FSKTM
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)
Control
Data-path
Memory
Processor
Input
Output
FSKTM
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
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
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
Kapasiti
• Saiz Word– The natural unit of organisation
• Bil. word– Or bytes
FSKTM
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
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
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
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
Jenis Fizikal
• Semikonductor– RAM
• Magnetik– Disk & tape
• Optikal– CD & DVD
FSKTM
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
Organisasi
• Keaturan bit2 fizikal dalam word
• Selalunya tidak jelas
• Cth. Interleaved
FSKTM
Kos
Harga sepatutnya bukan hanya meragumi sel2 storan tetapi juga perkakasan peripheral atau litar capaian yg merupakan bhgn penting dalam operasi memori.
FSKTM
The Bottom Line
• How much?– Capacity
• How fast?– Time is money
• How expensive?
FSKTM
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
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
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
Classical DRAM Organization
row
decoder
rowaddress
Column Selector & I/O Circuits Column
Address
data
RAM Cell Array
word (row) select
bit (data) lines
• Row and Column Address together:
–Select 1 bit a time
Each intersection representsa 1-T DRAM Cell
FSKTM
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
Read Only Memory (ROM)
• Storan kekal (Permanent storage)
• Pengaturcaraan mikro (Microprogramming)
• Library subroutines
• Systems programs (BIOS)
• Jadual Kefungsian (Function tables)
FSKTM
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
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’n SRAM: 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
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
Who Cares About the Memory Hierarchy?
µProc60%/yr.(2X/1.5yr)
DRAM9%/yr.(2X/10 yrs)1
10
100
1000
198
0198
1 198
3198
4198
5 198
6198
7198
8198
9199
0199
1 199
2199
3199
4199
5199
6199
7199
8 199
9200
0
DRAM
CPU198
2
Processor-MemoryPerformance Gap:(grows 50% / year)
Per
form
ance
Time
“Moore’s Law”
Processor-DRAM Memory Gap (latency)
FSKTM
Levels of the Memory Hierarchy
CPU Registers100s Bytes<10s ns
CacheK Bytes10-100 ns$.01-.001/bit
Main MemoryM Bytes100ns-1us$.01-.001
DiskG Bytesms10 - 10 cents-3 -4
CapacityAccess TimeCost
Tapeinfinitesec-min10-6
Registers
Cache
Memory
Disk
Tape
Instr. Operands
Blocks
Pages
Files
StagingXPer Unit
prog./compiler1-8 bytes
cache cntl8-128 bytes
OS512-4K bytes
user/operatorMbytes
Upper Level
Lower Level
faster
Larger
FSKTM
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
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
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
Newer RAM Technology (3)
• Foreground reading
• Check out any other RAM you can find
• See web site:– The RAM guide
FSKTM
Types of External Memory
• Magnetic Disk– RAID– Removable
• Optical– CD-ROM– CD-Writable (WORM)– CD-R/W– DVD
• Magnetic Tape
FSKTM
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
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
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
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
Floppy Disk
• 8”, 5.25”, 3.5”
• Kapasiti rendah– Up to 1.44Mbyte (2.88M never popular)
• Perlahan
• Universal
• Mudah
FSKTM
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
Winchester Hard Disk (2)
• Universal
• Murah
• Storan luaran paling laju
• Semakin besar kapasiti dr masa ke semasa– Multiple Gigabyte now usual
FSKTM
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
Finding Sectors
• Mesti boleh mengenalpasti runut dan sektor awalan.
• Format disk– Maklumat tambahan yg bukannya untuk
pengguna. – Tanda runut2 dan sektor2.
FSKTM
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
CD-ROM Drive Speeds
• Audio (kelajuannya tunggal)– Constant linear velocity– 1.2 ms-1
– Track (spiral) is 5.27km long– Gives 4391 seconds = 73.2 minutes
• Other speeds are quoted as multiples• e.g. ada 24x, 54x dsbg• Ini merujuk kpd kelajuan maksima yg blh dicapai
oleh pemacu tersebut.
FSKTM
00 00FF x 10 M
in
Sec
Sec
tor
Mod
e
DataLayeredECC
12 byteSync
4 byteId
2048 byte 288 byte
2352 byte
CD-ROM Format
• Mode 0=blank data field• Mode 1=2048 byte data+error correction• Mode 2=2336 byte data
FSKTM
Random Access on CD-ROM
• Difficult
• Move head to rough position
• Set correct speed
• Read address
• Adjust to required location
• (Yawn!)
FSKTM
CD-ROM for & Against
• Kapasiti - Large capacity (?)• Easy to mass produce• Removable (Boleh Alih)• tegap – sistem yg boleh dipulihkan (Robust)
• Mahal (Expensive for small runs)• Perlahan (Slow)• Baca sahaja (Read only)
FSKTM
Other Optical Storage
• CD-Writable– WORM (Write Once Read Many)– Tidak berapa mahal (mampu dibeli)– Compatible with CD-ROM drives
• CD-RW– Boleh-padam (Erasable)– Semakin murah– Mostly CD-ROM drive compatible
FSKTM
DVD - What’s in a Name?
• Digital Video Disk– Used to indicate a player for movies
• Only plays video disks
• Digital Versatile Disk– Used to indicate a computer drive
• Will read computer disks and play video disks
FSKTM
DVD - Technology
• Multi-layer• Very high capacity (4.7G per layer)• Full length movie on single disk
– Using MPEG compression
• Finally standardized (honest!)• Movies carry regional coding• Players only play correct region films• Can be “fixed”
FSKTM
DVD - Writable
• Loads of trouble with standards (Masalah Piawai)
• First generation DVD drives may not read first generation DVD-W disks
• First generation DVD drives may not read CD-RW disks
• Wait for it to settle down before buying!
FSKTM
Foreground Reading
• Check out optical disk storage options
• Check out mini disk
FSKTM
Magnetic Tape
• Capaian Sesiri
• Perlahan
• Sungguh murah
• Digunakan sbg “Backup & Archive”
FSKTM
Digital Audio Tape (DAT)
• Uses rotating head (like video)
• High capacity on small tape– 4Gbyte uncompressed– 8Gbyte compressed
• Backup of PC/network servers
FSKTM
Virtual Memory
• Diurus oleh OS spy ia kelihatan spt “single large directly addressable main memory” kpd pengaturcara.
• Tiga alasan mengapa m’guna’n Virtual memory• Utk membebaskan pengaturcara drpd keperluan
peruntukkan storan dan utk mendapatkan perkongsian ruang memori yg cekap sesama pengguna yg berlainan.
• Utk menjadikan aturcara2 bebas drpd konfigurasi & kapasiti sistem memori ketika perlaksanaannya
• Utk mendapatkan kadar capaian yg tinggi & kos per bit yg rendah.
FSKTM
Virtual Memory
• Saiz blok informasi yg dipindahkan drpd storan sekunder ke utama (M)
• Swapping• Blok informasi yg dibawa ke dlm M & M menjadi penuh,
maka bbrp segmen M (region of M) mesti dilepaskan utk memberi ruang utk blok baru.
• Replacement policy• Segmen mana yg memegang blok baru
• Placement policy • Missing item fetched from secondary memory only on the
occurrence of a fault • Demand load policy
FSKTM
Virtual Memory
Paging Organization
virtual and physical address space partitioned into blocks of equal sizepage frames
pages
pages
reg
cachemem disk
frame
Top Related