STRUKTUR DMA

Direct Memory Access (DMA) adalah suatu metode penanganan I/O dimana device controller langsung berhubungan dengan memori utama tanpa intervensi CPU. DMA digunakan untuk perangkat I/O berkecepatan tinggi yang mampu mengirim informasi yang mendekati kecepatan memori. Hanya terdapat satu interupsi yang dihasilkan per blok, yang berbeda dengan perangkat yang mempunyai kecepatan rendah dimana interupsi terjadi per byte.

Keuntungan penggunaan mode DMA dapat dilihat pada operasi multitasking seperti UNIX, karena mentransfer data dengan mode ini akan menghemat sumber daya CPU sehingga CPU dapat melakukan pekerjaan lain. Sedangkan pada DOS (single-tasking) harus menunggu sampai proses selesai terlebih dahulu baru kemudian bisa menjalankan proses berikutnya.

Dua jenis DMA yaitu

1. Third-party DMA, yang menggunakan DMA controller yang ada pada motherboard untuk mengerjakan proses.
2. First-party DMA, atau juga disebut dengan Busmastering DMA, dimana proses dikerjakan oleh bagian logic di interface card.

STRUKTUR PENYIMPANAN

Penyimpanan terdiri dari  memori utama dan memori sekunder. Memori utama (biasanya RAM) adalah satu-satunya tempat penyimapanan yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Idealnya program dan data secara keseluruhan dapat disimpan dalam memori utama secara permanen. Namun hal ini tidak mungkin karena:

1. Ukuran memori utama relatif kecil untuk dapat menyimpan data dan program secara keseluruhan
2. Memori utama bersifat volatile, tidak bisa meyimpan secara permanen, apabila komputer dimatikan maka data yang tersimpan di memori utama akan hilang.

A. Memori Utama

Memori utama merupakan kumpulan blok-blok dimana masing-masing kotak dapat meyimpan suatu penggal informasi baik yang berupa data maupun instruksi dan tiap-tiap lokasi dari blok ditunjukkan oleh suatu alamat (address). Alamat memori merupakan suatu nomor yang menunjukkan lokasi tertentu dari blok memori.

Hanya memori utama dan register yang dapat diakses secara langsung oleh prosesor. Oleh karena itu instruksi dan data yang akan diakses harus disimpan di memori utama atau register.

Untuk mempermudah akses perangkat I/O ke memori, telah disediakan fasilitas pemetaan memori ke I/O. Dalam hal ini sejumlah alamat dipetakan dengan device register. Membaca dan menulis pada alamat memori ini menyebabkan data ditransfer dari dan ke device register. Metode ini cocok untuk perangkat dengan waktu respons yang cepat seperti pada video controller.

Register yang terdapat dalam prosesor dapat diakses dalam waktu 1 clock cycle. Hal ini menyebabkan register merupakan media penyimpanan paling cepat. Bandingkan dengan memori utama yang membutuhkan waktu relatif lama. Untuk mengatasi perbedaan kecepatan, dibuatlah suatu penyangga (buffer) penyimpanan yang disebut cache.

B. Magnetic Disk

Magnetic disk merupakan piranti penyimpanan sekunder yang paling banyak dijumpai pada sistem komputer moderen. Disk adalah sebuah piringan bundar dari logam atau plastik yang dilapisi dengan bahan yang dapat dimagnetisasi. 

Data yang dikirim akan direkam di atasnya dan kemudian dapat dibaca dari disk dengan menggunakan kumparan pengkonduksi (conducting coil) yang dikenal dengan head. Selama operasi pembacaan dan penulisan, head akan bekerja dengan sifat stasioner sedangkan piringan berputar di bawah head tersebut.

Mekanisme pembacaan didasarkan pada arus listrik yang berada di dalam kumparan yang dihasilkan oleh medan listrik yang bergerak relatif terhadap kumparan. Pada saat disk melintasi bagian bawah head, permukaan disk mengeluarkan arus yang mempunyai polaritas yang sama dengan polaritas waktu merekam pada disk tersebut. Lebar piringan disk berkisar antara 1,8 sampai 14 inci.

Head merupakan perangkat yang berbentuk kecil yang dapat membaca dan menulis dari bagian piringan yang ada di bawahnya. Hal ini sanagt berpengaruh dalam organisasi data pada piringan, untuk membentuk track dimana masing-masing track mempunyai lebar yang sama dengan head.

C. Cache Memory

Cache memori ditunjukan untuk memberikan kecepatan memori yang mendekati kecepatan memori yang diperoleh, sekaligus memberikan ukuran memori yang besar dengan harga yang lebih murah dari jenis memori-memori semikonduktor.

Gambar 2.4 Cache memory dan memoti utama

Cache berisi salinan sebagian memori utama. Pada saat CPU membaca sebuah word memori, maka dilakukan pemeriksaan untuk mengetahui apakah word terdapat pada cache atau tidak. Jika ada maka word akan dikirim ke CPU dan jika tidak ada maka block memori utama yang terdiri dari sejumlah word yang tetap akan dibaca ke dalam cache dan kemudia akan dikirim ke CPU.

Ada dua jenis cache:

1. Software cache (caching disk controller), yang berfungsi untuk mempercepat akses data pada disk dengan menyimpan data yang baru digunakan pada memori utama.
2. Hardware cache (on-the-board-cache), yang berfungsi untuk mempercepat akses memori dengan meyimpan data yang baru digunakan dalam memori yang lebih cepat.

D. Ukuran Cache Memory

Ukurannya cukup kecil sehingga rata-rata per bit mendekati harga memori utama dan cukup besar sehingga waktu rata-rata keseluruhan mendekati waktu akses cache. Semakin besar cache, maka semakin besar jumlah gate yang terdapat pada pengalamatan cache. Dengan demikian cache yang berukuran lebih besar cenderung lebih lambat dibandingkan dengan cache berukuran lebih kecil.

E. Storage Hierarchy

Dalam storage hierarchy structure, data yang sama bisa tampil dalam level berbeda dari sistem penyimpanan. Sebagai contoh, integer (x) beralokasi pada bekas (y) yang ditambahkan 1, dengan asumsi bekas (y) terletak pada magnetic disk. Operasi penambahan diproses dengan pertama kali mengeluarkan operasi I/O untuk menduplikasi disk block pada (x) ke dalam cache dan penduplikatan (x) ke dalam internal register.

Dengan demikian penduplikatan (x) terjadi di beberapa tempat. Pertama, terjadi di internal register dimana nilai A berbeda dengan yang di sitem penyimpanan. Nilai di (x) akan kembali sama ketika nilai baru ditulis ulang ke magnetic disk.

Pada kondisi multiprosesor, situasi akan menjadi lebih rumit. Hal ini karena masing-masing prosesor mempuyai local cache. Dalam kondisi seperti ini hasil duplikasi dari x mungkin hanya ada di beberapa cache. Karena CPU (register-register) dapat dijalankan secara bersamaan maka kita harus memastikan perubahan nilai x pada satu cache akan mengubah nilai x pada semua cache yang ada. Hal ini disebut dengan Cache Coherency.

Keterangan :

• Milisecond (ms) : Ribuan operasi per detik (1/1000)
• Microsecond (Us) : Jutaan operasi per detik (1/1.000.000)
• Nanosecond (ns) : Milyard operasi per detik (1/1.000.000.000)
• Picosecond (ps) : Triliun operasi per detik (1/ 1.000.000.000.000)