TUGAS SISTEM OPERASI

MANAJEMEN MEMORY

Oleh:LUCKY SATYA M.NPM: 131000457401069

MANAJEMEN INFORMATIKA KOMPUTERFAKULTAS EKONOMI UNIVERSITAS MAHAPUTRA MUHAMMAD YAMIN 2015

MANAJEMEN MEMORY

Register procesorRegister procesor, dalamarsitektur komputer, adalah sejumlah kecilmemorikomputeryang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadapprogram-programkomputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.Register procesor berdiri pada tingkat tertinggi dalamhierarki memori: ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasidata. Register umumnya diukur dengan satuanbityang dapat ditampung olehnya, seperti register 8-bit, register 16-bit, register 32-bit, atau register 64-bit dan lain-lain. Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan olehset instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata Register Arsitektur. Sebagai contohset instruksiIntel x86mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

1.JENIS REGISTERRegister terbagi menjadi beberapa kelas: Register data, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer). Register alamat, yang digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk mengakses memori. Registergeneral purpose, yang dapat digunakan untuk menyimpan angka dan alamat secara sekaligus. Registerfloating-point, yang digunakan untuk menyimpan angka-angka bilangan titik mengambang (floating-point). Register konstanta(constant register), yang digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap yang hanya dapat dibaca (bersifatread-only), semacamphi,null,true,falsedan lainnya. Register vektor, yang digunakan untuk menyimpan hasil pemrosesan vektor yang dilakukan olehprocesorSIMD. Registerspecial purposeyang dapat digunakan untuk menyimpan data internal procesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status register. Register yang spesifik terhadap model mesin(machine-specific register), dalam beberapa arsitektur tertentu, digunakan untuk menyimpan data atau pengaturan yang berkaitan dengan procesor itu sendiri. Karena arti dari setiap register langsung dimasukkan ke dalam desain procesor tertentu saja, mungkin register jenis ini tidak menjadi standar antara generasi procesor.Intel 4004adalah sebuahCPU4-bityang merupakanmikroprocesorchip tunggal pertama di dunia. Pada waktu itu, desain CPU lainnya sepertiF14 CADCpada tahun1970merupakan implementasi dari chip-chip gabungan (multi-chip). 4004 dirilis dalam kemasan CERDIP 16-kaki pada tanggal15 November1971. 4004 merupakan procesorkomputerpertama yang dirancang dan diproduksi oleh produsenchipIntel. Orang yang merancang chip tersebut adalahTed HoffdanFederico Faggindari Intel danMasatoshi Shimadari Busicom.Rancangan aslinya berasal dari perusahaan Jepang yang bernamaBusicom, untuk digunakan padakalkulatorproduksinya. 4004 juga disediakan dengan sebuah chip pendukung (misal,ROMprogram digabung bersama untuk menggunakan alamat program 12-bit 4004, yang mengijinkan akses memori 4 kilobyte daribus alamat4-bit bila semua 16 ROM dipasang). Sirkuit 4004 dibuat dari 2.300transistor, dan pada tahun berikutnya diikuti oleh microprocesor8-bitpertama,Intel 8008dengan 3.300 transistor (danIntel 4040, perbaikan dari 4004).Pada masukan ke-empatnya ke pasar mikroprocesor, Intel melepas CPU yang memulai revolusimikrokomputer;Intel 8080.

Maximumclock speed nya adalah 740kHz Program dan penyimpanan data yang terpisah (yaitu, sebuaharsitektur Harvard). Berlainan dengan rancangan arsitektur Harvard lainnya yang menggunakanbusyang terpisah, 4004, karena ingin mengurangi jumlah pin, menggunakan sebuah bus 4-bit tunggal dimultiplex untuk mentransfer: Alamat 12-bit Instruksi 8-bit, tidak ditaruh di memori yang sama dengan Data word 4-bit Set instruksiyang terdiri dari 46 instruksi (di mana 41 diantaranya memiliki lebar 8 bit dan 5 lebar 16 bit) Set register terdiri dari 16 register masing-masing 4 bit Tumpukansubroutineinternal memiliki kedalaman 3 tingkat Intel Core 2adalah sebuahmikroprocesoryang dirilis olehIntel Corporationpada tanggal27 Juli2006. Pada saat pengembangannya, procesor ini memilikinama kodeConroedanAllendale. Registers (jamak, dalam bahasa Indonesia menjadi register-register atau banyak register) merupakan media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat pengolahan data. Registers merupakan media penyimpanan yang bersifat sementara, artinya data hanya akan berada dalam registers saat data tersebut dibutuhkan selama komputer masih hidup, ketika suatu data tidak diperlukan lagi maka ia tidak berhak lagi berada di dalam registers, dan ketika komputer dimatikan maka semua data yang berada di dalamnya akan hilang.

MAIN MEMORYMain Memory (memory utama) atau lebih dikenal sebagai memori adalah sebuah array yang besar dari word atau byte, yang ukurannya mencapai ratusan, ribuan, atau bahkan jutaan. Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri. Main memory berfungsi sebagai tempat penyimpanan yang akses datanya digunakan oleh CPU atau perangkat I/O. Main-memory termasuk tempat penyimpanan data yang sementara (volatile), artinya data dapat hilang begitu sistem dimatikan.

Sistem operasi bertanggung jawab atas aktivitas-aktivitas yang berkaitan dengan manajemen memori seperti: menjaga track dari memori yang sedang digunakan dan siapa yang menggunakannya; memilih program yang akan di-load ke memori; dan mengalokasikan dan mendealokasikan memoryspace sesuai kebutuhan.

Main memory dapat dibayangkan sebagai kumpulan kotak-kotak yang masing dapat menyimpan suatu penggal informasi baik berupa data maupun instruksi. Umumnya 1 byte memory terdiri dari 8 bit dan tiap bit diwakili oleh 1 atau 0. Kombinasi bit dalam1 byte tersebut membentuk suatu kode yang mewakili isi dari lokasi memory. Kode yang digunakan untuk mewakilinya tergantung dari komputer yang digunakan, dapat membentuk sistem kode BCD (Binary-Coded Decimal), sistem kode SBCDIC (Standard Binary Coded Decimal Interchange Code), sistem kode EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) atau sistem kode ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Misalnya suatu komputer mempunyai kapasitas memory 256 KB atau 262.144 byte, yang berarti mempunyai 262.144 lokasi memori. Alamat dari memori ini adalahbernomor 000000 sampai dengan 262.143.Pengelompokkan MemoryMain memory terdiri dari:A. RAM (Random Access Memory)Merupakan memori yang dapat diisi dan diambil isinya oleh pemrogram. Semua data dan program yang dimasukkan lewat alat input akan disimpan terlebih dahulu di RAM. Struktur dari RAM, dibagi menjadi:1. Input Storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan lewatalat input;2. Program Storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi program yang akan diproses;3. Working Storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil dari pengolahan;4. Output Storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.

B. ROM (Read Only Memory)Memori ini hanya dapat dibaca saja, programer tidak bisa mengisi sesuatu kedalam ROM. Isi ROM sudah diisi oleh pabrik pembuatnya berupa sistem operasi yang terdiri dari program-program pokok yang diperlukan oleh sistem komputer, seperti program untuk mengatur penampilan karakter, pengisian tombol kunci dan bootstrap program. Bootstrap program diperlukan pada waktu pertama kali sistem komputerdiaktifkan, yang proses ini disebut dengan istilah booting, yang terdiri dari:1. Cold booting, yaitu proses mengaktifkan sistem komputer pertama kali untuk mengambil bootsrap program dari keadaan listrik komputer mati.2. Warm booting, yaitu proses pengulangan pengambilan bootstrap program dalam keadaan komputer masih hidup

Instruksi yang tersimpan di ROM disebut dengan microinstruction atau microcode atau disebut juga firmware. Isi dari ROM tidak boleh hilang atau rusak, karena dapat menyebabkan sistem komputer tidak berfungsi. ROM bersifat non volatile, artinya isinya tidak hilang bila listrik komputer dimatikan. Jenis-jenis ROM:1. PROM (Programmable Read Only Memory), yaitu ROM yang dapat diprogram sekali saja dan tidak dapat diubah kembali 2. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu ROM yang dapat dihapus dengan sinar ultra violet serta dapat diprogram kembali berulang-ulang3. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), yaitu ROM yang dapat dihapus secara elektronik dan dapat diprogram kembali

Jenis MemoryBerdasarkan komponen yang digunakan terbagi atas :A. Vacuum TubesKomputer generasi pertama ENIAC tahun 1946 menggunakan komponen tabung hampa udara untuk main memory. Memori ini relatif berukuran besar dan tiaptiap tabung hampa udara mewakili 1 bit.

B. Magnetic Core StorageDigunakan sekitar tahun 1960-1970. Terdiri dari ribuan cincin magnetik kecil berukuran 18 mm dengan lubang berdiameter 10 mm. Tiap-tiap core dihubungkan dengan kabel kawat membentuk suatu bidang core (core plane) dan ditumpuk membentuk suatu core stack. Masing-masing core dapat menyimpan 1 bit bila dimagnetasi dengan suatu arus listrik dari dua arah jurusan yang masing-masing bermuatan arus.

C. Planar Thin-Film StorageTerbuat dari lempengan tipis keramik atau metal tembus pandang yang berisi kumpulan besi nikel berbentuk empat persegi panjang kecil dihubungkan dengan kabel-kabel.

D. Semiconductor StorageMulai banyak digunakan sejak tahun 1970-an hingga sekarang. Terbuat dari VLSI (Very Large Scale Integration) yaitu meletakkan sejumlah besar circuit ke dalam suatu chip. Teknologi yang digunakan adalah MOS (Metal Oxide Semiconductor) dan bersifat volatile.

E. Josephson JunctionDiciptakan oleh Brian Josephson dari Inggris. Merupakan memori yang dapat melakukan switch dari bit 1 ke bit 0 atau sebaliknya dengan kecepatan yang tinggi, yaitu kurang dari sepertriliun detik. Menggunakan suatu tempat tertutup yang berisi helium cair dengan suhu sekitar -200 derajat celcius.

F. Charged-Coupled Device (CCD)Merupakan memori yang terdiri dari ribuan metal bujur sangkar berukuran kecil yang masing-masing dapat menyimpan informasi digit binari dalam bentuk beban elektronik (electric charge).

Cache MemoryCache memory merupakan lokasi data sementara antara prosesor dengan main memory. Penempatan cache memory ditujukan untuk mengurangi gap antara kecepatan prosesor dengan kecepatan main memory. Gambar di bawah ini menunjukkan posisi cache memory yang diletakkan antara prosesor (CPU) dengan main memory. Sedangkan gambar setelahnya memperlihatkan sistem interkoneksi untuk cache memory.

Cache berasal dari kata cash. Dari istilah tersebut cache adalah tempat menyembunyikan atau tempat menyimpan sementara. Sesuai definisi tersebut cache memory adalah tempat menympan data sementara. Cara ini dimaksudkan untuk meningkatkan transfer data dengan menyimpan data yang pernah diakses pada cache memory tersebut, sehingga apabila ada data yang ingin diakses adalah data yang sama maka maka akses akan dapat dilakukan lebih cepat. Cache memory ini adalah memori tipe SDRAM yang memiliki kapasitas terbatas namun memiliki kecepatan yang sangat tinggi dan harga yang lebih mahal dari memori utama. Cache memory ini terletak antara register dan RAM (memori utama) sehingga pemrosesan data tidak langsung mengacu pada memori utama.

Karakteristik cache memory adalah sebagai berikut:1. Kapasitas relatif lebih kecil dari main memory, tetapi memiliki kecepatan yang relativ lebih tinggi dibanding main memory;2. Cache memory merupakan suatu memori buffer (salinan data) bagi memori utama;3. Meskipun cache menggunakan informasi yang tersimpan dalam memori utama, tetapi ia tidak berhadapan secara langsung dengan memori utama;4. Word yang disimpan didalam cache memory adalah word yang diambil dari main memory, yang dikerjakan sesuai perintah CPU.

Level Cache MemoryHingga saat ini, cache memory terbagi atas tiga level yaitu L1, L2 dan L3. Cache memory memori level 1 (L1) adalah cache memory yang terletak dalam prosesor (internal cache). Cache memory ini memiliki kecepatan akses paling tinggi dan harganya paling mahal. Ukuran memori berkembang mulai dari 8KB, 64KB dan 128KB. Cache memory level 2 (L2) memiliki kapasitas yang lebih besar yaitu berkisar antara 256KB sampai dengan 2MB. Namun, cache memory L2 ini memiliki kecepatan yang lebih rendah dari cache memory L1. Cache memory L2 terletak terpisah dengan prosesor atau disebut dengan external cache Sedangkan cache memory level 3 hanya dimiliki oleh prosesor yang memiliki unit lebih dari satu misalnya dualcore dan quadcore. Fungsinya adalah untuk mengontrol data yang masuk dari tembolok L2 dari masing-masing inti prosesor.

Level 2 atau L2 cache merupakan bagian dari strategi penyimpanan multi level untuk meningkatkan performa komputer. Terdapat tiga level cache yang digunakan pada komputer, yaitu L1, L2 dan L3 cache. Tiap-tiap cache tersebut menjembatani jarak (gap) diantara processor yang sangat cepat, dengan memori RAM (Random Access Memory) yang jauh lebih lambat. Sementara desainnya terus mengalami perubahan, L1 cache biasanya telah terintegrasi (built in) ke dalam processor, sementara L2 cache biasanya terintegrasi pada motherboard (bersamaan dengan L2 cache). Namun, beberapa processor kini menggabungkan L2 cache serta L1 cache, dan bahkan beberapa diantaranya juga menggungkan L3 cache. Kecepatan yang paling tinggi terdapat pada L1 cache, kemudian menurun pada L2 dan L3 cache. Namun kebalikannya, semakin besar angka cache, maka semakin besar pula kapasitas penyimpanan datanya.

Tugas dari cache processor adalah untuk mengantisipasi data request, sehingga ketika pengguna mengakses sebuah program yang sering digunakan, sebagai contohnya, instruksi-instruksi yang dibutuhkan untuk menjalankan program tersebut telah siap digunakan, disimpan pada cache. Ketika hal ini terjadi, CPU dapat memproses request tanpa adanya jeda (delay), sehingga dapat meningkatkan performa komputer secara drastis. CPU pertama-tama akan memeriksa L1 cache, diikuti dengan L2 dan L3 cache. Jika processor telah menemukan bit data yang dibutuhkan, maka disebut dengan cache hit. Namun jika cache tidak menyediakan bit data yang dibutuhkan, processor mendapatkan sebuah cache miss, dan data perlu ditarik dari RAM yang lebih lambat atau hard disk yang juga lebih lambat.

Kapasitas CacheMenentukan ukuran cache memory sangatlah penting untuk mendongkrak kinerja komputer. Dari segi harga cache memory sangatlah mahal tidak seperti memori utama. Semakin besar kapasitas cache tidak berarti semakin cepat prosesnya, dengan ukuran besar akan terlalu banyak gate pengalamatannya sehingga akan memperlambat proses.

Kita bisa melihat beberapa merek prosesor di pasaran beberapa waktu lalu. AMD mengeluarkan prosesor K5 dan K6 dengan cache memory yang besar (1MB) tetapi kinerjanya tidak bagus. Kemudian Intel pernah mengeluarkan prosesor tanpa cache memory untuk alasan harga yang murah, yaitu seri Intel Celeron pada tahun 1998-an hasil kinerjanya sangat buruk terutama untuk operasi data besar, floating point, 3D. Intel Celeron versi berikutnya sudah ditambah cache memory sekitar 128KB. Lalu berapa idealnya kapasitas cache memory? Sejumlah penelitian telah menganjurkan bahwa ukuran cache antara 1KB dan 512KB akan lebih optimum.

Ukuran BlokElemen rancangan yang harus diperhatikan lagi adalah ukuran blok. Telah dijelaskan adanya sifat lokalitas referensi maka nilai ukuran blok sangatlah penting. Apabila blok berukuran besar ditransfer ke cache akan menyebabkan hit ratio mengalami penurunan karena banyaknya data yang dikirim disekitar referensi. Tetapi apabila terlalu kecil, dimungkinkan memori yang akan dibutuhkan CPU tidak tercakup.

Apabila blok berukuran besar ditransfer ke cache, maka akan terjadi :1. Blok-blok yang berukuran lebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Karena isi cache sebelumnya akan ditindih.2. Dengan meningkatnya ukuran blok maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta, sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya digunakan cepat.

Hubungan antara ukuran blok dan hit ratio sangat rumit untuk dirumuskan, tergantung pada karakteristik lokalitas programnya dan tidak terdapat nilai optimum yang pasti telah ditemukan. Ukuran antara 4 hingga 8 satuan yang dapat dialamati (word atau byte) cukup beralasan untuk mendekati nilai optimum.