBM
digunakan kode SECDED 8-bit untuk setiap 64 bit data di memori utama. Dengan
demikian, ukuran memori utama sebenarnya sekitar 12% lebih besar daripada yang
jelas bagi pengguna. Komputer VAX menggunakan 7-bit SEC-DED untuk setiap 32 bit
memori, untuk overhead 22%. Sejumlah DRAM kontemporer menggunakan 9 bit check
untuk setiap 128 bit data, untuk overhead 7% [SHAR97].
Advance DRAM Sebagaimana dibahas dalam Bab 2, salah satu hambatan sistem yang paling
penting ketika menggunakan prosesor berkinerja tinggi adalah antarmuka untuk
memori internal utama. Interface ini adalah jalur yang paling penting dalam
seluruh sistem komputer. Blok bangunan dasar dari memori utama tetap chip DRAM,
seperti yang terjadi selama puluhan tahun; sampaibaru-baru ini, belum ada
perubahan signifikan dalam arsitektur DRAM sejak awal 1970-an. Chip DRAM
tradisional dibatasi baik oleh arsitektur internal dan dengan antarmuka untuk
bus memori prosesor. Kita telah melihat bahwa salah satu serangan pada masalah
kinerja memori utama DRAM telah memasukkan satu atau lebih tingkat cache SRAM
berkecepatan tinggi antara memori utama DRAM dan prosesor. Tapi SRAM jauh lebih
mahal dari DRAM, dan memperluas ukuran cache luar hasil titik tertentu semakin
berkurang. Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah perangkat tambahan untuk
arsitektur DRAM dasar telah dieksplorasi, dan beberapa di antaranya sekarang di
pasar. Skema yang saat ini mendominasi pasar adalah SDRAM, DDR-DRAM, dan RDRAM.
Tabel 5.3 memberikan perbandingan kinerja. CDRAM juga telah menerima banyak
perhatian. Kami memeriksa setiap pendekatan ini dalam bagian ini.
Synchronous DRAM Salah satu bentuk yang paling banyak digunakan
dari DRAM adalah sinkron DRAM (SDRAM) [VOGL94]. Tidak seperti DRAM tradisional,
yang asynchronous, bursa SDRAM data dengan prosesor disinkronkan dengan sinyal
clock eksternal dan berjalan pada kecepatan penuh bus processor / memori tanpa
memaksakan negara menunggu. Dalam DRAM khas, prosesor menyediakan alamat dan
tingkat kontrol ke memori, yang menunjukkan bahwa satu set data di lokasi
tertentu di memori harus baik dibaca dari atau ditulis ke DRAM. Setelah
penundaan, waktu akses, DRAM baik menulis atau membaca data. Selama akses-waktu
tunda, DRAM melakukan berbagai fungsi internal, seperti mengaktifkan
kapasitansi tinggi dari baris dan kolom baris, penginderaan data, dan routing
data melalui buffer output. prosesor hanya harus menunggu melalui penundaan
ini, memperlambat kinerja sistem. Dengan akses sinkron, DRAM memindahkan data
masuk dan keluar di bawah kontrol dari jam sistem. Prosesor atau masalah utama
lainnya instruksi dan alamat informasi, yang terkunci oleh DRAM. DRAM kemudian
merespon setelah sejumlah set siklus jam. Sementara itu, master aman dapat
melakukan tugas-tugas lain sementara SDRAM sedang memproses permintaan. Gambar
5.12 menunjukkan logika internal IBM 64-Mb SDRAM [IBM01], yang khas dari
organisasi SDRAM, dan Tabel 5.4 mendefinisikan berbagai tugas pin. SDRAM
mempekerjakan mode burst untuk menghilangkan alamat waktu setup dan baris dan
waktu garis kolom precharge setelah akses pertama. Dalam mode burst,
serangkaian
Data bit dapat clock keluar dengan cepat setelah bit pertama telah diakses.
Mode ini berguna ketika semua bit untuk diakses dalam urutan dan pada baris
yang sama dari array sebagai akses awal. Selain itu, SDRAM memiliki beberapa
bank arsitektur internal yang meningkatkan peluang untuk on-chip paralelisme.
Modus mendaftar dan terkait kontrol logika adalah fitur kunci lain membedakan
SDRAMs dari DRAM konvensional. Ini menyediakan mekanisme untuk menyesuaikan
SDRAM sesuai dengan kebutuhan sistem tertentu. Modus mendaftar menentukan
panjang meledak, yang merupakan jumlah unit yang terpisah dari data sinkron
makan ke bus. register juga memungkinkan programmer untuk menyesuaikan latency
antara penerimaan permintaan membaca dan awal transfer data. SDRAM melakukan
yang terbaik ketika mentransfer blok besar data serial, seperti untuk aplikasi
seperti pengolah kata, spreadsheet, dan multimedia. Gambar 5.13 menunjukkan
contoh operasi SDRAM. Dalam hal ini, panjang burst 4 dan latency adalah 2.
meledak The perintah membaca dimulai dengan memiliki CS dan CAS rendah sambil
memegang RAS dan KAMI tinggi di tepi terbit jam. Input alamat menentukan alamat
kolom awal untuk meledak, dan modus register menetapkan jenis ledakan
(sequential atau interleave) dan panjang burst (1, 2, 4, 8, halaman penuh).
Penundaan dari awal perintah untuk saat data dari sel pertama muncul pada
output adalah sama dengan nilai latency CAS yang diatur dalam mode register.Saat
ini sudah ada versi yang disempurnakan dari SDRAM, yang dikenal sebagai double
data rate SDRAM (DDR-SDRAM) yang mengatasi pembatasan sekali-per-siklus. DDR
SDRAM dapat mengirim data ke prosesor dua kali per siklus jam.
Rambus DRAM RDRAM, yang dikembangkan oleh Rambus [FARM92,
CRIS97], telah diadopsi oleh Intel untuk perusahaan prosesor Pentium dan
Itanium. Hal ini telah menjadi pesaing utama untuk SDRAM. chip RDRAM adalah
paket vertikal, dengan semua pin pada satu sisi. Bursa Chip data dengan
prosesor panjang lebih dari 28 kabel tidak lebih dari 12 sentimeter. Bus dapat
mengatasi hingga 320 chip RDRAM dan berperingkat 1,6 GBps. The RDRAM bus khusus
memberikan alamat dan kontrol informasi menggunakan protokol blok berorientasi
asynchronous. Setelah 480 ns waktu akses awal, ini menghasilkan 1,6 GBps data
rate. Apa yang membuat kecepatan ini mungkin adalah bus itu sendiri, yang
mendefinisikan impedansi, clocking, dan sinyal sangat tepat. Bukannya
dikendalikan oleh RAS eksplisit, CAS, R / W, dan sinyal CE digunakan dalam DRAM
konvensional, sebuah RDRAM mendapat permintaan memori melalui bus berkecepatan
tinggi. Permintaan ini berisi alamat yang diinginkan, jenis operasi, dan jumlah
byte dalam operasi. Gambar 5.14 menggambarkan tata letak RDRAM. konfigurasi
terdiri dari controller dan sejumlah modul RDRAM terhubung melalui bus umum.
controller di salah satu ujung dari konfigurasi, dan ujung bus adalah
penghentian paralel jalur bus. bus meliputi 18 baris data (16 data yang
sebenarnya, dua paritas) bersepeda dua kali lipat tingkat jam; yaitu, 1 bit
dikirim di tepi terkemuka dan mengikuti setiap sinyal clock. Hal ini
menghasilkan tingkat sinyal pada setiap baris data 800 Mbps. Ada satu set
terpisah dari 8 baris (RC) yang digunakan untuk alamat dan kontrol sinyal. Ada
juga sinyal jam yang dimulai di ujung dari controller merambat ke kontroler
akhir dan kemudian loop kembali. Sebuah modul RDRAM mengirimkan data ke
controller serentak dengan jam untuk menguasai, dan controller mengirimkan data
ke RDRAM serentak dengan sinyal clock dalam arah yang berlawanan. Jalur bus
yang tersisa termasuk referensi tegangan, tanah, dan sumber daya.
DDR SDRAM SDRAM dibatasi oleh fakta bahwa ia hanya dapat
mengirim data ke prosesor sekali per bus clock cycle. Sebuah versi baru dari
SDRAM, disebut sebagai SDRAM double-data-rate dapat mengirim data dua kali per
siklus clock, sekali pada tepi naik dari jam pulsa dan sekali di tepi jatuh.
DDR DRAM dikembangkan oleh JEDEC Padat Teknologi Asosiasi Negara, tubuh
semikonduktor-engineering-standardisasi Electronic Industries Alliance. Banyak
perusahaan membuat chip DDR, yang secara luas digunakan di komputer desktop dan
server. Gambar 5.15 menunjukkan waktu dasar untuk DDR baca. Transfer data
disinkronisasi dengan baik tepi naik dan turunnya jam. Hal ini juga
disinkronkan dengan sinyal dua arah Data strobe (DQS) yang disediakan oleh
memory controller selama membaca dan oleh DRAM saat menulis. Dalam implementasi
khasDQS diabaikan selama membaca. Penjelasan tentang penggunaan DQS pada
menulis adalah di luar lingkup kami; lihat [JACO08] untuk rincian. Ada dua
generasi perbaikan teknologi DDR. DDR2 meningkatkan kecepatan transfer data
dengan meningkatkan frekuensi operasional chip RAM dan dengan meningkatkan
buffer prefetch dari 2 bit ke 4 bit per chip. The prefetch buffer cache memori
yang terletak pada chip RAM. buffer memungkinkan theRAM chip untuk preposisi
bit untuk ditempatkan pada bus data secepat mungkin. DDR3, diperkenalkan pada
tahun 2007, meningkatkan ukuran prefetch buffer untuk 8 bit. Secara teoritis,
modul DDR dapat mentransfer data pada clock rate di kisaran 200 hingga 600 MHz;
modul DDR2 transfer pada clock rate 400 sampai 1066 MHz; dan DDR3 transfer
modul pada clock rate 800 sampai 1600 MHz. Dalam prakteknya, tarif agak lebih
kecil tercapai. Lampiran K memberikan detail lebih lanjut tentang teknologi
DDR.
Cache DRAM Cache DRAM (CDRAM), yang dikembangkan oleh Mitsubishi [HIDA90,
ZHAN01], mengintegrasikan cache SRAM kecil (16 Kb) ke sebuah chip DRAM generik.
SRAM pada CDRAM dapat digunakan dalam dua cara. Pertama, dapat digunakan
sebagai cache yang benar, yang terdiri dari sejumlah baris 64-bit. Modus cache
dari CDRAM efektif untuk akses random biasa untuk memori. SRAM pada CDRAM juga
dapat digunakan sebagai penyangga untuk mendukung akses serial dari blok data.
Misalnya, untuk me-refresh layar bit-dipetakan, CDRAM dapat prefetch data dari
DRAM ke dalam buffer SRAM. Setelah akses ke hasil chip mengakses semata-mata
untuk SRAM.
BAB 6
MEMORI
EXTERNAL
Magnetic
disk
Sebuah disk piring
melingkar dibangun dari bahan non-magnetik, yang disebut substrat, dilapisi
dengan bahan magnetizable. Secara tradisional, substrat telah menjadi bahan
paduan aluminium atau aluminium. Baru-baru ini, substrat kaca telah
diperkenalkan. Substrat kaca memiliki sejumlah manfaat, termasuk yang berikut:
• Peningkatan keseragaman permukaan film magnetik untuk meningkatkan keandalan
disk yang • Penurunan signifikan dalam cacat permukaan keseluruhan untuk
membantu mengurangi membaca-menulis kesalahan • Kemampuan untuk mendukung
ketinggian terbang rendah ( dijelaskan kemudian) • kekakuan yang lebih baik
untuk mengurangi dinamika disk yang • kemampuan lebih besar untuk menahan shock
dan kerusakan
Magnetik Baca dan Tulis Mekanisme
data dicatat dan kemudian diambil dari disk melalui kumparan melakukan bernama
kepala; dalam banyak sistem, ada dua kepala, kepala membaca dan kepala menulis.
Selama operasi membaca atau menulis, kepala stasioner sementara piring berputar
di bawahnya. Mekanisme menulis mengeksploitasi fakta bahwa listrik mengalir
melalui kumparan menghasilkan medan magnet. pulsa listrik dikirim ke tulis
kepala, dan pola magnetik yang dihasilkan dicatat pada permukaan bawah, dengan
pola yang berbeda untuk arus positif dan negatif. The menulis kepala sendiri
terbuat dari mudah magnetizable materi dan dalam bentuk donat persegi panjang
dengan celah sepanjang satu sisi dan beberapa putaran melakukan kawat sepanjang
sisi berlawanan (Gambar 6.1). Arus listrik di kawat menginduksi medan magnet di
celah, yang pada gilirannya magnetizes area kecil dari media perekam. Membalik
arah arus berbalik arah magnetisasi pada media perekam. Mekanisme membaca
tradisional memanfaatkan fakta bahwa medan magnet yang bergerak relatif
terhadap kumparan menghasilkan arus listrik di koil. Ketika permukaan disk
lewat di bawah kepala, itu menghasilkan arus polaritas yang sama seperti yang
sudah direkam. Struktur kepala untuk membaca dalam hal ini pada dasarnya sama
dengan untuk menulis dan karena kepala yang sama dapat digunakan untuk
keduanya. kepala tunggal seperti yang digunakan dalam sistem floppy disk dan
disk sistem yang kaku tua. Kontemporer sistem disk kaku menggunakan mekanisme
membaca yang berbeda, membutuhkan kepala baca terpisah, diposisikan untuk
kenyamanan dekat dengan menulis kepala. Kepala baca terdiri dari sensor
sebagian terlindung magnetoresistive (MR). Bahan MR memiliki hambatan listrik
yang tergantung pada arah magnetisasi medium bergerak di bawah itu. Dengan
melewati arus melalui sensor MR, perubahan resistensi terdeteksi sebagai sinyal
tegangan. Desain MR memungkinkan operasi yang lebih tinggi-frekuensi, yang
setara dengan kepadatan penyimpanan yang lebih besar dan kecepatan operasi.
Organisasi Data dan Pemformatan kepala adalah perangkat yang relatif kecil mampu
membaca dari atau menulis ke sebagian dari piring berputar di bawahnya. Hal ini
menimbulkan organisasi data di piring dalam satu set konsentris cincin, disebut
track. Setiap lagu adalah lebar sama dengan kepala. Ada ribuan lagu per
permukaan.
Gambar 6.2 menggambarkan
tata letak data ini. trek yang berdekatan dipisahkan oleh celah. Hal ini untuk
mencegah, atau setidaknya meminimalkan, kesalahan karena misalignment dari
kepala atau hanya gangguan dari medan magnet. Data ditransfer ke dan dari disk
dalam sektor (Gambar 6.2). Ada biasanya ratusan sektor per track, dan ini
mungkin baik panjang tetap atau variabel. Dalam kebanyakan sistem kontemporer,
sektor panjang tetap digunakan, dengan 512 byte menjadi ukuran sektor hampir
universal. Untuk menghindari memaksakan persyaratan presisi tidak masuk akal
pada sistem, sektor yang berdekatan dipisahkan oleh intratrack (antarsektor)
kesenjangan. Sedikit dekat pusat disk yang berputar perjalanan melewati suatu
titik tetap (seperti bacaan tulis kepala) lebih lambat dari sedikit di luar.
Oleh karena itu, beberapa cara harus ditemukan untuk mengkompensasi variasi
dalam kecepatan sehingga kepala dapat membaca semua bit pada tingkat yang sama.
Hal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan jarak antara bit informasi disimpan
di segmen disk. Informasi tersebut kemudian dipindai pada tingkat yang sama
dengan memutar disk dengan kecepatan tetap, yang dikenal sebagai kecepatan
sudut konstan (CAV). Gambar 6.3a menunjukkan tata letak disk menggunakan CAV.
disk dibagi menjadi beberapa sektor pie berbentuk dan menjadi serangkaian trek
konsentris. Keuntungan menggunakan CAV adalah bahwa blok individual dari data
dapat langsung ditangani oleh track dan sektor. Untuk memindahkan kepala dari
lokasi saat ini ke alamat tertentu, hanya membutuhkan gerakan singkat dari
kepala ke trek tertentu dan menunggu sebentar untuk sektor yang tepat untuk
berputar di bawah kepala. Kerugian dari CAV adalah bahwa jumlah data yang dapat
disimpan pada trek luar panjang adalah satu-satunya yang sama seperti apa yang
dapat disimpan di atas rel dalam singkat.
Karena kepadatan, dalam
bit per inci linear, peningkatan bergerak dari track terluar ke trek terdalam,
kapasitas penyimpanan disk dalam sistem CAV langsung dibatasi oleh kepadatan
rekaman maksimum yang dapat dicapai di jalur terdalam. Untuk meningkatkan
densitas, modern sistem hard disk menggunakan teknik yang dikenal sebagai
beberapa rekaman zona, di mana permukaan dibagi menjadi beberapa zona
konsentris (16 khas). Dalam zona, jumlah bit per track adalah konstan. Zona
jauh dari pusat mengandung lebih bit (lebih banyak sektor) dari zona dekat ke
pusat. Hal ini memungkinkan untuk kapasitas penyimpanan secara keseluruhan
lebih besar dengan mengorbankan sirkuit agak lebih kompleks. Sebagai kepala
disk yang bergerak dari satu zona ke yang lain, panjang (sepanjang jalur) dari
perubahan bit individu, menyebabkan perubahan dalam waktu untuk membaca dan
menulis. Gambar 6.3b menunjukkan sifat beberapa rekaman zona; dalam ilustrasi
ini, setiap zona hanya lebar jalur tunggal. Beberapa sarana yang diperlukan
untuk mencari posisi sektor dalam trek. Jelas, harus ada beberapa titik awal di
jalur dan cara untuk mengidentifikasi awal dan akhir dari masing-masing sektor.
Persyaratan ini ditangani dengan cara data kontrol direkam pada disk. Dengan
demikian, disk diformat dengan beberapa data tambahan hanya digunakan oleh disk
drive dan tidak dapat diakses oleh pengguna. Contoh format disk yang
ditunjukkan pada Gambar 6.4. Dalam hal ini, setiap lagu berisi 30 sektor yang
tetap-panjang 600 bytes setiap. Masing-masing sektor memiliki 512 byte
Data ditambah kontrol
informasi yang berguna untuk disk controller. ID bidang adalah identifier unik
atau alamat yang digunakan untuk menemukan sektor tertentu. The Synch byte
adalah pola bit khusus yang delimits awal lapangan. Nomor track
mengidentifikasi trek pada permukaan. Jumlah kepala mengidentifikasi kepala,
karena disk memiliki beberapa permukaan (dijelaskan saat). ID dan data bidang
masing-masing berisi kode errordetecting.
Karakteristik fisik Tabel 6.1 daftar karakteristik utama yang
membedakan antara berbagai jenis disk magnetik. Pertama, kepala baik dapat
tetap atau bergerak sehubungan dengan arah radial dari piring. Dalam disk tetap
kepala, ada satu read-write kepala per track. Semua kepala yang dipasang pada
lengan kaku yang meluas di semua trek; Sistem seperti ini jarang terjadi hari
ini. Dalam disk bergerak-kepala, hanya ada satu read-write kepala. Sekali lagi,
kepala dipasang pada lengan. Karena kepala harus dapat diposisikan di atas trek
apapun, lengan dapat diperpanjang atau ditarik untuk tujuan ini. Disk itu
sendiri sudah terpasang dalam disk drive, yang terdiri dari lengan, poros yang
berputar disk, dan elektronik yang dibutuhkan untuk input dan output data
biner. Sebuah disk dapat dilepas secara permanen dipasang di disk drive; hard
disk di komputer pribadi adalah disk dapat dilepas. Sebuah removable disk dapat
dihapus dan diganti dengan disk lain. Keuntungan dari tipe yang terakhir adalah
bahwa jumlah yang tidak terbatas dari data yang tersedia dengan jumlah terbatas
sistem disk. Selanjutnya, disk seperti itu dapat dipindahkan dari satu sistem
komputer ke komputer lain. disket dan cartridge ZIP disk adalah contoh dari
removable disk. Bagi kebanyakan disk, lapisan magnetizable diterapkan untuk
kedua sisi piring, yang kemudian disebut sebagai dua sisi. Beberapa sistem disk
lebih murah menggunakan disk single-sided. Beberapa disk drive mengakomodasi
beberapa piring ditumpuk vertikal sebagian kecil dari satu inci terpisah.
Beberapa senjata yang disediakan (Gambar 6.5). Multiple-platter disk
mempekerjakan kepala bergerak, dengan satu read-write kepala per permukaan
piring. Semua kepala secara mekanis tetap sehingga semua berada pada jarak yang
sama dari pusat disk dan bergerak bersama. Dengan demikian, setiap saat, semua
kepala diposisikan lebihtrack yang dari jarak yang sama dari pusat disk.
Himpunan semua trek dalam posisi relatif sama di piring disebut sebagai
silinder. Misalnya, semua trek berbayang pada Gambar 6.6 adalah bagian dari satu
silinder. Akhirnya, mekanisme kepala menyediakan klasifikasi disk menjadi tiga
jenis. Secara tradisional, membaca-menulis kepala telah diposisikan jarak yang
tetap di atas piring, memungkinkan celah udara. Pada ekstrem yang lain adalah
mekanisme kepala yang benar-benar datang ke dalam kontak fisik dengan media
selama membaca atau menulis operasi. Mekanisme ini digunakan dengan floppy
disk, yang merupakan, piring fleksibel kecil dan jenis paling mahal dari disk.
Untuk memahami jenis
ketiga disk, kita perlu mengomentari hubungan antara kepadatan data dan ukuran
celah udara. kepala harus menghasilkan atau merasakan medan elektromagnetik
besarnya cukup untuk menulis dan membaca dengan benar. Sempit kepala adalah,
semakin dekat itu harus ke permukaan piring berfungsi. Seorang kepala sempit
berarti trek sempit dan kerapatan data karena lebih besar, yang diinginkan.
Namun, semakin dekat kepala adalah ke disk, semakin besar risiko kesalahan dari
kotoran atau ketidaksempurnaan. Untuk mendorong teknologi lebih lanjut,
Winchester disk yang dikembangkan. kepala Winchester digunakan dalam majelis
berkendara disegel yang hampir bebas dari kontaminan. Mereka dirancang untuk
beroperasi lebih dekat ke permukaan disk dari kepala disk kaku konvensional,
sehingga memungkinkan kepadatan data yang lebih besar. kepala sebenarnya
merupakan foil aerodinamis yang bertumpu ringan di permukaan platter ketika
disk bergerak. Tekanan udara yang dihasilkan oleh piringan berputar sudah cukup
untuk membuat kenaikan foil di atas permukaan. dihasilkan sistem noncontact
dapat direkayasa untuk menggunakan kepala sempit yang beroperasi lebih dekat ke
permukaan piring daripada kepala disk kaku konvensional. Tabel 6.2 memberikan
parameter disk untuk disk kinerja tinggi khas kontemporer.
Disk Kinerja Parameter Rincian sebenarnya disk I / O operasi tergantung
pada sistem komputer, sistem operasi, dan sifat dari I / O channel dan disk
controller hardware. Sebuah diagram waktu umum disk I / O transfer ditunjukkan
pada Gambar 6.7. Ketika disk drive operasi, disk berputar pada kecepatan
konstan. Untuk membaca atau menulis, kepala harus diposisikan pada trek yang
dikehendaki dan pada awal sektor diinginkan di jalur itu. Temukan trek
melibatkan menggerakkan kepala disistem bergerak-kepala atau elektronik memilih
satu kepala pada sistem fixed-kepala. Pada sistem bergerak-head, waktu yang
dibutuhkan untuk posisi kepala di trek dikenal sebagai seek time. Dalam kedua
kasus, setelah lagu tersebut dipilih, disk controller menunggu sampai sektor
yang sesuai berputar untuk berbaris dengan kepala. Waktu yang diperlukan untuk
awal sektor ini mencapai kepala dikenal sebagai delay rotasi, atau latency
rotasi. Jumlah dari mencari waktu, jika ada, dan penundaan rotasi sama dengan
waktu akses, yang merupakan waktu yang dibutuhkan untuk masuk ke posisi untuk
membaca atau menulis. Setelah kepala berada dalam posisi, membaca atau menulis
operasi ini kemudian dilakukan sebagai sektor bergerak di bawah kepala; ini
adalah bagian transfer data dari operasi; waktu yang dibutuhkan untuk transfer
adalah waktu transfer. Selain waktu akses dan waktu transfer, ada beberapa
antrian penundaan biasanya terkait dengan / O operasi disk I. Ketika proses
mengeluarkan permintaan I / O, pertama kali harus menunggu dalam antrian untuk
perangkat yang tersedia. Pada saat itu, perangkat ditugaskan untuk proses. Jika
saham perangkat I / O channel tunggal atau satu set I / O channel dengan disk
drive lain, maka mungkin ada menunggu tambahan untuk saluran yang tersedia.
Pada titik itu, mencari dilakukan untuk memulai akses disk.
Dalam beberapa sistem
high-end untuk server, teknik yang dikenal sebagai rotasi penginderaan posisi
(RPS) yang digunakan. Ini bekerja sebagai berikut: Ketika mencari perintah
telah dikeluarkan, saluran dilepaskan untuk menangani operasi I / O lainnya.
Ketika mencari selesai, perangkat menentukan kapan data akan berputar di bawah
kepala. Sebagai sektor yang mendekati kepala, perangkat mencoba untuk membangun
kembali jalur komunikasi kembali ke tuan rumah. Jika salah unit kontrol atau saluran
sibuk dengan I lain / O, maka upaya penyambungan kembali gagal dan perangkat
harus memutar satu revolusi seluruh sebelum dapat mencoba untuk menyambung
kembali, yang disebut RPS miss. Ini merupakan elemen penundaan tambahan yang
harus ditambahkan ke timeline Gambar 6.7.
MENCARI WAKTU Carilah waktu adalah waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan lengan disk
untuk trek yang diperlukan. Ternyata ini adalah jumlah yang sulit untuk
dijabarkan. Mencari waktu terdiri dari dua komponen kunci: waktu startup awal,
dan waktu yang dibutuhkan untuk melintasi trek yang harus menyeberang setelah
lengan akses sampai dengan kecepatan. Sayangnya, waktu traversal bukan fungsi
linear dari jumlah trek, tetapi mencakup waktu penyelesaian (waktu setelah
posisi kepala di atas trek sasaran sampai identifikasi lagu dikonfirmasi).
Banyak perbaikan berasal dari komponen disk lebih kecil dan lebih ringan.
Beberapa tahun yang lalu, disk khas adalah 14 inci (36 cm) dengan diameter,
sedangkan ukuran yang paling umum saat ini adalah 3,5 inci (8,9 cm), mengurangi
jarak yang lengan telah melakukan perjalanan. Sebuah rata-rata khas mencari
waktu pada hard disk kontemporer adalah di bawah 10 ms.
Disk DELAY rotasi, selain
disket, berputar pada kecepatan mulai dari 3600 rpm (untuk perangkat genggam
seperti kamera digital) hingga, sampai tulisan ini, 20.000 rpm; pada kecepatan
yang terakhir ini, ada satu revolusi per 3 ms. Dengan demikian, rata-rata,
penundaan rotasi akan 1,5 ms. TRANSFER WAKTU Transfer waktu ke atau dari disk
tergantung pada kecepatan rotasi disk dengan cara berikut:
= T
b rn
di mana waktu T = perpindahan b = jumlah byte yang akan ditransfer N = jumlah
byte pada kecepatan track r = rotasi, di putaran per detik demikian total waktu
akses rata-rata dapat dinyatakan sebagai
Ta = Ts +
1 2r +
b rn mana Ts adalah rata-rata mencari waktu. Perhatikan bahwa pada drive
dikategorikan, jumlah byte per track adalah variabel, rumit calculation.1 yang
PERBANDINGAN WAKTU Dengan parameter tersebut di atas yang
ditetapkan, mari kita lihat dua operasi I / O yang berbeda yang menggambarkan
bahaya mengandalkan nilai rata-rata. Pertimbangkan disk dengan rata-rata
diiklankan mencari waktu 4 ms, kecepatan putaran 15.000 rpm, dan sektor
512-byte dengan 500 sektor per track. Misalkan kita ingin membaca file yang
terdiri dari 2500 sektor untuk total 1,28 Mbytes. Kami ingin memperkirakan
total waktu untuk transfer. Pertama, mari kita asumsikan bahwa file tersebut
disimpan sebagai kompak mungkin pada disk. Artinya, file menempati semua sektor
pada 5 lagu yang berdekatan (5 lagu * 500 sektor / track = 2500 sektor). Hal
ini dikenal sebagai organisasi berurutan. Sekarang, waktu untuk membaca lagu
pertama adalah sebagai berikut: rata-rata mencari 4 ms rata delay rotasi 2 ms
Baca 500 sektor 4 ms 10 ms Misalkan bahwa track tersisa sekarang dapat dibaca
dengan dasarnya tidak ada mencari waktu. Artinya, operasi I / O dapat bersaing
dengan aliran dari disk. Kemudian, paling, kita perlu berurusan dengan delay
rotasi untuk setiap lagu berikutnya. Dengan demikian setiap lagu berturut-turut
dibaca di 2 + 4 = 6 ms. Untuk membaca seluruh file, Total waktu = 10 + (4 * 6)
= 34 ms = 0,034 detik
Sekarang mari kita
menghitung waktu yang dibutuhkan untuk membaca data yang sama menggunakan akses
random daripada akses berurutan; yaitu, akses ke sektor didistribusikan secara
acak selama disk. Untuk masing-masing sektor, kita memiliki
Rata-rata mencari 4 ms delay rotasi 2 ms Baca 1 sektor 0,008 ms 6,008 ms Total
waktu = 2500 * 6,008 = 15.020 ms = 15,02 detik
Hal ini jelas bahwa urutan sektor dibaca dari disk memiliki efek yang luar
biasa pada kinerja I / O. Dalam kasus akses file di mana beberapa sektor yang
dibaca atau ditulis, kita memiliki kontrol atas cara di mana sektor data
dikerahkan. Namun, bahkan dalam kasus akses file, di lingkungan
multiprogramming, akan ada I / O permintaan bersaing untuk disk yang sama.
Dengan demikian, akan lebih bermanfaat untuk memeriksa cara di mana kinerja
disk I / O dapat ditingkatkan lebih dari itu dicapai dengan akses murni acak ke
disk. Hal ini menyebabkan pertimbangan algoritma penjadwalan disk, yang
merupakan provinsi dari sistem operasi dan di luar ruang lingkup buku ini
(lihat [STAL12] untuk diskusi).
RAID
Seperti dibahas sebelumnya,
tingkat perbaikan kinerja penyimpanan sekunder telah jauh kurang dari tingkat
untuk prosesor dan memori utama. mismatch ini telah membuat sistem penyimpanan
disk mungkin fokus utama perhatian dalam meningkatkan kinerja sistem komputer
secara keseluruhan. Seperti di daerah lain kinerja komputer, desainer
penyimpanan disk mengakui bahwa jika salah satu komponen hanya dapat didorong
sejauh ini, keuntungan tambahan dalam kinerja yang bisa didapat dengan
menggunakan beberapa komponen paralel. Dalam kasus penyimpanan disk, ini
mengarah pada pengembangan array disk yang beroperasi secara independen dan
secara paralel. Dengan beberapa disk, permintaan I / O yang terpisah dapat
ditangani secara paralel, selama data yang dibutuhkan berada pada disk terpisah.
Selanjutnya, a / O permintaan saya tunggal dapat dieksekusi secara paralel jika
blok data yang akan diakses didistribusikan di beberapa disk. Dengan
menggunakan beberapa disk, ada berbagai macam cara di mana data dapat diatur
dan di mana redundansi dapat ditambahkan untuk meningkatkan keandalan. Ini bisa
membuat sulit untuk mengembangkan skema basis data yang digunakan pada sejumlah
platform dan sistem operasi. Untungnya, industri telah menyepakati skema
standar untuk desain database multi-disk, yang dikenal sebagaiRAID (Redundant
Array of Independent Disk). Skema RAID terdiri dari tujuh tingkat, 2 nol sampai
enam. Tingkat ini tidak menyiratkan hubungan hirarkis tetapi menunjuk
arsitektur desain yang berbeda yang berbagi tiga karakteristik umum: 1. RAID adalah
sekumpulan disk drive fisik dilihat oleh sistem operasi sebagai drive logis
tunggal. 2. Data didistribusikan di seluruh drive fisik array dalam skema
dikenal sebagai striping, dijelaskan kemudian. 3. kapasitas disk Redundant
digunakan untuk menyimpan informasi paritas, yang menjamin data yang pemulihan
dalam kasus kegagalan disk. Rincian dari karakteristik kedua dan ketiga berbeda
untuk tingkat RAID yang berbeda. RAID 0 dan RAID 1 tidak mendukung
karakteristik ketiga. Istilah RAID awalnya diciptakan pada kertas oleh
sekelompok peneliti di University of California di Berkeley [PATT88] 0,3 Kertas
diuraikan berbagai konfigurasi RAID dan aplikasi dan memperkenalkan definisi
dari tingkat RAID yang masih digunakan. Strategi RAID mempekerjakan beberapa
disk drive dan mendistribusikan data sedemikian rupa untuk memungkinkan akses
simultan data dari beberapa drive, dengan demikian meningkatkan I O kinerja /
dan memungkinkan peningkatan lebih mudah inkremental dalam kapasitas.
Kontribusi yang unik dari proposal RAID adalah untuk mengatasi secara efektif
kebutuhan untuk redundansi. Meskipun memungkinkan beberapa kepala dan aktuator
untuk beroperasi secara bersamaan mencapai lebih tinggi tingkat I / O dan
transfer, penggunaan beberapa perangkat meningkatkan kemungkinan kegagalan.
Untuk mengkompensasi hal ini menurun kehandalan, RAID membuat penggunaan
informasi paritas tersimpan yang memungkinkan pemulihan data yang hilang karena
kegagalan disk. Kami sekarang memeriksa masing-masing tingkat RAID. Tabel 6.3
memberikan panduan kasar untuk tujuh tingkat. Di meja, I / O kinerja
ditunjukkan baik dari segi kapasitas transfer data, atau kemampuan untuk
memindahkan data, dan I / O tingkat permintaan, atau kemampuan untuk memenuhi
permintaan I / O, karena tingkat RAID ini inheren melakukan berbeda
dibandingkan dengan ini dua metrik. titik kuat setiap tingkat RAID ini disorot
oleh shading gelap. Gambar 6.8 mengilustrasikan penggunaan tujuh skema RAID
untuk mendukung kapasitas data yang memerlukan empat disk tanpa redundansi. Angka-angka
menyoroti tata letak data pengguna dan data berlebihan dan menunjukkan
persyaratan penyimpanan relatif dari berbagai tingkatan. Kami mengacu pada
angka-angka ini seluruh pembahasan berikut.
RAID Level 0 RAID level 0 bukan anggota benar dari keluarga RAID karena tidak termasuk
redundansi untuk meningkatkan kinerja. Namun, ada beberapa aplikasi, seperti
beberapa di superkomputer di mana kinerja dan kapasitas keprihatinan utama dan
biaya rendah lebih penting daripada meningkatkan keandalan. Untuk RAID 0,
pengguna dan data sistem didistribusikan di semua disk dalam array. Ini
memiliki keunggulan penting atas penggunaan disk tunggal yang besar: Jika dua
permintaan I / O -different yang tertunda untuk dua blok data yang berbeda,
maka ada kesempatan baik bahwa blok yang diminta pada disk yang berbeda. Dengan
demikian, dua permintaan dapat dikeluarkan secara paralel, mengurangi I / O
waktu antrian. Tapi RAID 0, karena dengan semua tingkatan RAID, berjalan lebih
jauh dari sekadar mendistribusikan data di sebuah array disk: Data
bergaris-garis di disk yang tersedia. Hal ini paling baik dipahami dengan
mempertimbangkan Gambar 6.9. Semua pengguna dan sistem data dipandang sebagai
yang disimpan pada disk logis. Disk logis dibagi menjadi strip; strip ini
mungkin blok fisik, sektor, atau beberapa satuan lainnya. Strip dipetakan round
robin untuk disk fisik berturut-turut dalam array RAID. Satu set strip logis
berturut-turut yang memetakan persis satu strip ke setiap anggota array disebut
sebagai garis a. Dalam sebuah array n-disk, strip pertama n logis secara fisik
disimpan sebagai strip pertama di masing-masing n disk, membentuk garis
pertama; n strip kedua didistribusikan sebagaistrip kedua pada setiap disk; dan
seterusnya. Keuntungan dari tata letak ini adalah bahwa jika permintaan I / O
tunggal terdiri dari beberapa strip logis berdekatan, maka sampai dengan n
strip untuk permintaan yang dapat ditangani secara paralel, sangat mengurangi I
/ O waktu transfer. Gambar 6.9 menunjukkan penggunaan perangkat lunak manajemen
array untuk memetakan antara l ogical dan ruang disk fisik. Perangkat lunak ini
dapat melakukan baik dalam subsistem disk atau di komputer host.
RAID 0 UNTUK TINGGI TRANSFER DATA KAPASITAS Kinerja dari setiap tingkat RAID sangat
bergantung pada pola permintaan sistem host dan pada tata letak data. masalah
ini dapat paling jelas dibahas dalam RAID 0, di mana dampak redundansi tidak
mengganggu analisis. Pertama, mari kita mempertimbangkan penggunaan RAID 0
untuk mencapai kecepatan transfer data yang tinggi. Untuk aplikasi mengalami
transfer rate yang tinggi, dua persyaratan yang harus dipenuhi. Pertama,
kapasitas transfer yang tinggi harus ada di sepanjang jalur antara memori utama
dan disk drive individu. Ini termasuk bus internal controller, sistem host I /
O bus, I / O adapter, dan memori tuan bus. Persyaratan kedua adalah bahwa
aplikasi harus membuat permintaan I / O yang mendorong array disk efisien.
persyaratan ini terpenuhi jika permintaan khas adalah untuk data dalam jumlah
besar secara logis berdekatan, dibandingkan dengan ukuran strip. Dalam hal ini,
permintaan I / O tunggal melibatkan transfer paralel data dari beberapa disk,
meningkatkan kecepatan transfer efektif dibandingkan dengan transfer tunggal
disk.
RAID 0 UNTUK TINGGI I / O REQUEST RATE Dalam lingkungan berorientasi transaksi, pengguna
biasanya lebih peduli dengan waktu respon daripada dengan transfer rate. Untuk
permintaan I / O individu untuk sejumlah kecil data, waktu I / O didominasi
oleh gerakan kepala disk (mencari waktu) dan pergerakan disk (latency rotasi).
Dalam lingkungan transaksi, mungkin ada ratusan I / O permintaan per detik.
Sebuah array disk dapat memberikan tinggi I / O tarif eksekusi dengan
menyeimbangkan I / O beban di beberapa disk. load balancing yang efektif hanya
akan tercapai jika ada biasanyabeberapa permintaan I / O yang luar biasa. Hal
ini, pada gilirannya, menyiratkan bahwa ada beberapa aplikasi independen atau
aplikasi berorientasi transaksi tunggal yang mampu beberapa permintaan I / O
asynchronous. Kinerja juga akan dipengaruhi oleh ukuran jalur. Jika ukuran
strip relatif besar, sehingga permintaan I / O tunggal hanya melibatkan akses
disk tunggal, maka beberapa menunggu I / O permintaan dapat ditangani secara
paralel, mengurangi waktu antrian untuk setiap permintaan.
RAID Level 1 RAID 1 berbeda dari tingkat RAID 2 sampai 6 dalam cara di mana redundansi
dicapai. Dalam skema RAID lainnya, beberapa bentuk perhitungan paritas
digunakan untuk memperkenalkan redundansi, sedangkan di RAID 1, redundansi
dicapai dengan cara sederhana, yaitu duplikasi semua data. Seperti Gambar 6.8b
menunjukkan, data striping digunakan, seperti pada RAID 0. Tapi dalam kasus
ini, setiap strip logis dipetakan ke dua disk fisik yang terpisah sehingga
setiap disk dalam array memiliki disk cermin yang berisi data yang sama. RAID 1
dapat juga dilaksanakan tanpa striping data, meskipun ini adalah kurang umum.
Ada sejumlah aspek positif untuk organisasi RAID 1: 1. membaca permintaan dapat
dilayani oleh salah satu dari dua disk yang berisi data yang diminta, mana yang
melibatkan minimal mencari waktu ditambah latency rotasi. 2. Permintaan menulis
membutuhkan baik sesuai strip diperbarui, tetapi hal ini dapat dilakukan secara
paralel. Dengan demikian, kinerja write ditentukan oleh lebih lambat dari dua menulis
(misalnya, salah satu yang melibatkan lebih besar mencari waktu ditambah
latency rotasi). Namun, tidak ada "tulis hukuman" dengan RAID 1. RAID
level 2 sampai 6 melibatkan penggunaan bit paritas. Oleh karena itu, ketika
satu strip diperbarui, perangkat lunak manajemen array harus pertama menghitung
dan memperbarui paritas bit serta memperbarui strip yang sebenarnya dalam
pertanyaan. 3. Pemulihan dari kegagalan sederhana. Ketika drive gagal, data
masih dapat diakses dari drive kedua. Kerugian utama dari RAID 1 adalah biaya;
membutuhkan dua kali ruang disk dari disk logis yang mendukung. Karena itu,
konfigurasi RAID 1 mungkin akan terbatas pada drive yang menyimpan perangkat
lunak sistem dan data dan file yang sangat penting lainnya. Dalam kasus ini, RAID
1 memberikan copy real-time dari semua data sehingga dalam hal kegagalan disk,
semua data penting masih segera tersedia. Dalam lingkungan berorientasi
transaksi, RAID 1 dapat mencapai I / O tarif permintaan tinggi jika sebagian
besar permintaan yang berbunyi. Dalam situasi ini, kinerja RAID 1 bisa
mendekati ganda yang RAID 0. Namun, jika sebagian besar dari / permintaan I O
adalah permintaan menulis, maka mungkin tidak ada keuntungan kinerja yang
signifikan atas RAID 0 RAID 1 mungkin juga memberikan peningkatan kinerja lebih
RAID 0 untuk aplikasi intensif transfer data dengan persentase yang tinggi dari
membaca. Peningkatan terjadi jika aplikasi dapat membagi setiap permintaan
membaca sehingga kedua anggota disk yang berpartisipasi.
RAID Level 2 tingkat RAID 2 dan 3 make penggunaan teknik akses paralel. Dalam array
akses paralel, semua disk anggota berpartisipasi dalam pelaksanaan setiap / O
permintaan saya. Biasanya, spindle drive individu disinkronkan sehingga setiap
kepala disk di posisi yang sama pada setiap disk pada waktu tertentu.Seperti
dalam skema RAID lainnya, data striping digunakan. Dalam kasus RAID 2 dan 3,
strip sangat kecil, sering sekecil satu byte atau kata. Dengan RAID 2, kode
error-correcting dihitung di seluruh bit yang sesuai pada setiap disk data, dan
bit kode disimpan dalam posisi bit yang sesuai pada beberapa disk paritas.
Biasanya, kode Hamming digunakan, yang mampu memperbaiki kesalahan single-bit
dan mendeteksi kesalahan double-bit. Meskipun RAID 2 membutuhkan disk kurang
dari RAID 1, itu masih agak mahal. Jumlah disk berlebihan sebanding dengan log
dari jumlah disk data. Pada membaca tunggal, semua disk secara bersamaan
diakses. Data yang diminta dan kode error-correcting terkait dikirim ke
controller array yang. Jika ada satu kesalahan-bit, controller dapat mengenali
dan memperbaiki kesalahan langsung, sehingga waktu akses baca tidak melambat.
Pada tunggal menulis, semua disk data dan paritas disk harus diakses untuk
operasi menulis. RAID 2 hanya akan menjadi pilihan yang efektif dalam
lingkungan di mana banyak kesalahan disk terjadi. Mengingat keandalan yang
tinggi dari disk individu dan disk drive, RAID 2 adalah berlebihan dan tidak
diimplementasikan.
RAID Level 3 RAID 3 diorganisasikan dengan cara yang sama dengan RAID 2. Perbedaannya
adalah bahwa RAID 3 hanya membutuhkan berlebihan disk tunggal, tidak peduli
seberapa besar array disk. RAID 3 mempekerjakan akses paralel, dengan data
didistribusikan dalam bentuk strip kecil. Alih-alih kode errorcorrecting, bit
paritas sederhana dihitung untuk set bit individu dalam posisi yang sama pada
semua disk data.
Redundansi Dalam hal kegagalan drive, drive paritas diakses dan data
direkonstruksi dari perangkat yang tersisa. Setelah gagal drive diganti, data
yang hilang dapat dikembalikan pada drive baru dan operasi dilanjutkan.
rekonstruksi data sederhana. Pertimbangkan array lima drive di mana X0 melalui
X3 berisi data dan X4 adalah paritas disk. Paritas untuk bit i dihitung sebagai
berikut: X4 (i) = X3 (i) {X2 (i) {X1 (i) {X0 (i) di mana {eksklusif-OR fungsi.
Misalkan bahwa drive X1 telah gagal. Jika kita menambahkan X4 (i) {X1 (i) ke
kedua sisi persamaan sebelumnya, kita mendapatkan X1 (i) = X4 (i) {X3 (i) {X2
(i) {X0 (i) Dengan demikian, isi dari setiap strip dari data X1 dapat
diregenerasi dari isi yang sesuai strip pada disk yang tersisa dalam array.
Prinsip ini berlaku untuk tingkat RAID 3 sampai 6. Dalam hal kegagalan disk,
semua data masih tersedia dalam apa yang disebut sebagai moda. Dalam mode ini,
untuk membaca, data hilang diregenerasi dengan cepat menggunakan eksklusif-OR
perhitungan. Ketika data ditulis ke dikurangi RAID 3 array, konsistensi paritas
harus dipertahankan untuk regenerasi nanti. Kembali ke operasi penuh
mensyaratkan bahwa disk gagal diganti dan seluruh isi disk yang gagal dibuat
ulang pada disk baru.
KINERJA Karena data yang bergaris di strip sangat kecil, RAID 3 dapat mencapai
kecepatan transfer data yang sangat tinggi. Setiap permintaan I / O akan
melibatkan transfer paralel data dari semua disk data. Untuk transfer besar,
peningkatan kinerja ini terutama terlihat. Di sisi lain, hanya permintaan satu
I / O dapat dijalankan pada satu waktu. Dengan demikian, dalam lingkungan
berorientasi transaksi, kinerja menderita.
RAID Level 4 level RAID 4 sampai 6 make penggunaan teknik akses yang independen. Dalam
array akses independen, setiap disk anggota beroperasi secara independen,
sehingga permintaan I / O yang terpisah dapat dipenuhi secara paralel. Karena
itu, array akses independen yang lebih cocok untuk aplikasi yang membutuhkan
tinggi I / O tarif permintaan dan relatif kurang cocok untuk aplikasi yang
membutuhkan kecepatan transfer data yang tinggi. Seperti dalam skema RAID
lainnya, data striping digunakan. Dalam kasus RAID 4 sampai 6, strip relatif
besar. Dengan RAID 4, sedikit-demi-sedikit paritas strip dihitung di seluruh
sesuai strip pada setiap disk data, dan bit paritas disimpan dalam strip yang
sesuai pada disk paritas. RAID 4 melibatkan hukuman menulis ketika permintaan
menulis I / O dari ukuran kecil dilakukan. Setiap kali menulis terjadi,
perangkat lunak manajemen array harus memperbarui tidak hanya data pengguna
tetapi juga paritas bit yang sesuai. Pertimbangkan array lima drive di mana X0
melalui X3 berisi data dan X4 adalah paritas disk. Misalkan write dilakukan hanya
melibatkan strip pada disk X1. Awalnya, untuk setiap bit i, kita memiliki
hubungan berikut: X4 (i) = X3 (i) {X2 (i) {X1 (i) {X0 (i) (6.1) Setelah update,
dengan bit berpotensi diubah ditunjukkan oleh simbol utama: X 4 = (i) = X3 (i)
{X2 (i) {X1 = (i) X0 (i) = X3 (i) {X2 (i) {X1 = (i) {X0 (i ) {X1 (i) {X1 (i) =
X3 (i) {X2 (i) {X1 (i) {X0 (i) {X1 (i) {X1 (i) = X4 (i) {X1 (i ) {X1 = (i)
himpunan sebelumnya persamaan diturunkan sebagai berikut. Baris pertama
menunjukkan bahwa perubahan X1 juga akan mempengaruhi X4 paritas disk. Pada
baris kedua, kita menambahkan istilah {X1 (i) {X1 (i)]. Karena eksklusif-OR
dari setiap kuantitas dengan dirinya sendiri adalah 0, ini tidak mempengaruhi
persamaan. Namun, itu adalah kenyamanan yang digunakan untuk membuat baris
ketiga, dengan penataan kembali. Akhirnya, Persamaan (6.1) digunakan untuk
menggantikan empat istilah pertama dengan X4 (i). Untuk menghitung paritas
baru, perangkat lunak manajemen array harus membaca strip pengguna lama dan
strip paritas tua. Maka dapat memperbarui dua strip ini dengan data baru dan
paritas baru dihitung. Dengan demikian, setiap menulis jalur melibatkan dua
membaca dan dua menulis. Dalam kasus ukuran yang lebih besar I / O write yang
melibatkan strip pada semua disk drive, paritas dengan mudah dihitung dengan
perhitungan hanya menggunakan bit data baru. Dengan demikian, paritas drive
dapat diperbarui secara paralel dengan drive data dan tidak ada tambahan
membaca atau menulis. Dalam kasus apapun, setiap menulis operasi harus
melibatkan disk paritas, yang karenanya dapat menjadi hambatan.
RAID Level 5 RAID 5 diatur dengan cara yang sama dengan RAID 4. Perbedaannya adalah
bahwa RAID 5 mendistribusikan strip paritas di semua disk. Alokasi khas adalah
skema round-robin, seperti digambarkan pada Gambar 6.8f. Untuk array n-disk,
strip paritas pada disk yang berbeda untuk n garis-garis pertama, dan pola
kemudian mengulangi. Distribusi paritas strip di semua drive menghindari
potensi I / O-leher botol yang ditemukan di RAID 4.
RAID 6 Tingkat RAID 6 diperkenalkan
dalam makalah berikutnya oleh para peneliti Berkeley [KATZ89]. Dalam skema RAID
6, dua perhitungan paritas yang berbeda dilakukan dan disimpan di blok terpisah
pada disk yang berbeda. Dengan demikian, array RAID 6 yang data pengguna membutuhkan
N disk terdiri dari N + 2 disk. Gambar 6.8g menggambarkan skema. P dan Q adalah
dua algoritma cek data yang berbeda. Salah satu dari dua adalah eksklusif-OR
perhitungan yang digunakan dalam RAID 4 dan 5. Tapi yang lain adalah algoritma
cek data independen. Hal ini memungkinkan untuk menumbuhkan data bahkan jika
dua disk berisi data pengguna gagal. Keuntungan dari RAID 6 adalah bahwa ia
menyediakan ketersediaan data yang sangat tinggi. Tiga disk harus gagal dalam
MTTR (berarti waktu untuk memperbaiki) Interval menyebabkan data yang akan
hilang. Di sisi lain, RAID 6 menimbulkan hukuman menulis besar, karena setiap
menulis mempengaruhi dua blok paritas. tolok ukur kinerja [EISC07] menunjukkan
RAID 6 controller dapat menderita lebih dari penurunan 30% dalam kinerja
menulis keseluruhan dibandingkan dengan implementasi RAID 5. RAID 5 dan RAID 6
kinerja membaca sebanding.
SOLID STATE DRIVER alah satu perkembangan yang paling signifikan
dalam arsitektur komputer dalam beberapa tahun terakhir adalah meningkatnya
penggunaan solid state drive (SSD) untuk melengkapi atau bahkan menggantikan
hard disk drive (HDD), baik sebagai memori sekunder internal dan eksternal.
Keadaan padat merujuk pada sirkuit elektronik dibangun dengan semikonduktor.
Sebuah solid state drive adalah perangkat memori dibuat dengan komponen solid
state yang dapat digunakan sebagai pengganti untuk hard disk drive. SSD
sekarang di pasar dan datang on linemenggunakan jenis memori semikonduktor
disebut sebagai memori flash. Pada bagian ini, pertama kita memberikan
pengantar ke memori flash, dan kemudian melihat penggunaannya dalam SSD.
Flash Memory Flash adalah jenis
memori semikonduktor yang telah ada selama beberapa tahun dan digunakan dalam
banyak produk elektronik konsumen, termasuk ponsel pintar, perangkat GPS, MP3
player, kamera digital, dan perangkat USB. Dalam beberapa tahun terakhir, biaya
dan kinerja memori flash telah berkembang ke titik di mana itu adalah layak
untuk menggunakan memori flash drive untuk menggantikan HDD. Gambar 6.10 mengilustrasikan
operasi dasar dari memori flash. Sebagai perbandingan, Gambar 6.10a
menggambarkan operasi transistor. Transistor mengeksploitasi sifat
semikonduktor sehingga tegangan kecil diterapkan ke pintu gerbang dapat
digunakan untuk mengontrol aliran arus yang besar antara sumber dan sia-sia.
Dalam sel memori flash, kedua gerbang-disebut gerbang mengambang, karena
terisolasi oleh oksida tipis lapisan-ditambahkan ke transistor. Awalnya,
gerbang mengambang tidak mengganggu operasi dari transistor (Gambar 6.10b).
Dalam keadaan ini, sel dianggap mewakili biner 1. Menerapkan tegangan besar di
lapisan oksida menyebabkan elektron untuk terowongan melalui itu dan menjadi
terjebak di gerbang mengambang, di mana mereka tetap bahkan jika daya terputus
(Gambar 6.10c). Dalam keadaan ini, sel dianggap mewakili biner 0. Keadaan sel
dapat dibaca dengan menggunakan sirkuit eksternal untuk menguji apakah
transistor bekerja atau tidak. Menerapkan tegangan besar dalam arah yang
berlawanan menghilangkan elektron dari gerbang mengambang, kembali ke keadaan
biner 0. Ada dua jenis khas dari memori flash, ditunjuk sebagai NOR dan NAND.
Dalam memori flash NOR, unit dasar dari akses sedikit, dan organisasi logis
menyerupai NOR logika device.4 Untuk memori NAND flash, unit dasar adalah 16
atau 32 bit, dan organisasi logis menyerupai perangkat NAND. NOR flash memory
menyediakan akses random kecepatan tinggi. Hal ini dapat membaca dan menulis
data ke lokasi tertentu, dan dapat referensi dan mengambil satu byte. MAUPUN
flash memory digunakan untuk telepon toko seluler kode sistem operasi dan pada
komputer Windows untuk program BIOS yang berjalan pada startup. NAND membaca
dan menulis di blok kecil. Hal ini digunakan dalam USB flash drive, kartu
memori (di kamera digital, MP3 player, dll), dan di SSD. NAND memberikan
kepadatan sedikit lebih tinggi dari NOR dan kecepatan tulis yang lebih besar.
Flash NAND tidak menyediakan akses-acak eksternal bus alamat sehingga data
harus dibaca secara blockwise (juga dikenal sebagai akses halaman), di mana setiap
blok memegang ratusan hingga ribuan bit.
SSD Dibandingkan dengan HDD Sebagai biaya SSD berbasis flash telah menurun
dan kinerja dan kepadatan bit meningkat, SSD telah menjadi semakin kompetitif
dengan HDD. Tabel 6.5 menunjukkan langkah-langkah yang khas dari perbandingan
pada saat tulisan ini. SSD memiliki keuntungan atas HDD: • Kinerja tinggi
operasi input / output per detik (IOPS): Secara signifikan meningkatkan kinerja
I / O subsistem. • Daya tahan: Kurang rentan terhadap guncangan fisik dan getaran.
• umur panjang: SSD tidak rentan terhadap keausan mekanis. • konsumsi daya
rendah: SSD menggunakan sesedikit 2,1 watt per drive, jauh lebih sedikit
daripada HDD sebanding ukuran. • kemampuan berjalan lebih tenang dan dingin:
ruang Kurang lantai diperlukan, biaya energi yang lebih rendah, dan perusahaan
hijau. • Akses rendah kali dan tarif latency: Lebih dari 10 kali lebih cepat
dari disk berputar dalam HDD. Saat ini, HDD menikmati biaya per keuntungan
sedikit dan keuntungan kapasitas, namun perbedaan ini menyusut.
SSD Organisasi Gambar 6.11
menggambarkan pandangan umum dari komponen sistem arsitektur umum yang terkait
dengan sistem SDD. Pada sistem host, untuk sistem operasi memanggil perangkat
lunak sistem file untuk mengakses data pada disk. Sistem file, pada gilirannya,
memanggil I / O software driver. I / O lunak driver menyediakan akses host
untuk produk SSD tertentu. Komponen antarmuka pada Gambar 6.11 mengacu pada
antarmuka fisik dan listrik antara prosesor host dan perangkat periferal SSD.
Jika perangkat inihard drive internal, antarmuka umum adalah PCIe. Untuk
perangkat eksternal, satu antarmuka umum adalah USB. Selain antarmuka ke sistem
host, SSD mengandung komponen-komponen berikut: • Controller: Menyediakan SSD
tingkat perangkat interfacing dan eksekusi firmware. • Mengatasi: Logika yang
melakukan fungsi seleksi seluruh komponen memori flash. • data penyangga /
cache: kecepatan tinggi komponen memori RAM yang digunakan untuk kecepatan
pencocokan dan meningkatkan throughput data.
• Koreksi kesalahan:
Logika untuk deteksi dan koreksi kesalahan. • flash komponen memori: NAND
Individu chip flash.
Isu Praktis Ada dua isu praktis khas
SSD yang tidak dihadapi oleh HDD. Pertama, kinerja SDD memiliki kecenderungan
untuk memperlambat sebagai perangkat digunakan. Untuk memahami alasan untuk
ini, Anda perlu tahu bahwa file yang disimpan pada disk sebagai satu set
halaman, biasanya 4 KB panjang. Halaman ini tidak selalu, dan memang tidak
biasanya, disimpan sebagai satu set bersebelahan halaman pada disk. Alasan
untuk pengaturan ini dijelaskan dalam diskusi kita memori virtual di Bab 8.
Namun, memori flash diakses di blok, dengan biasanya memblokir ukuran 512 KB,
sehingga ada biasanya 128 halaman per blok. Sekarang perhatikan apa yang harus
dilakukan untuk menulis halaman ke memori flash. 1. Seluruh blok harus dibaca
dari memori flash dan ditempatkan dalam buffer RAM. Kemudian halaman yang
sesuai dalam buffer RAM diperbarui. 2. Sebelum blok dapat ditulis kembali ke
memori flash, seluruh blok memori flash harus dihapus-tidak mungkin untuk
menghapus hanya satu halaman dari memori flash. 3. Seluruh blok dari buffer
sekarang ditulis kembali ke memori flash. Sekarang, ketika sebuah flash drive
relatif kosong dan file yang baru dibuat, halaman file yang ditulis ke drive contiguously,
sehingga satu atau hanya beberapa blok terpengaruh. Namun, seiring waktu,
karena cara memori virtual bekerja, file menjadi terpecah-pecah, dengan halaman
yang tersebar di beberapa blok. Sebagai drive menjadi lebih sibuk, ada lebih
fragmentasi, sehingga penulisan file baru dapat mempengaruhi beberapa blok.
Dengan demikian, penulisan beberapa halaman dari satu blok menjadi lebih
lambat, lebih terisi disk. Produsen telah mengembangkan berbagai teknik untuk
mengkompensasi untuk properti ini memori flash, seperti menyisihkan sebagian
besar dari SSD sebagai ruang tambahan untuk menulis operasi (disebut
Overprovisioning), kemudian untuk menghapus halaman aktif selama waktu idle
digunakan untuk defragment disk . Teknik lain adalah perintah TRIM, yang memungkinkan
sistem operasi untuk menginformasikan keadaan padat drive (SSD) yang blok data
tidak lagi dianggap digunakan dan dapat dihapus internally.5 Masalah praktis
kedua dengan memori flash drive adalah bahwa flash memori menjadi tidak dapat
digunakan setelah sejumlah menulis. Seperti sel-sel flash stres, mereka
kehilangan kemampuan mereka untuk merekam dan mempertahankan nilai-nilai. Batas
khas adalah 100.000 menulis [GSOE08]. Teknik untuk memperpanjang kehidupan
drive SSD termasuk front-berakhir flash dengan cache untuk menunda dan operasi
kelompok menulis, menggunakan algoritma wear-leveling yang merata
mendistribusikan menulis di blok sel, dan teknik manajemen yang buruk-blok
canggih. Selain itu, vendor menyebarkan SSD dalam konfigurasi RAID untuk mengurangi
kemungkinan kehilangan data. Kebanyakan perangkat flash juga mampu
memperkirakan masa hidup yang tersisa mereka sendiri sehingga sistem dapat
mengantisipasi kegagalan dan mengambil tindakan preemptive.
MEMORI
OPTIK
Pada tahun 1983, salah
satu produk konsumen yang paling sukses sepanjang masa diperkenalkan: yang
compact disk (CD) sistem audio digital. CD adalah disk nonerasable yang dapat
menyimpan lebih dari 60 menit informasi audio pada satu sisi. Keberhasilan
komersial besar dari CD memungkinkan pengembangan murah teknologi penyimpanan
optik-disk yang telah merevolusi penyimpanan data komputer. Berbagai sistem
optik-disk telah diperkenalkan (Tabel 6.6). Kami secara singkat masing-masing.
Compact Disk CD-ROM Kedua CD audio dan CD-ROM (compact disk read-only memory)
berbagi teknologi serupa. Perbedaan utama adalah bahwa pemain CD-ROM yang lebih
kasar dan memiliki perangkat koreksi kesalahan untuk memastikan bahwa data yang
benar ditransfer dari disk ke komputer. Kedua jenis disk yang dibuat dengan
cara yang sama. disk terbentuk dari resin, seperti polycarbonate. Digital
informasi yang dicatat (baik musik atau data komputer) yang dicetak sebagai
rangkaian lubang-lubang mikroskopis pada permukaan polikarbonat. Hal ini
dilakukan, pertama-tama, dengan halus fokus, laser yang highintensity untuk
membuat master disk. master digunakan, pada gilirannya, untuk membuat mati
untukmembasmi salinan ke polikarbonat. Permukaan diadu kemudian dilapisi dengan
permukaan yang sangat reflektif, biasanya aluminium atau emas. permukaan
mengkilap ini dilindungi dari debu dan goresan dengan top coat dari akrilik
yang jelas. Akhirnya, label dapat silkscreened ke akrilik. Informasi diambil
dari CD atau CD-ROM dengan laser bertenaga rendah bertempat di sebuah pemutar
optik-disk, atau unit drive. laser bersinar melalui polycarbonate jelas
sementara motor berputar disk melewatinya (Gambar 6.12). Intensitas cahaya yang
dipantulkan dari laser perubahan karena menemukan lubang. Secara khusus, jika
sinar laser jatuh pada lubang, yang memiliki permukaan yang agak kasar,
mencerai-beraikan cahaya dan intensitas rendah dipantulkan kembali ke sumber.
Daerah antara lubang-lubang disebut tanah. Sebuah tanah adalah permukaan halus,
yang mencerminkan kembali pada intensitas yang lebih tinggi. Perubahan antara
pit dan land terdeteksi oleh photosensor dan diubah menjadi sinyal digital.
sensor menguji permukaan secara berkala. Awal atau akhir dari sebuah lubang
mewakili 1; bila tidak ada perubahan elevasi terjadi antara interval, 0
dicatat. Ingat bahwa pada disk magnetik, informasi dicatat dalam trek
konsentris. Dengan sistem yang paling sederhana konstan kecepatan sudut (CAV),
jumlah bit per track adalah konstan. Peningkatan kepadatan dicapai dengan
beberapa rekaman dikategorikan, di mana permukaan dibagi menjadi beberapa zona,
dengan zona jauh dari pusat mengandung lebih bit dari zona dekat ke pusat.
Meskipun teknik ini meningkatkan kapasitas, itu masih belum optimal. Untuk
mencapai kapasitas yang lebih besar, CD dan CD-ROM tidak mengatur informasi
pada trek konsentris. Sebaliknya, disk berisi lagu spiral tunggal, mulai dekat
pusat dan spiral keluar ke tepi luar dari disk. Sektor dekat luar disk yang
sama panjangnya dengan orang-orang dekat di dalam. Dengan demikian, informasi
yang dikemas secara merata di seluruh disk di segmen dengan ukuran yang sama
dan ini dipindai pada tingkat yang sama dengan memutar disk pada kecepatan
variabel. Lubang-lubang tersebut kemudian dibaca oleh laser pada kecepatan
linier konstan (CLV). disk berputar lebih lambat untuk akses dekat tepi luar
daripada orang-orang dekat pusat. Dengan demikian, kapasitas trek dan penundaan
rotasi kedua peningkatan untuk posisi lebih dekat tepi luar dari disk.
Kapasitas data untuk CD-ROM adalah sekitar 680 MB.
Data dari CD-ROM diatur
sebagai urutan blok. Sebuah format blok khas ditunjukkan pada Gambar 6.13. Ini
terdiri dari bidang-bidang berikut: • Sync: Bidang sync mengidentifikasi awal
blok. Ini terdiri dari byte dari semua 0s, 10 byte semua 1s, dan byte dari
semua 0s. • Header: Header berisi alamat blok dan modus byte. Mode 0 menentukan
field data kosong; modus 1 menentukan penggunaan kode error-correcting dan 2048
byte data; mode 2 menentukan 2336 byte data pengguna tanpa kode
error-correcting. • Data: Data Pengguna. • Bantu: data pengguna lain dalam mode
2. Pada mode 1, ini adalah kode errorcorrecting 288-byte. Dengan menggunakan
CLV, akses random menjadi lebih sulit. Menemukan alamat tertentu melibatkan
memindahkan kepala ke wilayah umum, menyesuaikan kecepatan rotasi dan membaca alamat,
dan kemudian membuat penyesuaian kecil untuk menemukan dan mengakses sektor
tertentu. CD-ROM sesuai untuk distribusi data dalam jumlah besar untuk sejumlah
besar pengguna. Karena biaya dari proses penulisan awal, itu tidak sesuai untuk
aplikasi individual. Dibandingkan dengan disk magnetik tradisional, CD-ROM
memiliki dua keuntungan: • The optical disk bersama-sama dengan informasi yang
tersimpan di dalamnya dapat secara massal direplikasi tidak mahal-tidak seperti
disk magnetik. Database pada disk magnetik harus direproduksi dengan menyalin
satu disk pada waktu menggunakan dua disk drive. • The optical disk dilepas,
memungkinkan disk itu sendiri yang akan digunakan untuk penyimpanan arsip.
Kebanyakan disk magnetik yang dapat dilepas. Informasi pada disk magnetik dapat
dilepas pertama harus disalin ke media penyimpanan lain sebelum disk drive /
disk dapat digunakan untuk menyimpan informasi baru. Kerugian dari CD-ROM
adalah sebagai berikut: • Ini read-only dan tidak dapat diperbarui. • Memiliki
waktu akses lebih lama dari itu dari disk drive magnetik, sebanyak setengah
detik.
CD recordable Untuk mengakomodasi aplikasi di mana hanya satu atau sejumlah kecil
salinan satu set data yang dibutuhkan, menulis-pernah membaca-banyak CD,
diketahuisebagai CD recordable (CD-R), telah dikembangkan. Untuk CD-R, disk
siap sedemikian rupa sehingga dapat kemudian ditulis sekali dengan sinar laser
dari -intensity sederhana. Jadi, dengan beberapa apa disk controller lebih
mahal daripada CD-ROM, pelanggan dapat menulis sekali serta membaca disk. CD-R
media mirip tapi tidak identik dengan CD atau CD-ROM. Untuk CD dan CD-ROM,
informasi dicatat oleh pitting dari permukaan media, yang mengubah
reflektifitas. Untuk CD-R, medium termasuk lapisan dye. pewarna yang digunakan
untuk mengubah reflektifitas dan diaktifkan oleh laser yang berintensitas
tinggi. disk dihasilkan dapat dibaca pada CD-R drive atau CD-ROM drive. CD-R
optical disk menarik untuk penyimpanan arsip dokumen dan file. Ini memberikan
catatan permanen dari volume besar data pengguna.
CD rewritable disk optik CD-RW dapat berulang kali ditulis dan ditimpa, seperti disk
magnetik. Meskipun sejumlah pendekatan telah dicoba, satu-satunya pendekatan
optik murni yang telah terbukti menarik disebut perubahan fasa. Perubahan fase
disk yang menggunakan bahan yang memiliki dua reflektifitas yang berbeda di dua
negara fase yang berbeda. Ada negara amorf, di mana molekul menunjukkan
orientasi acak yang memantulkan cahaya buruk; dan keadaan kristal, yang
memiliki permukaan halus yang memantulkan cahaya dengan baik. Seberkas sinar
laser dapat mengubah materi dari satu tahap ke tahap lainnya. Kerugian utama
dari optical disk perubahan fasa adalah bahwa materi akhirnya dan secara
permanen kehilangan sifat yang diinginkan nya. bahan saat ini dapat digunakan
untuk antara 500.000 dan 1.000.000 menghapus siklus. CD-RW memiliki keuntungan
yang jelas lebih dari CD-ROM dan CD-R yang dapat ditulis ulang dan dengan
demikian digunakan sebagai penyimpanan sekunder yang benar. Dengan demikian,
bersaing dengan magnetic disk. Keuntungan utama dari optical disk adalah bahwa
toleransi rekayasa untuk disk optik jauh lebih parah daripada untuk kapasitas
tinggi disk magnetik. Dengan demikian, mereka menunjukkan keandalan yang lebih
tinggi dan hidup lebih lama.
Digital Versatile Disk Dengan luas serbaguna disk yang digital (DVD),
industri elektronik telah akhirnya menemukan pengganti diterima untuk rekaman
VHS video analog. DVD telah menggantikan rekaman video yang digunakan dalam
video perekam kaset (VCR) dan, yang lebih penting untuk diskusi ini,
menggantikan CD-ROM di komputer pribadi dan server. DVD mengambil video ke era
digital. Ini memberikan film dengan kualitas gambar yang mengesankan, dan dapat
secara acak diakses seperti CD audio, yang mesin DVD juga bisa bermain. volume
besar data dapat dijejalkan ke disk, saat ini tujuh kali lebih banyak sebagai
CD-ROM. Dengan kapasitas penyimpanan yang besar DVD dan kualitas hidup, game PC
telah menjadi lebih realistis dan perangkat lunak pendidikan menggabungkan
lebih video. Mengikuti di belakang perkembangan ini telah menjadi lambang baru
lalu lintas melalui Internet dan intranet perusahaan, sebagai bahan ini
dimasukkan ke dalam situs web. kapasitas DVD lebih besar adalah karena tiga
perbedaan dari CD (Gambar 6.14): 1. Bits yang dikemas lebih dekat pada DVD.
Jarak antara loop dari spiral pada CD adalah 1,6 m dan jarak minimum antara
lubang di sepanjang spiral adalah 0,834 m.
DVD menggunakan laser
dengan panjang gelombang yang lebih pendek dan mencapai jarak loop 0,74 m dan
jarak minimum antara lubang dari 0,4 um. Hasil dari dua perbaikan ini adalah
tentang peningkatan tujuh kali lipat kapasitas, untuk sekitar 4,7 GB. 2. DVD
ini mempekerjakan lapisan kedua dari lubang-lubang dan tanah di atas lapisan
pertama. Sebuah dual-layer DVD memiliki lapisan semireflective di atas lapisan
reflektif, dan dengan menyesuaikan fokus, laser di DVD drive dapat membaca
setiap lapisan secara terpisah. Teknik ini hampir dua kali lipat kapasitas
disk, untuk sekitar 8,5 GB. Reflektifitas bawah lapisan kedua membatasi kapasitas
penyimpanan sehingga penggandaan penuh tidak tercapai. 3. DVD-ROM bisa dua
sisi, sedangkan data yang dicatat hanya pada satu sisi dari CD. Hal ini membawa
total kapasitas hingga 17 GB. Seperti CD, DVD datang dalam ditulisi serta
membaca versi hanya (Tabel 6.6).
High-Definition Disk Optical disk optik
definisi tinggi yang dirancang untuk menyimpan video definisi tinggi dan untuk
menyediakan kapasitas penyimpanan secara signifikan lebih besar dibandingkan
dengan DVD. Kepadatan bit yang lebih tinggi dicapai dengan menggunakan laser
dengan panjang gelombang yang lebih pendek, dalam biru-violetjarak.
Lubang-lubang data, yang merupakan 1s digital dan 0s, lebih kecil dari disk
optik highdefinition dibandingkan dengan DVD karena panjang gelombang laser lebih
pendek. Dua bersaing format disk dan teknologi awalnya bersaing untuk
penerimaan pasar: HD DVD dan Blu-ray DVD. Skema Blu-ray akhirnya mencapai
dominasi pasar. Skema DVD HD dapat menyimpan 15 GB pada satu lapisan pada satu
sisi. Blu-ray posisi lapisan data pada disk lebih dekat dengan laser
(ditampilkan di sisi kanan masing-masing diagram pada Gambar 6.15). Hal ini
memungkinkan fokus ketat dan lebih sedikit distorsi dan lubang-lubang sehingga
lebih kecil dan trek. Blu-ray dapat menyimpan 25 GB pada satu lapisan. Tiga
versi yang tersedia: hanya membaca (BD-ROM), recordable sekali (BD-R), dan
rerecordable (BD-RE).
PITA
MAGNETIK
sistem tape menggunakan
membaca dan merekam teknik yang sama seperti sistem disk. media adalah
poliester fleksibel (mirip dengan yang digunakan di beberapa pakaian) pita
dilapisi dengan bahan magnetizable. lapisan dapat terdiri dari partikel logam
murni di binder khusus atau film logam uap berlapis. Kaset dan tape drive yang
analog dengan sistem tape recorder rumah. lebar pita bervariasi dari 0,38 cm
(0,15 inci) untuk 1,27 cm (0,5 inci). Kaset digunakan untuk dikemas sebagai
gulungan terbuka yang harus berulir melalui poros kedua untuk digunakan. Hari
ini, hampir semua kaset disimpan di cartridge. Data pada pita yang terstruktur
sebagai jumlah jalur paralel berjalan memanjang. sistem tape sebelumnya
biasanya digunakan sembilan lagu. Hal ini memungkinkan untuk menyimpanData satu
byte pada suatu waktu, dengan bit paritas tambahan sebagai jalur kesembilan.
Hal ini diikuti oleh sistem tape menggunakan 18 atau 36 lagu, sesuai dengan
kata digital atau kata ganda. Pencatatan data dalam bentuk ini disebut rekaman
sebagai paralel. Kebanyakan sistem modern bukan menggunakan rekaman serial,
dimana data diletakkan sebagai urutan bit bersama setiap lagu, seperti yang
dilakukan dengan disk magnetik. Seperti disk, data dibaca dan ditulis dalam
blok berdekatan, yang disebut catatan fisik, pada tape. Blok pada pita
dipisahkan oleh celah disebut kesenjangan sebagai interrecord. Seperti disk,
rekaman itu diformat untuk membantu dalam menemukan catatan fisik. Teknik
rekaman khas digunakan dalam kaset serial disebut rekaman sebagai serpentine.
Dalam teknik ini, ketika data sedang direkam, set pertama bit dicatat sepanjang
seluruh panjang pita. Ketika akhir rekaman tercapai, kepala yang direposisi
untuk merekam lagu baru, dan rekaman itu lagi direkam pada seluruh panjangnya,
kali ini ke arah yang berlawanan. Proses itu terus berlanjut, bolak-balik,
sampai rekaman itu penuh (Gambar 6.16a). Untuk meningkatkan kecepatan,
membaca-menulis kepala yang mampu membaca dan menulis sejumlah lagu yang
berdekatan secara bersamaan (biasanya 2-8 lagu). Data masih tercatat serial di
sepanjang trek individu, tetapi blok di urutan disimpan pada trek yang
berdekatan, seperti yang disarankan oleh Gambar 6.16b. Sebuah tape drive adalah
perangkat berurutan-akses. Jika kepala pita diposisikan pada rekor 1, kemudian
membaca catatan N, perlu untuk membaca catatan fisik 1 sampaiN - 1, satu per
satu. Jika kepala saat diposisikan di luar catatan yang diinginkan, perlu untuk
mundur rekaman itu jarak tertentu dan mulai membaca maju. Tidak seperti disk,
rekaman itu bergerak hanya selama membaca atau menulis operasi. Berbeda dengan
rekaman itu, disk drive disebut sebagai perangkat akses langsung. Sebuah disk
drive tidak perlu membaca semua sektor pada sekuensial disk untuk mendapatkan
salah satu yang diinginkan. Hanya harus menunggu untuk sektor intervensi dalam
satu track dan dapat membuat akses berturut-turut untuk lagu apapun. pita
magnetik adalah jenis pertama dari memori sekunder. Hal ini masih banyak
digunakan sebagai anggota biaya terendah, kecepatan paling lambat dari hirarki
memori. Teknologi rekaman yang dominan saat ini adalah sistem cartridge yang
dikenal sebagai linear tape-terbuka (LTO). LTO dikembangkan pada akhir 1990-an
sebagai open source alternatif untuk berbagai sistem proprietary di pasar.
tabel 6.7menunjukkan parameter untuk berbagai generasi LTO. Lihat Lampiran J
untuk rincian.
