organisasi dan arsitektur komputer : perancangan kinerja · abdul rouf - 44 tag 22 bit word 2 bit...
TRANSCRIPT
Abdul Rouf - 1
Organisasi dan Arsitektur Komputer : Perancangan Kinerja(William Stallings)
Chapter 4Memori Internal
Abdul Rouf - 2
Karakteristik Memori
LokasiKapasitasUnit transferMetode AksesKinerja Jenis fisikSifat-sifat fisikOrganisasi
Abdul Rouf - 3
Lokasi
CPU (register)Internal (main memori)External (secondary memori)
Abdul Rouf - 4
Kapasitas
Ukuran WordSatuan alami organisasi memori
Banyaknya wordsatau Bytes
Abdul Rouf - 5
Satuan Transfer
InternalJumlah bit dalam sekali aksesSama dengan jumlah saluran data (= ukuran word)
ExternalDalam satuan block yg merupakan kelipatan word
Addressable unitLokasi terkecil yang dpt dialamati secara uniqSecara internal biasanya sama dengan Word Untuk disk digunakan satuan Cluster
Abdul Rouf - 6
Metode AksesSekuensial
Mulai dari awal sampai lokasi yang ditujuWaktu akses tergantung pada lokasi data dan lokasi sebelumnyaContoh tape
DirectSetiap blocks memilki address yg uniquePengaksesan dengan cara lompat ke kisaran umum (general vicinity) ditambah pencarian sekuensialWaktu akses tdk tergantung pada lokasi dan lokasi sebelumnya contoh disk
Abdul Rouf - 7
Metode AksesRandom
Setiap lokasi memiliki alamat tertentuWaktu akses tdk tergantung pada urutan akses sebelumnyaContoh RAM
AssociativeData dicarai berdasarkan isinya bukan berdasarkan alamatnyaWaktu akses tdk tergantung terhadap lokasi atau pola aksessebelumnyaContoh: cache
Abdul Rouf - 8
Hierarki Memori
RegisterDalam CPU
Internal/Main memoryBisa lebih dari satu level dengan adanya cache“RAM”
External memoryPenyimpan cadangan
Abdul Rouf - 9
PerformanceAccess time
Waktu untuk melakukan operasi baca-tulis
Memory Cycle timeDiperlukan waktu tambahan untuk recovery sebelum akses berikutnyaAccess time + recovery
Transfer RateKecepatan transfer data ke/dari unit memori
Abdul Rouf - 10
Jenis Fisik
SemiconductorRAM
MagneticDisk & Tape
OpticalCD & DVD
OthersBubbleHologram
Abdul Rouf - 11
Karakteristik
DecayVolatilityErasablePower consumption
OrganisasiSusunan fisik bit-bit untuk membentuk word
Abdul Rouf - 12
Kendala Rancangan
Berapa banyak?Capacity
Seberapa cepat?Time is money
Berapa mahal?
Abdul Rouf - 13
Hierarki
RegistersL1 CacheL2 CacheMain memoryDisk cacheDiskOpticalTape
Abdul Rouf - 14
Ingin Komputer yg Cepat?
Komputer hanya menggunakan static RAMAkan sangat cepatTidak diperlukan cache
Apa perlu cache untuk cache?
Harga menjadi sangat mahal
Abdul Rouf - 15
Locality of Reference
Selama berlangsungnya eksekusi suatu program, referensi memori cenderung untuk mengelompok (cluster)Contoh: loops
Abdul Rouf - 16
Memori Semiconductor
RAM Penamaan yang salah karena semua memorisemiconductor adalah random access (termasuk ROM)Read/WriteVolatilePenyimpan sementaraStatic atau dynamic
Abdul Rouf - 17
Dynamic RAM
Bit tersimpan berupa muatan dalam capacitorMuatan dapat bocorPerlu di-refreshKonstruksi sederhanaUkuran per bit nya kecilMurahPerlu refresh-circuitsLambatMain memory
Abdul Rouf - 18
Static RAM
Bit disimpan sebagai switches on/off Tidk ada kebocoranTdk perlu refreshingKonstruksi lebih complex Ukuran per bit lebih besarLebih mahalTidak memerlukan refresh-circuitsLebih cepatCache
Abdul Rouf - 19
Read Only Memory (ROM)
Menyimpan secara permanenUntuk
Microprogramming Library subroutinesSystems programs (BIOS)Function tables
Abdul Rouf - 20
Jenis ROM
Ditulisi pada saat dibuatSangat mahal
Programmable (once)PROMDiperlukan peralatan khusus untuk memprogram
Read “mostly”Erasable Programmable (EPROM)⌧Dihapus dg sinar UV
Electrically Erasable (EEPROM)⌧Perlu waktu lebih lama untuk menulisi
Flash memory⌧Menghapus seleuruh memori secara electris
Abdul Rouf - 21
Organisasi
16Mbit chip dapat disusun dari 1M x 16 bit word1 bit/chip memiliki 16 lots dengan bit ke 1 dari setiap word berada pada chip 116Mbit chip dapat disusun dari array: 2048 x 2048 x 4bit
Mengurangi jumlah addres pinsMultiplex row address dg column address11 pins untuk address (211=2048)Menambah 1 pin kapasitas menjadi 4x
Abdul Rouf - 22
Refreshing
Rangkaian Refresh diamsukkan dalam chipDisable chipPencacahan melalui barisRead & Write backPerlu waktuMenurunkan kinerja
Abdul Rouf - 23
Contoh: 16 Mb DRAM (4M x 4)
Abdul Rouf - 24
Packaging
Abdul Rouf - 25
OrganisationModule
Abdul Rouf - 26
Organisation Modul (2)
Abdul Rouf - 27
Koreksi kesalahan
Rusak beratCacat/rusak Permanent
Rusak ringanRandom, non-destructiveRusak non permanent
Dideteksi menggunakan Hamming code
Abdul Rouf - 28
Error Correcting Code Function
Abdul Rouf - 29
Cache
Memori cepat dg kapasitas yg sedikitTerletak antara main memory dengan CPUBisa saja diletakkan dalam chip CPU atau module tersendiri
Abdul Rouf - 30
Operasi pada Cache
CPU meminta isi data dari lokasi memori tertentuPeriksa data tersebut di cacheJika ada ambil dari cache (cepat)Jika tidak ada, baca 1 block data dari main memory ke cacheAmbil dari cache ke CPUCache bersisi tags untuk identitas block dari main memory yang berada di cache
Abdul Rouf - 31
Desain Cache
Ukuran (size)Fungsi MappingAlgoritma penggantian (replacement algrthm)Cara penulisan (write policy)Ukuran BlockJumlah Cache
Abdul Rouf - 32
Size
CostSemakin besar semakin mahal
SpeedSemakin besar semakin cepatCheck data di cache perlu waktu
Abdul Rouf - 33
Organisasi Cache
Abdul Rouf - 34
Fungsi Mapping
Ukuran Cache 64kByteUkuran block 4 bytes
diperlukan 16k (214) alamat per alamat 4 bytesJumlah jalur alamat cache 14
Main memory 16MBytesJalur alamat perlu 24 bit
(224=16M)
Abdul Rouf - 35
Direct Mapping
Setiap block main memory dipetakan hanya ke satu jalur cache
Jika suatu block ada di cache, maka tempatnya sudah tertentu
Address terbagi dalam 2 bagianLS-w-bit menunjukkan word tertentuMS-s-bit menentukan 1 blok memoriMSB terbagi menjadi field jalur cache r dan tag sebesar s-r (most significant)
Abdul Rouf - 36
Struktur Alamat Direct MappingTag s-r Line or Slot r Word w
8 14 2
24 bit address2 bit : word identifier (4 byte block)22 bit: block identifier
8 bit tag (=22-14)14 bit slot atau line
2 blocks pada line yg sama tidak boleh memiliki tag yg samaCek isi cache dengan mencari line dan Tag
Abdul Rouf - 37
Table Cache Line pada Direct Mapping
Cache line blocks main memori0 0, m, 2m, 3m…2s-m1 1,m+1, 2m+1…2s-m+1
m-1 m-1, 2m-1,3m-1…2s-1
Abdul Rouf - 38
Organisai Cache Direct Mapping
Abdul Rouf - 39
Contoh Direct Mapping
Abdul Rouf - 40
Keuntungan & Kerugian Direct Mapping
SederhanaMurahSuatu blok memiliki lokasi yang tetap
Jika program mengakses 2 block yang di map ke line yang sama secara berulang-ulang, maka cache-miss sanagat tinggi
Abdul Rouf - 41
Associative Mapping
Blok main memori dpt di simpan ke cache line mana sajaAlamat Memori di interpresi sbg tag dan wordTag menunjukan identitas block memoriSetiap baris tag dicari kecocokannyaPencarian data di Cache menjadi lama
Abdul Rouf - 42
Organisasi Cache Fully Associative
Abdul Rouf - 43
Contoh Associative Mapping
Abdul Rouf - 44
Tag 22 bitWord2 bit
Struktur Address Associative Mapping
22 bit tag disimpan untuk blok data 32 bittag field dibandingkan dg tag entry dalam cache untuk pengecekan dataLS 2 bits dari address menunjukkan 16 bit word yang diperlukan dari 32 bit data blockcontoh
Address Tag DataCache line
FFFFFC FFFFFC 24682468 3FFF
Abdul Rouf - 45
Set Associative Mapping
Cache dibagi dalam sejumlah setsSetiap set berisi sejumlah lineSuatu blok di maps ke line mana saja dalam set
misalkan Block B dapat berada pada line mana saja dari set i
Contoh: per set ada 2 line2 way associative mappingSuatu block dpt berada pada satu dari 2 lines dan hanya dalam 1 set
Abdul Rouf - 46
Contoh Set Associative Mapping
Nomor set 13 bitNomor Block dlm main memori adl modulo 213
000000, 00A000, 00B000, 00C000 … map ke set yang sama
Abdul Rouf - 47
Organisasi Cache: Two Way Set Associative
Abdul Rouf - 48
Struktur Address: Set Associative Mapping
set field untuk menentukan set cache set yg dicariBandingkan tag field untuk mencari datanyaContoh:Address Tag Data Set number
1FF 7FFC 1FF 12345678 1FFF001 7FFC 001 11223344 1FFF
Tag 9 bit Set 13 bitWord2 bit
Abdul Rouf - 49
Contoh Two Way Set Associative Mapping
Abdul Rouf - 50
Replacement Algorithms (1)Direct mapping
Tidak ada pilihanSetiap block hanya di map ke 1 lineGanti line tersebut
Abdul Rouf - 51
Replacement Algorithms (2)Associative & Set Associative
Hardware implemented algorithm (speed)Least Recently used (LRU)e.g. in 2 way set associative
Which of the 2 block is lru?
First in first out (FIFO)replace block that has been in cache longest
Least frequently usedreplace block which has had fewest hits
Random
Abdul Rouf - 52
Write Policy
Must not overwrite a cache block unless main memory is up to dateMultiple CPUs may have individual cachesI/O may address main memory directly
Abdul Rouf - 53
Write through
All writes go to main memory as well as cacheMultiple CPUs can monitor main memory traffic to keep local (to CPU) cache up to dateLots of trafficSlows down writes
Remember bogus write through caches!
Abdul Rouf - 54
Write back
Updates initially made in cache onlyUpdate bit for cache slot is set when update occursIf block is to be replaced, write to main memory only if update bit is setOther caches get out of syncI/O must access main memory through cacheN.B. 15% of memory references are writes
Abdul Rouf - 55
Pentium Cache
Foreground readingFind out detail of Pentium II cache systemsNOT just from Stallings!
Abdul Rouf - 56
Newer RAM Technology (1)
Basic DRAM same since first RAM chipsEnhanced DRAM
Contains small SRAM as wellSRAM holds last line read (c.f. Cache!)
Cache DRAMLarger SRAM componentUse as cache or serial buffer
Abdul Rouf - 57
Newer RAM Technology (2)
Synchronous DRAM (SDRAM)currently on DIMMsAccess is synchronized with an external clockAddress is presented to RAMRAM finds data (CPU waits in conventional DRAM)Since SDRAM moves data in time with system clock, CPU knows when data will be readyCPU does not have to wait, it can do something elseBurst mode allows SDRAM to set up stream of data and fire it out in block
Abdul Rouf - 58
SDRAM
Abdul Rouf - 59
Newer RAM Technology (3)
Foreground readingCheck out any other RAM you can findSee Web site:
The RAM Guide