1. 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

2. 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.

3. 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)

4. 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

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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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.

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

11. 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).

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

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

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

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. FSKTM Classical DRAM Organization rowdecoderrowdecoder row address 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 represents a 1-T DRAM Cell

19. 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.

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

21. 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

22. 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

23. 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

24. FSKTM Who Cares About the Memory Hierarchy? µProc 60%/yr. (2X/1.5yr) DRAM 9%/yr. (2X/10 yrs) 1 10 100 1000 19801981198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000 DRAM CPU 1982 Processor-Memory Performance Gap: (grows 50% / year) Performance Time “Moore’s Law” Processor-DRAM Memory Gap (latency)

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

26. 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)

27. 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

28. 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

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

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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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

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

36. 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

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

38. 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?

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

40. 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)

41. 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)

42. 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

43. 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

44. 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.

45. 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

46. 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

47. 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

48. 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

49. 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!!!!!

50. 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)

51. 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.

52. FSKTM 00 FF x 10 Min Sec Sector Mode Data Layered ECC 12 byte Sync 4 byte Id 2048 byte288 byte 2352 byte CD-ROM Format Mode 0=blank data field Mode 1=2048 byte data+error correction Mode 2=2336 byte data

53. FSKTM Random Access on CD-ROM Difficult Move head to rough position Set correct speed Read address Adjust to required location (Yawn!)

54. 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)

55. 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

56. 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

57. 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”

58. 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!

59. FSKTM Foreground Reading Check out optical disk storage options Check out mini disk

60. FSKTM Magnetic Tape Capaian Sesiri Perlahan Sungguh murah Digunakan sbg “Backup & Archive”

61. FSKTM Digital Audio Tape (DAT) Uses rotating head (like video) High capacity on small tape –4Gbyte uncompressed –8Gbyte compressed Backup of PC/network servers

62. 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.

63. 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

64. FSKTM Virtual Memory Paging Organization virtual and physical address space partitioned into blocks of equal size page frames pages reg cache mem disk frame