ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER ( Cache Memory )

Assalamualaikum....

Hari ini pengen coba belajar berbagi ilmu yang saya baru dapatin di Kampus dimana saya kuliah, harapan besar sih berguna bagi pembaca sebangsa, setanah air, dan sedunia. Hehehehe...

yang mau di bahas kali ini tentang CACHE MEMORY

PENGERTIAN CACHE MEMORY
Cache  dalam teknologi informasi adalah mekanisme penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi yang digunakan untuk menyimpan data / instruksi yang sering diakses. Cache berasal dari kata cash, Dari istilah tersebut cache adalah tempat menyembunyikan atau tempat menyimpan sementara. Sesuai definisi tersebut cache memori adalah tempat menyimpan data sementara. Cara ini dimaksudkan untuk meningkatkan transfer data dengan menyimpan data yang pernah diakses pada cache tersebut, sehingga apabila ada data yang ingin diakses adalah data yang sama maka maka akses akan dapat dilakukan lebih cepat. Cache memori ini terletak antara register dan memory utama sehingga pemrosesan data tidak langsung mengacu pada memori utama.

FUNGSI CACHE MEMORY
a)  Penggunaan cache ditujukan untuk meminimalisir terjadinya bottleneck dalam aliran data antara processor dan RAM.
b)  mempercepat akses data pada komputer karena cache menyimpan data/informasi yang telah diakses oleh suatu buffer, sehingga meringankan kerja processor.
c)  dengan cache memory, CPU tidak harus menggunakan sistem bus motherboard untuk mentransfer data. Setiap kali data harus melewati bus sistem, kecepatan transfer data memperlambat kemampuan motherboard. CPU dapat memproses data lebih cepat dengan menghindari hambatan yang diciptakan oleh sistem bus
d)  Menjembatani perbedaan kecepatan antara cpu dan memory utama.
e) Mempercepat kinerja memory

CARA KERJA CACHE MEMORY
Jika seorang user memerlukan pengolah data, yang  pertama prosesor akan melihat cache. Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya dengan delay yang sangat kecil. Tetapi jika data yang dicari tidak ditemukan, prosesor akan melihat sebuah RAM kecepatan yang lebih rendah. Secara umum, cache dapat menyediakan data yang dibutuhkan oleh prosesor sehingga pengaruh kerja RAM yang lambat dapat dikurangi.  Dengan cara ini, bandwidth memory akan naik dan kerja prosesor menjadi lebih efisien.Selain itu, kapasitas memori cache yang semakin besar juga akan meningkatkan kecepatan kerja komputer secara keseluruhan. Ada dua jenis cache yang sering digunakan dalam dunia komputer adalah caching memori dan disk caching. Karena memori dalam bentuk kecepatan media penyimpanan data khusus yang tinggi.Pelaksanaan caching memori sering disebut sebagai cache memori dan terdiri dari memori komputer jenis SDRAM berkecepatan tinggi. Sementara pelaksanaan disk caching menggunakan sebagian dari memori komputer. (SDRAM yaitu memori dinamik tersinkronisasi (Synchronous DRAM) merupakan perkembangan lebih lanjut dari DRAM. Akses pada memori disinkronkan dengan frekuensi sistim prosesor sehingga menghemat waktu. Pada motherboard modern, SDRAM berfungsi sebagai pengganti langsung DRAM ) DRAM, yaitu memori dinamik (''Dynamic Random Access Memory) adalah bentuk yang paling umum. DRAM hanya menggunakan sebuah kapasitor untuk menyimpan, sehingga kecil dan murah untuk kapasitas besar. Kekurangannya: kecepatannya tidak begitu tinggi. Sedangkan SRAM,yaitu memori statik (Static RAM) ini menggunakan sakelar elektronik (flip-flop) untuk menyimpan. secara teknis flip-flop pada RAM lebih rumit dari kapasitor pada DRAM. Karena lebih cepat, SRAM biasanya digunakan untuk cache L1 atau L2.

Dalam mekanisme kerjanya, data yang akan diproses oleh prosesor, pertama kali dicari di L1 cache, bila tidak ada maka akan diambil dari L2 cache, kemudian dicari di L3 cache (bila ada). Jika tetap tidak ada, maka akan dicari di memori utama. Pengambilan data di L2 cache hanya dilakukan bila di L1 cache tidak ada.Lebih jelasnya proses baca tulis data yang dilakukan oleh prosesor ke memori utama dapat dijelaskan sebagai berikut:

•  Ketika data dibaca/ditulis di memori utama (RAM) oleh prosesor, salinan data beserta address-nya (yang diambil/ditulis di memori utama) disimpan juga di cache. Sewaktu prosesor memerlukan kembali data tersebut, prosesor akan mencari ke cache, tidak perlu lagi mencari di memori utama.
•  Jika isi cache penuh, data yang paling lama akan dibuang dan digantikan oleh data yang baru diproses oleh prosesor. Proses ini dapat menghemat waktu dalam proses mengakses data yang sama, dibandingkan jika prosesor berulang-ulang harus mencari data ke memori utama.
• Secara logika, kapasitas cache memory yang lebih besar dapat membantu memperbaiki kinerja prosesor, setidak-tidaknya mempersingkat waktu yang diperlukan dalam proses mengakses data.

Elemen rancangan cache
Elemen-elemen penting dari rancangan memory cache adalah sebagai berikut:

•   Ukuran cache, disesuaikan dengan kebutuhan untuk membantu kerja memori. Semakin besar ukuran cache semakin lambat karena semakin banyak jumlah gerbang dalam pengalamatan cache.
•  Fungsi Pemetaan (Mapping), terdiri dari Pemetaan Langsung, Asosiatif, Asosiatif Set.Pemetaan langsung merupakan teknik yang paling sederhana, yaitu memetakkan masing-masing blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja. Pemetaan asosiatif dapat mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara mengizinkan setiap blok memori utama untuk dimuatkan ke sembarang saluran cache. Hal ini menurut artikel dari Yulisdin Mukhlis, ST., MT
•  Algoritma Penggantian, terdiri dari Least Recently Used (LRU) / algoritma penggantian cache, First in First Out (FIFO),Least Frequently Used (LFU), Acak. Algoritma penggantian digunakan untuk menentukan blok mana yang harus dikeluarkan dari cache untuk menyiapkan tempat bagi blok baru. Ada 2 metode algoritma penggantian yaitu Write-through dan Write-back.Write-through adalah Cache dan memori utama diupdate secara bersamaan waktunya. Sedangkan Write-back melakukan update data di memori utama hanya pada saat word memori telah dimodifikasi dari cache.
•   Ukuran blok, blok-blok yang berukuran Iebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Setiap pengambilan blok menindih isi cache yang lama, maka sejumlah kecil blok akan menyebabkan data menjadi tertindih setelah blok itu diambil. Dengan meningkatnya ukuran blok, maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta,sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya untuk di perlukan dalam waktu dekat.(Dikutip dari artikel milik Yulisdin "Mukhlis, ST., MT")
•  Line size, Jumlah cache, Satu atau dua dua tingkat, kesatuan atau terpisah

 KAPAN CACHE MEMORY DIGUNAKAN ?
Cache memory merupakan memori yang memiliki kecepatan sangat tinggi, digunakan sebagai perantara antara RAM dan CPU. Memori ini mempunyai kecepatan lebih tinggi daripada RAM.  Memori ini digunakan untuk menjembatani perbedaan kecepatan CPU yang sangat tinggi dengan kecepatan RAM yang jauh lebih rendah.
Dengan menggunakan cache, sejumlah data dapat dipindahkan ke memori ini dalam sekali waktu, dan kemudian ALU akan mengambil data tersebut dari memori ini. Dengan pendekatan seperti ini, pemrosesan data dapat dilakukan lebih cepat daripada kalau CPU mengambil data secara langsung dari RAM.

 Siapa yang paling memerlukan Cache Memory?
Saat ada perintah , Prosesor  membutuhkan suatu data, pertama-tama ia akan mencarinya pada Cache, Cache memori merupakan jenis memory yang berukuran kecil tetapi memiliki kecepatan sangat tinggi. Cache memory ini terletak pada IC (Integrated Circuit) procesor atau dekat dengan procesor. Cache memori berfungsi sebagai tempat penyimpanan instruksi sementara atau menyimpan data yang terakhir kali atau paling sering dipergunakan oleh CPU. Hal tersebut sangat berguna untuk menghemat waktu dalam mengakses kembali instruksi dan data tersebut.Sewaktu instruksi atau data dibaca atau ditulis pada memori, salinan beserta address pada memory akan disimpan juga dalam cache memory. Dengan demikian, sewaktu data diperlukan maka prosesor akan membaca dari cache dan tidak akan mencari pada memori. Proses ini akan sangat menghemat waktu dalam mengakses sebuah data. Apabila kapasitas dalam cache memory penuh maka cache secara otomatis akan menghapus data yang lama kemudian akan digantikan dengan data yang terakhir dipakai oleh prosesor.

 Dimanakah letak Cache Memory di komputer?

 a.  terdapat didalam prosesor ( on chip )Cache internal diletakkan dalam prosesor sehingga tidak memerlukan bus eksternal, maka waktu aksesnya akan sangat cepat sekalib. Terdapat diluar Processor(off chip) berada pada MotherBoard, memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat cepat, meskipun tidak secepat chache memori jenis pertama

• L1 (Level One) CacheL1 Cache atau First Level Cache atau disebut juga dengan Primary Cache merupakan memori yang pertama kali diakses apabila prosesor membutuhkan atau mencari suatu data. Memori ini terletak paling dekat dengan procesor (dekat dengan blok Control Unit). Memori ini memiliki kecepatan akses dalam hitungan nanodetik(sepermilyar detik). Data yang berada pada cache memori jenis ini adalah data yang paling penting dan paling sering diakses. Biasanya data yang disimpan telah diatur melalui sistem operasi dengan prioritas tertinggi.
• L2 ( Level Two) CacheL2 Cache atau Second Level Cache atau disebut juga Secondary Cache memiliki kapasitas lebih besar tetapi memiliki kecepatan yang lebih lambat dibanding L1 Cache. Data yang disimpan dalam L2 Cache akan dicari hanya jika data yang diperlukan tidak ditemukan di L1 Cache. Apabila tetap tidak ditemukan maka prosesor akan meneruskan pencariannya di memory.