Pert-06 Memori sekunder (2022-0916) PDF

Organisasi dan Arsitektur Komputer CII2A3 Memori Sekunder Tim Dosen COA Fakultas Informatika Universitas Telkom September 2022 Rencana Studi Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #1...

Organisasi dan Arsitektur Komputer CII2A3 Memori Sekunder Tim Dosen COA Fakultas Informatika Universitas Telkom September 2022 Rencana Studi Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #1 Part 1: Bagaimana cara kerja head baca/tulis di harddisk? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #2  Hirarki Memori Registers → Biaya per bit makin L1 Cache murah L2 Cache → Kapasitas makin besar Main memory (RAM) → Waktu akses makin Disk cache lama →Frekuensi diakses Disk (Harddisk) oleh prosesor makin jarang Optical (CD, DVD) Magnetic tape Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #3 Memori Sekunder (Harddisk) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #4 Memori Sekunder (SSD) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #5 USB Flash Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #6 Memori Eksternal Memori eksternal: – Magnetic Disc – Optical Disk – Magnetic Tape – USB flash – Secure Digital (SD) card – Multimedia Card (MMC) – Stick memory – Compact Flash (CF) I dan II – Dll Magnetic Disc – Berbentuk piringan dari alluminium, alluminium alloy, atau glass yang dilapisi bahan yang dapat dibuat magnet – Kelebihan bahan dari glass dibanding bahan yang lain: Lapisan magnet lebih uniform → reliability naik Mengurangi read-write error Mendukung lower fly heights Lebih kaku Lebih tahan terhadap goncangan dan kerusakan Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #7 Magnetic Disc (1) Mekanisme read-write: – Write dan read melalui koil konduktif yang disebut head – Head untuk read/write dapat menjadi satu atau terpisah – Pada saat baca: head diam, disc berputar – Proses write Arus mengalir melalui koil menghasilkan medan magnet Pulsa dikirimkan ke head Pola magnetik disimpan pada permukaan disk di bawahnya – Proses read (traditional) Medan magnet bergerak relatif terhadap koil sehingga menghasilkan arus Koil untuk read dan write adalah sama – Proses read (contemporary) Digunakan head terpisah (dekat dengan head write) Digunakan sensor magneto resistive (MR) yang terpisah Resistant elektrik nilainya tergantung dari arah medan magnet Dapat digunakan pada operasi dengan frekuensi tinggi→data dan kecepatan lebih tinggi Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #8 Magnetic Disc (2) Mekanisme read-write: (model contemporary) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #9 Magnetic Disc (3) Pengorganisasian data Satu sisi lingkaran terdiri dari ribuan jalur melingkar yang disebut track Satu track dengan track yang lain dipisahkan oleh intertrack gap Fungsi gap untuk mencegah: - interferensi medan magnet - error akibat salah penempatan head Satu track terdiri dari ratusan sektor yang dipisahkan dengan gap Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #10 Magnetic Disc (4) Layout disk – Constant Angular Velocity (CAV) – Multiple Zoned Recording (MZR) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #11 Magnetic Disc (5) Constant Angular Velocity (CAV): Sektor Sektor semakin dalam semakin luar Luas : - makin sempit - makin luas Jumlah byte : - tetap (sama) - tetap (sama) Sector gap : - makin sempit - makin renggang Putaran disk : - makin pelan - makin cepat Data rate : - tetap (sama) - tetap (sama) Jumlah sector/: - tetap (sama) - tetap (sama) track Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #12 Magnetic Disc (6) Kelebihan/kekurangan CAV: (+) Setiap blok data dapat diakses berdasarkan track dan sektor (+) Pencarian data lebih cepat (-) Data di sektor bagian luar kurang padat (-) Kapasitas dibatasi oleh kemampuan sektor bagian dalam menyimpan data Multiple Zoned Recording (MZR) – Jumlah sektor tiap track berbeda-beda, makin ke dalam makin sedikit – Jumlah bit tiap sektor sama – Luas tiap sektor sama – Putaran disk tetap – Kelebihan/kekurangan: (+) Kapasitas lebih besar (-) Perlu circuitry lebih kompleks Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #13 Magnetic Disc (7) Contoh format disk: Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #14 Karakteristik Magnetic Disc (1) Karakteristik fisik: (a) Gerakan head (b) Disc portability (c) Jumlah permukaan (d) Jumlah platter (e) Mekanisme head (a) Gerakan head: – Tetap (fixed) → satu track satu head – Bergerak (movable head) → satu permukaan satu head Head berpindah-pindah dari satu track ke track yang lain Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #15 Karakteristik Magnetic Disc (2) (b) Disc portability: – Non removable disc: Disc terpasang permanen di dalam disk drive (misal harddisk) – Removable disc: Disk dapat dilepas dari disk drive dan diganti dengan disk yang lain (misal: floppy disk dan ZIP cartridge disk) (c) Jumlah permukaan: – Single-sided (satu sisi) – Double-sided (dua sisi) (d) Jumlah platter: – Single (satu piringan, misal floppy disk) – Multiple (banyak piringan, misal HD) Jumlah head sebanyak jumlah permukaan Head bergerak maju/mundur bersamaan Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #16 Karakteristik Magnetic Disc (3) Multiple platter: Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #17 Karakteristik Magnetic Disc (3) (e) Mekanisme head: – Kontak fisik: Head kontak langsung dengan lapisan magnetik (misal floppy disc) – Berjarak tetap: Antara head dan lapisan magnetik terdapat jarak yang tetap (tidak menempel) – Celah aerodinamis: Bila disk diam – head menempel pada permukaan magnetik Bila disk berputar → head terangkat sebagai akibat efek aerodinamis Jarak antara head dan permukaan magnetik sangat dekat → diperoleh kerapatan data lebih tinggi Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #18 Part 2: Bagaimana cara menghitung lama waktu baca data di harddisk? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #19 Parameter Performansi Disk (1) Istilah/definisi: – Wait for device: Waktu sejak ada I/O request s.d. device tersedia – Wait for channel: Waktu tunggu yang diperlukan jika terdapat lebih dari satu device sejenis (satu kabel 2 harddisk) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #20 Parameter Performansi Disk (2) – Seek time: Waktu yang diperlukan oleh head untuk menuju track = initial startup + waktu untuk menuju track + settling time tidak linear dengan jumlah track rata-rata < 10 ms – Rotational delay/latency: Waktu yang diperlukan untuk menuju sektor yang diinginkan Kecepatan disk = 3600 – 15000 rpm → 1 rotasi = 16,67 – 4 ms Rata-rata 2 ms (4 ms/2) Floppy disk = 300 – 600 rpm → rata-rata = 100 – 50 ms – Access time: Seek time + rotational delay Waktu untuk menuju posisi disk yang akan dibaca/ditulisi Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #21 Parameter Performansi Disk (3) – Transfer time (T): Waktu yang diperlukan untuk transfer data T = b/rN = b x rotational delay / N b = jumlah byte yang ditransfer r = kecepatan rotasi (putaran per detik) N = Jumlah byte pada track Rata-rata akses disk (Ta): Ta = Ts + r/2 + b/rN Ts = rata-rata seek time Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #22 Parameter Performansi Disk (3) Contoh: – Sebuah disk mempunyai spesifikasi sbb: Average seek time = 4 ms Kecepatan rotasi = 7500 rpm Jumlah byte per sektor = 512 byte Jumlah sektor per track = 500 sektor Berapa total transfer time untuk membaca data sebanyak 2500 sektor (1,22 Mbyte)? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #23 Parameter Performansi Disk (4) Kasus 1: sequential access (data terletak pada 5 track berurutan) – Average seek (Ts) = 4 ms – Kecepatan rotasi = 7500 rpm = 7500 rotasi per menit →1 menit = 60 detik = 60000 ms →Rotational delay = 60/7500 detik = 60000/7500 ms = 8 ms →Rotational delay rata-rata = 8/2 ms = 4 ms – Waktu baca data 500 sektor (1 track) = b/rN = 500 sektor x 512 byte / ( (7500 putaran / 60 detik) x 500 sektor x 512 byte) = 1 / (7500 putaran / 60 detik) = 60 detik / 7500 putaran = 60000/7500 ms = 8 ms → waktu baca data 1 track penuh setara dengan rotational delay – Waktu untuk membaca track I = 4 ms + 4 ms + 8 ms = 16 ms – Waktu untuk membaca setiap track berikutnya = 4 ms + 8 ms = 12 ms (tanpa seek time) – Total waktu yang diperlukan = 16 + 4 x 12 = 64 ms = 0,064 detik Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #24 Parameter Performansi Disk (5) Kasus 2: random access (setiap sektor tersebar secara acak di seluruh disk) – Average seek = 4 ms – Rotational delay rata-rata = 4 ms – Waktu baca 1 sektor = (1/500) x rotational delay = (1/500) x 8 ms = 0,016 ms – Total waktu untuk membaca 1 sektor = = average seek + rotational delay rata-rata + waktu baca 1 sektor = 4 ms + 4 ms + 0,016 ms = 8,016 ms – Total waktu untuk membaca 2500 sektor = 2500 x 8,016 ms = 20040 ms = 20,04 detik !!! → Letak data yang akan dibaca menentukan transfer time Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #25 Parameter Performansi Disk (6) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #26 Teknologi HDD terkini 1. PMR (Perpendicular Magnetic Recording) – Teknik perekaman baru yang dapat meningkatkan kapasitas harddisk 2. AF (Advanced Format) – 512 Byte/Sector diperbesar menjadi 4096 Byte/Sector 3. HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) – Meningkatkan kapasitas HDD dengan memanaskan HDD pada saat perekaman 4. SMR (Shingled Magnetic Recording) – Meningkatkan kapasitas HDD dengan menulis data baru di atas sebagian dari data lama (seperti susunan genteng/shingle) 5. Multi Actuator technology – Meningkatkan kecepatan HDD dengan cara pembacaan konkuren oleh beberapa actuator sekaligus Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #27  Part 3: Apa perbedaan antara satu jenis RAID dengan jenis RAID lainnya? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #28 RAID Redundant Array of Independent Disks Redundant Array of Inexpensive Disks 7 cara konfigurasi (level 0 – level 6) Beberapa disk fisik yang dipandang sebagai satu drive logic oleh OS Data didistribusikan sepanjang drive fisik Dapat memanfaatkan kapasitas redundant untuk menyimpan mekanisme pengecekan error Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #29 RAID 0 Tidak ada redundancy RAID 0 menggunakan proses striping – Data disimpan ke dalam beberapa disk secara parallel untuk mempercepat proses baca/tulis Striping bersifat Round Robin Increase speed: – Data yang diminta bisa terletak pada harddisk yang berbeda – Pencarian data bisa dilakukan secara paralel – Sekelompok data dapat diletakkan di harddisk yang berbeda Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #30  RAID 1 Mirrored Disks Recovery sederhana – Penyimpanan pada suatu disk akan – faulty disk ditukar & re- diduplikat di disk lain mirror Data juga mengalami striping – Tidak ada down time Setiap data mempunyai 2 copy (-) mahal – Read dapat dilakukan pada salah satu copy – Write dilakukan di kedua copy Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #31 RAID 2 Harddisk disinkronkan RAID 2 menggunakan striping level byte Koreksi error dihitung berdasarkan bit-bit di dalam harddisk yang berbeda- beda Koreksi error menggunakan Hamming code – Bit hamming code tersimpan dalam beberapa disk Redundancy banyak – Mahal – Tidak digunakan Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #32 RAID 3 Mirip RAID 2 Hanya satu redundant disk, berapa pun besarnya array Pengecekan error menggunakan parity bit Data pada drive yang gagal bisa direkontruksi dari data yang selamat dan info parity Transfer rate sangat tinggi (karena striping) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #33 RAID 4 Setiap disk beroperasi independent – Tidak paralel Bagus untuk I/O request rate tinggi Stripe berukuran besar (block) Bit-bit parity dikalkulasikan sepanjang stripe pada setiap disk Parity disimpan dalam parity disk (-) jika parity disk gagal, tidak ada mekanisme pengecekan error Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #34 RAID 5 Seperti RAID 4 Perbedaan: Parity di-striped di semua disk Alokasi Round Robin untuk semua parity stripe Mengatasi bottleneck parity disk pada RAID 4 Digunakan secara umum dalam network server Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #35 RAID 6 Menggunakan dua paritas Disimpan pada block berbeda pada setiap disk User requirement untuk N data memerlukan N+2 kapasitas Data availability tinggi – Tiga disk gagal untuk data loss – Write penalty signifikan Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #36 Data Mapping for a RAID Level 0 Array Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #37 RAID Levels Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #38 Part 4: Bagaimana cara baca/tulis data di media optik? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #39 OPTICAL MEMORY CD (Compact Disk): – Non erasable disk – Untuk menyimpan data audio digital dengan durasi selama lebih dari 60 menit – Diameter 12 cm CD ROM (CD Read Only Memory) – Non erasable disk – Untuk menyimpan data komputer – Kapasitas sekitar 680 Mbyte – Diameter 12 cm Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #40 CD ROM (1) – Data disimpan dalam bentuk pits – Cara baca dengan memantulkan sinar laser – Kerapatan data konstan – Kecepatan linear konstan Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #41 CD ROM (2) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #42 CD ROM (3) – Kelebihan CD ROM dibanding CD: Lebih rugged Mempunyai error-correction – Permukaan CD ROM terdiri dari satu track berbentuk spiral – Awal track berada di dekat pusat – Track terbagi menjadi sektor yang ukurannya sama – Data rate tetap → putaran disk di dekat pusat lebih cepat – CD audio: Kecepatan linear konstan Single speed = 1.2 m/s Panjang track (spiral) = 5.27 km !!! Lama waktu = 4391 seconds = 73.2 menit – Kecepatan yang lain merupakan kelipatannya (misal 8x, 24x, 52x, dll), referensi diambil dari kecepatan floppy disc = 150 kBps Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #43 CD ROM (4) – Format blok CD ROM: – Data dikelompokkan dalam blok – Blok terbagi menjadi: 12 byte sinkronisasi 4 byte header 2048 byte data 288 byte auxiliary: – mode 0: field data blank – mode 1: field Error Correcting Code (ECC) – mode 2: no ECC → field data = 2336 byte Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #44 CD ROM (5) – Prosedur random akses (alamat tertentu): Gerakkan head ke general area Sesuaikan putaran disk Baca alamat Atur posisi head Baca data yang diinginkan – Kelebihan/kekurangan CD ROM dibanding harddisk: (+) duplikasi data massal lebih murah (+) removable → dapat sebagai arsip (+) lebih tahan terhadap gangguan (-) read only (-) akses time lebih lama (MENGAPA???) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #45 CD R/RW CD-Recordable (CD-R) – Hanya dapat ditulisi satu kali saja – Digunakan untuk membuat copy data dalam jumlah kecil – Kompatibel dengan drive CD ROM CD-RW – Dapat ditulisi berkali-kali – Kebanyakan kompatibel dengan drive CD ROM – Sebagai penyimpanan data sekunder – Mempunyai kehandalan tinggi – Tahan lama Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #46  Part 5: Mengapa DVD dapat menampung data lebih besar? Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #47 DVD (1) DVD = Digital Video Disk – Hanya menyimpan data video saja DVD = Digital Versatile Disk – Dapat menyimpan data komputer dan data video Macam-macam DVD: (a) DVD-ROM DVD-5: satu sisi dan satu lapis, kapasitas total = 4,37 GB DVD-9: satu sisi dan dua lapis dimana kapasitas setiap lapisan adalah 4,37 GB dan 7,95 GB, sehingga kapasitas total menjadi 12,32 GB DVD-10: dua sisi masing-masing satu lapis, kapasitas total sebesar 8,74 GB DVD-18: dua sisi masing-masing dua lapis, kapasitas totalnya sebesar 15,9 GB Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #48 DVD (2) (b) DVD-R (Readable) DVD-R Authority (A): untuk membuat master DVD pada proses penduplikasian DVD pada mesin khusus dan menggunakan region code (kode wilayah) – Satu sisi = 4,7 GB – Dua sisi = 9,4 GB DVD-R General (G): untuk membuat master pada proses duplikasi yang lebih sederhana dan tidak menggunakan region code Dapat ditulisi satu kali saja (c) DVD-RW (Readable-Writeable) Dapat ditulisi sampai 1000 kali Kapasitas sama dengan DVD-R Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #49 DVD (3) Mengapa kapasitas dapat besar? – Jarak antar bit dan jarak antar lingkaran lebih kecil → dapat menyimpan data hingga 4,7 GB CD DVD Jarak antar bit 0,834 µm 0,4 µm Jarak antar spiral 1,6 µm 0,74 µm – Dalam satu sisi digunakan 2 layer untuk menyimpan data → kapasitas menjadi 8,56 GB – Jika kedua sisi disk digunakan untuk menyimpan data → kapasitas total menjadi 17 GB !!! Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #50 DVD (4) Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #51 Karakteristik memori optik Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #52 Referensi [STA19] Stalling, William. 2019. “Computer Organization and Architecture: Designing for Performance”. 11th edition. Prentice Hall. https://www.mrfdn.com/2019/06/jenis-ssd- terbaru.html https://computer.indo-solution.com/macam-macam- jenis-harddisk-pada-komputer-dan-laptop/ Organisasi dan Arsitektur Komputer – CII2A3/2022 #53