Di mana kita sekarang?

1. Di mana kita sekarang? • Komputer terdiri drpd lima komponen klasik • Topik pada hari ini: • Memori Utama (Main Memory) • Memori Sekunder (Secondary Memory) • Memori Maya (Virtual Memory) Processor Input Control Memory Data-path Output FSKTM

2. Unit Storan • Memori pemproses dalaman • Terdiri drpd sebilangan kecil pendaftar berkelajuan tinggi yg digunakan sbg tempat simpanan sementara utk arahan2 dan data. • Main memory (primary memory) • Mempunyai memori berkelajuan tinggi bersaiz besar yg digunakan utk menyimpan aturcara dan data ketika komputer beroperasi. • Secondary memory (auxiliary memory) • Kapasiti yg besar, perlahan drpd memori utama digunakan utk fail, perisian dan data2 yg bersaiz besar. FSKTM

3. Krateria • Lokasi (Location) • Kapasiti (Capacity) • Unit Pemindahan (Unit of transfer) • Kaedah Capaian (Access method) • Prestasi (Performance) • Jenis Fizikal (Physical type) • Krateria Fizikal (Physical characteristics) • Organisasi (Organisation) • Kos (Cost) FSKTM

4. Lokasi • Memori pemproses dalaman. • Terdiri drpd set kecil high-speed registers, digunakan sgb storan sementara utk menyimpan arahan dan data. • Memori utama (Main or Primary memory). • Memori besar dan laju, digunakan utk menyimpan aturcara dan data ketika operasi komputer.. • Memori sekunder (Secondary or Auxiliary memory). • Kapasitinya besar, perlahan drpd memori utama, digunakan utk menyimpan aturcara sistem, data2 yg besar dll FSKTM

5. Kapasiti • Saiz Word • The natural unit of organisation • Bil. word • Or bytes FSKTM

6. Unit Perpindahan • Dalaman (Internal) • Melalui/Dikendali oleh lebar data bas • Luaran (External) • Usually a block which is much larger than a word • Unit boleh-alamat (Addressable unit) • Lokasi yg sangat kecil yg boleh dialamat secara unik. • Word internally FSKTM

7. Kaedah Capaian (1) • Berturutan (Sequential) • Bermula pada permulaan dan baca mengikut tertib. • Masa capaian bergantung kpd lokasi data dan lokasi terdahulu. • Cth. Tape • Terus (Direct) • Setiap blok individu mempunyai alamat yg unik. • Capaian adlh dengan melompat ke vicinity plus carian berturutan. • Masa capaian bergantung kpd lokasi dan lokasi terdahulu. • Cth. Disk FSKTM

8. Kaedah Capaian(2) • Rawak (Random) • Alamat individu mengenalpasti lokasi secara tepat. • Masa capaian tidak bergtg kpd lokasi dan capaian terdahulu. • E.G. Ram • Kalis sekutuan (Associative) • Ingatan yg dpt menentukan sama ada sesuatu data yg diberi terdapat dalam salah satu alamat atau lokasi. • Masa capaian tidak bergtg kpd lokasi dan capaian terdahulu. • E.G. Cache FSKTM

9. Prestasi • Masa capaian (Access time) • Masa diantara dapat alamat yg sah dan dapat data yg betul. • Masa kitaran memori (Memory cycle time) • Masa mungkin diperlukan utk memori ‘dipulihkan’ sebelum capaian berikut. • Masa capaian ialah Capaian + Pemulihan • Kadar permindahan (Tranfer rate) • Kadar bilamana data boleh dikeluarkan. FSKTM

10. Jenis Fizikal • Semikonductor • RAM • Magnetik • Disk & tape • Optikal • CD & DVD FSKTM

11. Krateristik Fizikal • Perubahan (Alterability); • Sekali informasi ditulis, ia tidak boleh diubah selagi memori menggunakannya. • Kekekalan Storan (Permanence of storage). • Maklumat tersimpan mungkin hilang dalam suatu jangka masa tertentu kecuali tindakan bersesuaian diambil. • Tiga ciri memori yg boleh memusnahkan data. • Bacaan Musnah (Destructive readout); kaedah membaca memori yg boleh menghapuskan maklumat. • Storan Dinamik(Dynamic storage); Maklumat tersimpan adalah dalam bentuk cas elektrik dalam kapasitor, cas tersebut berpotensi untuk hilang dalam jangka masa tertentu. • Kemeruapan(Volatility); Memori dikatakan meruap jika maklumat tersimpan boleh dimusnahkan oleh kegagalan bekalan kuasa. • Penggunaan Kuasa (Power consumption). FSKTM

12. Organisasi • Keaturan bit2 fizikal dalam word • Selalunya tidak jelas • Cth. Interleaved FSKTM

13. Kos Harga sepatutnya bukan hanya meragumi sel2 storan tetapi juga perkakasan peripheral atau litar capaian yg merupakan bhgn penting dalam operasi memori. FSKTM

14. The Bottom Line • How much? • Capacity • How fast? • Time is money • How expensive? FSKTM

15. Jenis Memori • RAM; Random Access Memory • Memori yg boleh di baca dan di tulis. • SRAM; Static RAM • Dibina menggunakan litar yg hampir sama dengan selak D. • Mengekalkan kandungan selagi ada kuasa. • DRAM; Dynamic RAM • Merupakan tatasusun kapasitor halus, setiap satunya boleh dicas dan dinyahcaskan. • Perlu disegar semula setiap beberapa ms. • ROM; Read Only Memory • data ditulis ketika masa pembuatan oleh pembuat. FSKTM

16. Memori Semikonduktor • RAM • Misnamed as all semiconductor memory is random access • Baca/tulis • Storan sementara • Statik atau dinamik • Kenapa pereka komputer perlu mengetahui teknologi RAM? • Prestasi pemproses selalunya begantung kpd memory bandwidth • Dengan ketumpatan IC meningkat, banyak memori dimuatkan dalam cip pemproses. FSKTM

17. Dinamik RAM • Bit2 disimpan sbg cas dlm kapasitor • Berlaku kebocoran cas • Perlu disegar semula w/p masa ada bekalan kuasa • Binaannya ringkas • Bitnya kecil (Smaller per bit) • Kurang mahal • Perlu litar ‘segar semula’Need refresh circuits • Kelajuan perlahan • Untuk Memori utama FSKTM

18. Classical DRAM Organization bit (data) lines r o w d e c o d e r Each intersection represents a 1-T DRAM Cell RAM Cell Array word (row) select Column Selector & I/O Circuits row address Column Address • Row and Column Address together: • Select 1 bit a time data FSKTM

19. Statik RAM • Bit2 disimpan sbg suiz on/off • Tiada kebocoran cas • Tidak perlu segar semula ketika ada kuasa • Binaannya lbh komplek • Bit bersaiz besar (Larger per bit) • Lbh mahal • Tidak perlu litar segar semula • Laju • Utk Cache memori (memori antara register & memori utama. FSKTM

20. Read Only Memory (ROM) • Storan kekal (Permanent storage) • Pengaturcaraan mikro (Microprogramming) • Library subroutines • Systems programs (BIOS) • Jadual Kefungsian (Function tables) FSKTM

21. Jenis ROM • Prom; Programmable ROM • Data boleh ditulis hy sekali oleh pengguna • EPROM; Erasable programmable ROM • Blh dipadamkan (menggunakan cahaya ultra-violet) & diprogram semula oleh pengguna • EEPROM; Electrically EPROM • Blh dipadamkan & diprogram semula menggunakan denyutan elektrik. • Basis for FLASH memory FSKTM

22. Latar belakang Memori utama • Prestasi Main Memory bergtg kpd: • Masa capaian (Access Time): masa ant permintaan word dan word tersebut sampai. • Masa Kitaran (Cycle Time): masa antara permintaan2 • Main Memory adl DRAM: Dynamic Random Access Memory • Dynamic kerana perlu disegar semula dalam jangkamasa tertentu. • Cache m’guna’nSRAM: Static Random Access Memory • Tiada segar semula (6 transistors/bit vs. 1 transistor Size: DRAM/SRAM ­ 4-8, Cost/Cycle time: SRAM/DRAM ­ 8-16 FSKTM

23. Peruntukan Main Memory • Main memory dibhgi kpd bbrp segmen (segments, pages). Proses yg menentukan segmen mana yg perlu diperuntukan utk sesuatu blok dikenali sbg main-memory allocation • Senarai ruang yg dihuni (An occupied space list); nama blok, base address & saiz blok • Senarai ruang yg tersedia(An available space list); Alamat dan saiz segmen yg tidak di huni • Senarai secondary-memory directory; Metakrifkan segmen mana yg peruntukkan dlm ruang secondary-memory utk setiap blok. • Polisi2 Penggantian (Replacement policies) • First in first out FIFO • Least recently used LRU FSKTM

24. Who Cares About the Memory Hierarchy? Processor-DRAM Memory Gap (latency) µProc 60%/yr. (2X/1.5yr) 1000 CPU “Moore’s Law” 100 Processor-Memory Performance Gap:(grows 50% / year) Performance 10 DRAM 9%/yr. (2X/10 yrs) DRAM 1 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Time FSKTM

25. Levels of the Memory Hierarchy Capacity Access Time Cost Upper Level Staging XPer Unit faster CPU Registers 100s Bytes <10s ns Registers prog./compiler 1-8 bytes Instr. Operands Cache K Bytes 10-100 ns $.01-.001/bit Cache cache cntl 8-128 bytes Blocks Main Memory M Bytes 100ns-1us $.01-.001 Memory OS 512-4K bytes Pages Disk G Bytes ms 10 - 10 cents Disk -4 -3 user/operator Mbytes Files Larger Tape infinite sec-min 10 Tape Lower Level -6 FSKTM

26. How Is the Hierarchy Managed? • Register <-> Memori • Oleh kompilasi (compiler atau programmer?) • cache <-> memori • Oleh perkakasan • memori <-> disk • Oleh perkakasan dan operating system (virtual memory) • oleh programmer (files) FSKTM

27. Newer RAM Technology (1) • Basic DRAM same since first RAM chips • Enhanced DRAM • Contains small SRAM as well • SRAM holds last line read (c.F. Cache!) • Cache DRAM • Larger SRAM component • Use as cache or serial buffer FSKTM

28. Newer RAM Technology (2) • Synchronous DRAM (SDRAM) • Selalunya pd DIMMs • Capaian bersegerak dgn jam luaran (external clock) • Alamat diberikan kpd RAM • RAM cari data (dlm DRAM biasa - CPU kena tunggu) • O/k SDRAM memindah data dlm masa yg sama dgn sistem jam (system clock), CPU tahu bila data disediakan • CPU tak perlu tunggu, ia blh buat kerja lain • Burst mode allows SDRAM to set up stream of data and fire it out in block FSKTM

29. Newer RAM Technology (3) • Foreground reading • Check out any other RAM you can find • See web site: • The RAM guide FSKTM

30. Types of External Memory • Magnetic Disk • RAID • Removable • Optical • CD-ROM • CD-Writable (WORM) • CD-R/W • DVD • Magnetic Tape FSKTM

31. Cakera Magnetik • Cakera logam atau plastik disaluti dgn bahan boleh-magnet (spt iron oxide…rust) • Julat pakej • Floppy • Winchester hard disk • Removable hard disk FSKTM

32. Organisasi Data & Format • Concentric rings or tracks • Jurang antara runut (track) • Kurangkan jurang utk meningkat kapasiti • Bilangan bit sama setiap runut (variable packing density) • Halaju sudut yg malar • Runut dipecahkan kepada sektor • Sais blok minimum ialah satu sektor • Mungkin terdapat lbh dari satu sektor per blok FSKTM

33. Kepala Tetap/Boleh-Gerak • Kepala tetap (Fixed head) • Satu kepala baca&tulis per runut • Kepala2 diletak pada satu lengan tetap • Kepala boleh-gerak (Movable head) • Satu kepala baca&tulis per side • Diletal pada lengan boleh-gerak FSKTM

34. Boleh-Alih atau Tidak • Cakera Boleh-Alih (Removable disk) • Blh dikeluarkan drpd pemacu dan diganti dgn cakera lain. • Memberi kapasiti storan tanpa had • Peralihan data mudah antara sistem. • Cakera Tidak Boleh Alih (Nonremovable disk) • Kekal dalam pemacu FSKTM

35. Floppy Disk • 8”, 5.25”, 3.5” • Kapasiti rendah • Up to 1.44Mbyte (2.88M never popular) • Perlahan • Universal • Mudah FSKTM

36. Winchester Hard Disk (1) • Dibangun oleh IBM in Winchester (USA) • Unit tertutup (Sealed unit) • Satu atau lebih cakera (disks) • Ketika disk berputar kepala fly on boundary layer of air • Very small head to disk gap • Getting more robust FSKTM

37. Winchester Hard Disk (2) • Universal • Murah • Storan luaran paling laju • Semakin besar kapasiti dr masa ke semasa • Multiple Gigabyte now usual FSKTM

38. Removable Hard Disk • ZIP • Murah • Sudah menjadi kebiasaan • Hanya 100M • JAZ • Tidak murah • 1Giga • L-120 (a: drive) • Also reads 3.5” floppy • Mejadi semakin popular? FSKTM

39. Finding Sectors • Mesti boleh mengenalpasti runut dan sektor awalan. • Format disk • Maklumat tambahan yg bukannya untuk pengguna. • Tanda runut2 dan sektor2. FSKTM

40. Ringkasan Krateristik • Kepala tetap atau boleh alih • Boleh alih atau tetap • Single or double (usually) sided • Tunggal atau berbilang platter • Mekanisma kepala • Sentuh (Contact) - floppy • Jurang tetap (Fixed gap) • Flying (Winchester) FSKTM

41. Multiple Platter • Satu kepala per side • Kepala bercantum dan terlaras • Keselarasan runut2 pada setiap piring membentuk selinder • Data berjaluran di atas selinder • Mengurangkan pergerakan kepala • Meningkatkan kelajuan (transfer rate) FSKTM

42. Kelajuan • Masa Jangkau (Seek time) • Masa pergerakan kepala ke runut yg betul • Putaran (Rotational) Pendaman (Latency) • Masa menunggu data sampai di kepala • Masa capaian = langkau + pendaman • Kadar peralihan FSKTM

43. RAID • Redundant Array of Independent Disks • Redundant Array of Inexpensive Disks • Yang diketahui ada 6 levels • Tiada hierarki • Set cakera fizikal dipandang sbg satu pemacu logikal tunggal oleh OS • Data distributed across physical drives • Boleh guna kapasiti lewahan/lelebihan (redundant capacity) utk menyimpan maklumat pariti FSKTM

44. RAID 0 • Tiada lewahan (No redundancy) • Data berjaluran pada semua cakera • Jaluran Round Robin • Meningkatkan prestasi • Permintaan data pelbagai tidak semuanya berada dalam cakera yg sama. • Jangkauan cakera adalah selari. • Satu set data selalunya berjaluran di multi cakera. FSKTM

45. RAID 1 • Cakera2 Bercermin (Mirrored Disks) • Data berjaluran pada semua cakera • Setiap jaluran ada 2 salinan peda cakera yg berlainan • Baca pada salah satu cakera • Tulis pada kedua-duanya • Proses pemulihan mudah • Swap faulty disk & re-mirror • No down time • Mahal FSKTM

46. RAID 2 • Cakera2 disegerakkan • Jaluran yg sangat kecil • Selalu satu byte/word tunggal • Error correction calculated across corresponding bits on disks • Multiple parity disks store “Hamming code error correction” in corresponding positions • Banyak redundancy • Mahal • Tidak digunakan FSKTM

47. RAID 3 • Sama spt RAID 2 • Hanya satu redundant disk, tanpa mengira berapa besar saiz tatasusun • Bit pariti yg ringkas utk setiap set corresponding bits • Data pd pemacu yg gagal blh dibina-semula reconstructed drpd surviving data & parity info • Very high transfer rates FSKTM

48. RAID 4 • Setiap cakera beroperasi secara bebas • Baik utk “high I/O request rate” • Jaluran besar • Bit by bit parity calculated across stripes on each disk • Pariti disimpan pada cakera pariti FSKTM

49. RAID 5 • Serupa dgn RAID 4 • Pariti berjaluran pada semua cakera • Peruntukkan Round robin utk jaluran pariti • Mengelak “RAID 4 bottleneck” pd cakera pariti • Selalunya digunakan dalam “network servers” • N.B. DOES NOT MEAN 5 DISKS!!!!! FSKTM

50. Storan Optikal CD-ROM • Asalnya utk audio (muzik) • 650Mbytes utk 70 minit audio • Polycarbonate dilapisi/disaluti dgn “highly reflective coat”, selalunya aluminum • Data disimpan sbg “pits” • Baca dgn pemantulan cahaya laser • Ketumpatan pek malar (Constant packing density) • Halaju linear malar (Constant linear velocity) FSKTM