Cache and Hirarki Memory ( Cara kerja Cache)

Cache dan hirarki memory cpu

ORGANISASI ARSITEKTUR KOMPUTER

Cache Memori dan Hirarki Memory

Cache memori merupakan memori tercepat kedua setelah register. Cache memori ini adalah memori yang memiliki kapasitas terbatas namun memiliki kecepatan yang sangat tinggi dan harga yang lebih mahal dari memori utama. Cache memori terletak diantara memori utama dan register CPU, dan berfungsi agar CPU tidak langsung mengacu ke memori utama tetapi di cache memori yang kecepatan aksesnya lebih tinggi. Metode ini akan meningkatkan kinerja system. Kecepatan memori utama sangat rendah dibandingkan kecepatan prosessor modern. Untuk performa yang baik, prosessor tidak dapat membuang waktunya dengan menunggu untuk mengakses instruksi dan data pada memori utama.

Manage Hirarki Memory

Registry --- Memory

Cache --- Memory

Memory --- Disk

Level Cache

Cache memori level 1 (L1) adalah cache memori yang terletak dalam prosesor (cache internal). Cache ini memiliki kecepatan akses paling tinggi dan harganya paling mahal. Ukuran memori berkembang mulai dari 8Kb, 64Kb dan 128Kb.

Cache level 2 (L2) memiliki kapasitas yang lebih besar yaitu berkisar antara 256Kb sampai dengan 2Mb. Namun cache L2 ini memiliki kecepatan yang lebih rendah dari cache L1.
Cache L2 terletak terpisah dengan prosesor atau disebut dengan cache eksternal.

Cache level 3 hanya dimiliki oleh prosesor yang memiliki unit lebih dari satu misalnya dualcore dan quadcore. Fungsinya adalah untuk mengontrol data yang masuk dari cache L2 dari masing-masing inti prosesor.

Cara Kerja cache

Cara kerja cache yaitu melakukan proses copy dari memory utama. Misal CPU meminta perintah yang akan dieksekusi, perintah tersebut dilihat dulu ke cache jika pada cache tidak ada maka cache akan menanyakan ke memori utama, setelah cache mendapatkan data/perintah dari memori utama, cache memberikannya lagi ke CPU.

Proses HITT yaitu Jika yang akan dieksekusi/perintah berada di cache, maka akan dikirimkan ke CPU yang dikenal sebagai .

Proses MISS yaitu Jika tidak ada, maka blok memori utama yang terdir idari sejumlah data/perintah tetap akan diletakkan di cache yang dikenal sebagai proses MISS dan selanjutnya dikirim ke CPU.

Terdapat beberapa mekanisme komunikasi yang berhubungan dengan I/O, yaitu :

1. Programmed I/O

Pada mekanisme ini, processor bertanggung jawab dalam transfer data dari perangkat eksternal ke memory dan sebaliknya. Pada saat processor melakukan eksekusi dan mendapatai instruksi yang berkaitan dengan I/O, maka akan menerbitkan perintah ke modul I/O yang bersangktan. Modul I/O yang bersangkutan akan melakukan aksi yang diminta processor. Sebagai mekanisme untuk menentukan status transfer I/O, modul I/O tidak dapat melakukan interrupt pada processor, sehingga, processor secara periodik melakukan pengecekan akan status tersebut.

2. Interrupt-driven I/O

Masalah pada programmed I/O adalah bahwa processor harus menunggu hingga modul I/O siap untuk melakukan transfer yang mengakibatkan processor musti melakukan pengecekan yang berulang-ulang atas status modul I/O.Alternatifnya, processor menerbitkan perintah ke modul I/O dan kemudian processor melanjutkan eksekusinya atas instruksi yang lain.

Modul I/O akan melakukan interrupt ke processor untuk meminta layanan jika modul I/O telah siap saling bertukar data dengan processor.Processor kemudian melakukan eksekusi atas instruksi perpindahan data.Setelah selesai, processor akan melanjutkan eksekusi instruksi sebelumnya, sebelum peocessor di interrupt oleh modul I/O.

3. Direct Memory Access (DMA)

Interrupt-Driven I/O dirasa lebih efisien daripada programmed I/O, namun Interrupt-Driven masih memerlukan intervensi aktif dari processor.

Kesulitan yang dihadapi oleh programmed I/O dan Interrupt-Driven I/O adalah :

a. Kecepatan transfer I/O dibatasi oleh kecepatan processor dalam memeriksa dan melayani perangkat eksternal.

b. Processor terikat oleh kegiatan mengatur transfer I/O.

Jika terdapat data yang bervolume besar, diperlukan teknik yang lebih efisien. Direct Memory Access (DMA) diperkenalkan sebagai solusi untuk menyediakan modul yang terpisah yal ng terdapat pada sistem BUS atau menggabungkanya dengan modul I/O. Pada saat akan melakukan pembacaan atau penulisan suatu blok data, processor mengeluarkan perintah ke modul DMA dengan cara mengirimkan informasi sebagai berikut :

1. Apakah read atau write yang diminta ?

2. Apakah perangkat I/O terlibat ?

3. Lokasi awal dalam memory yang akan dibaca atau ditulis ?

4. Jumlah word yang akan dibaca atau ditulis ?

Setelah memberikan perintah ke DMA, processor melanjutkan eksekusinya atas instruksi yang lain.DMA melakukan transfer data dari perangkat eksternal ke main memory tanpa intervensi processor. Setelah process transfer selesai, DMA akan melakukan interrupt ke processor. Sehingga processor hanya dilibatkan pada permulaan dan akhir dari proses transfer.