Memori komputer

Memori (atau lebih tepat disebut memori fisik) merupakan istilah generik yang merujuk pada media penyimpanan data sementara pada komputer. Setiap program dan data yang sedang diproses oleh prosesor akan disimpan di dalam memori fisik. Data yang disimpan dalam memori fisik bersifat sementara, karena data yang disimpan di dalamnya akan tersimpan selama komputer tersebut masih dialiri daya (dengan kata lain, komputer itu masih hidup). Ketika komputer itu direset atau dimatikan, data yang disimpan dalam memori fisik akan hilang. Oleh karena itulah, sebelum mematikan komputer, semua data yang belum disimpan ke dalam media penyimpanan permanen (umumnya berbasis disk, semacam hard disk atau floppy disk), sehingga data tersebut dapat dibuka kembali di lain kesempatan. Memori fisik umumnya diimplementasikan dalam bentuk Random Access Memory (RAM), yang bersifat dinamis (DRAM). Mengapa disebut Random Access, adalah karena akses terhadap lokasi-lokasi di dalamnya dapat dilakukan secara acak (random), bukan secara berurutan (sekuensial). Meskipun demikian, kata random access dalam RAM ini sering menjadi salah kaprah. Sebagai contoh, memori yang hanya dapat dibaca (ROM), juga dapat diakses secara random, tetapi ia dibedakan dengan RAM karena ROM dapat menyimpan data tanpa kebutuhan daya dan tidak dapat ditulisi sewaktu-waktu. Selain itu, hard disk yang juga merupakan salah satu media penyimpanan juga dapat diakses secara acak, tapi ia tidak digolongkan ke dalam Random Access Memory.

     Memori merupakan bagian dari komputer yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan informasi yang harus diatur dan dijaga sebaik-baiknya. Memori biasanya disebut juga dengan istilah : computer storage, computer memory atau memory, merupakan piranti komputer yang digunakan sebagai media penyimpan data dan informasi saat menggunakan komputer. Memory merupakan bagian yang penting dalam komputer modern dan letaknya di dalam CPU (Central Processing Unit). Sebagian besar komputer memiliki hirarki memori yang terdiri atas tiga level, yaitu:

physical Register di CPU, berada di level teratas. Informasi yang berada di register dapat diakses dalam satu clock cycle CPU.

Primary Memory (executable memory), berada di level tengah. Contohnya, RAM. Primary Memory diukur dengan satu byte dalam satu waktu, secara relatif dapat diakses dengan cepat, dan bersifat volatile (informasi bisa hilang ketika komputer dimatikan). CPU mengakses memori ini dengan instruksi single load dan store dalam beberapa clock cycle.

Secondary Memory, berada di level bawah. Contohnya, disk atau tape. Secondary Memory diukur sebagai kumpulan dari bytes (block of bytes), waktu aksesnya lambat, dan bersifat non-volatile (informasi tetap tersimpan ketika komputer dimatikan). Memori ini diterapkan di storage device, jadi akses meliputi aksi oleh driver dan device. 

JENIS MEMORI (MEDIA PENYIMPANAN)
Memori merupakan media penyimpanan data pada komputer, yang mana media penyimpanan data dalam computer dibagi menjadi 2 jenis yaitu :

A. MEMORI INTERNAL

Memori Internal Komputer > ROM

Memori Internal Komputer ROM. Secara umum, memori yang digunakan dalam sebuah komputer dapat dibagi menjadi memori internal dan eksternal. Memori internal disebut juga memori utama, dan memori eksternal sering disebut memori sekunder, memori tambahan, mass memory, atau mass storage.

Memori Internal

Memori internal adalah memori yang menyimpan program dan data yang sedang dikerjakan oleh CPU komputer. Dalam sebuah komputer, yang digunakan sebagai CPU adalah satu atau beberapa mikroprosessor. Kalau komputer menjalankan suatu program, memori internal akan terus-menerus berhubungan dengan CPU. Karena itu, memori yang digunakan sebagai memori internal harus cukup cepat agar mampu mengimbangi kecepatan CPU. Memori komputer yang digunakan sebagai memori internal dewasa ini biasanya memori semikonduktor, dan terdiri atas sejumlah besar sel memori yang disusun sebagai suatu array di atas satu chip.

Dalam sebuah komputer atau mikrokomputer terdapat dua jenis memori internal, yakni ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Access Memory).

ROM (Read Only Memory)

Sesuai dengan namanya, ROM adalah memori yang hanya dapat dibaca. Meskipun demikian, dalam perkembangannya, istilah memori hanya baca tidak lagi sesuai saat ini dengan hadirnya MPROM, PROM, EPROM, EEPROM, EAPROM, dan Flash PEROM.

MROM (Mask Programmed ROM), sering hanya disebut ROM, hanya dapat ditulisi (diprogram) satu kali. Pemrograman ini biasanya dilakukan oleh pabrik pembuat. Disebut mask programmed ROM, karena proses pemrograman  dilakukan dengan menggunakan sejumlah mask (penutup). Sekali telah diprogram, sebuah MROM hanya dapat dibaca dan program di dalamnya tidak dapat diubah lagi. Pembuatan MROM sangat mahal. Karena itu MROM hanya digunakan kalau jumlah yang diperlukan sangat besar, sehingga harga dapat ditekan.

PROM (Programmable ROM) adalah jenis ROM yang dapat diprogram sendiri oleh pemakai dengan bantuan arus listrik untuk memutuskan sambungan yang dapat lebur (fuseable link) dalam array sel memori, sesuai dengan program yang diinginkan. Namun demikian, sebuah PROM juga tidak dapat dihapus dan diprogram ulang, karena sambungan yang sudah putus tidak dapat dipulihkan. PROM lebih murah dibandingkan dengan MROM.

EPROM (Erasable Programmable ROM) adalah jenis ROM yang juga dapat diprogram sendiri secara elektrik oleh pemakai. EPROM dapat dihapus dan diprogram ulang secara berkali-kali dengan menggunakan pemrogram EPROM. Penghapusan isi EPROM dilakukan dengan memberikan cahaya ultraviolet melalui jendela kecil yang terdapat pada permukaan chip EPROM.

Penghapusan ini tidak efektif, sehingga jika dilakukan penghapusan, seluruh informasi yang tersimpan dalam EPROM akan terhapus. Karena sinar matahari dan cahaya lampu TL juga mengandung sinar ultraviolet, maka jendela kecil tersebut harus ditutup dengan bahan yang tidak tembus cahaya agar informasi yang tersimpan dalam EPROM tidak hilang atau cacat. Karena dapat dihapus dan diprogram ulang dengan mudah, EPROM sering digunakan untuk aplikasi-aplikasi percobaan.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM) adalah jenis ROM yang dapat diprogram, dihapus, dan diprogram ulang secara elektrik oleh pemakai. Jadi, proses penghapusan tidak menggunakan sinar ultraviolet, tetapi arus listrik. Karena itu, EEPROM dapat dihapus dan diprogram ulang secara selektif.

EAROM (Electrically Alterable ROM) adalah jenis ROM yang mirip dengan EEPROM. Memori jenis ini, isinya dapat dihapus dan ditulis secara elektrik dan selektif oleh pemakai.

EPROM, EEPROM, dan EAROM sebenarnya merupakan read-mostly memory (RMM) atau memori komputer yang dapat diprogram lebih dari satu kali. Tetapi operasi tulis untuk RMM jauh lebih rumit dibandingkan dengan operasi bacanya, dan jarang dilakukan. Semua jenis ROM di atas adalah jenis memori non-volatile. Artinya, informasi yang tersimpan dalam sebuah ROM tidak akan hilang jika catu daya listrik terputus atau dihentikan sehingga digunakan untuk menyimpan informasi (program dan data) yang bersifat tetap, misalnya prosedur-prosedur BIOS.

FLASH PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory) merupakan memori dengan teknologi nonvolatile memory. Isi memori dapat ditulis ulang ataupun dihapus berkali-kali dengan sangat mudah hingga ribuan kali. Teknologi ini sekarang banyak diterapkan untuk memori di dalam single chip microcontroller dan microcomputer.

Keluaran data memori komputer jenis ROM adalah bersifat tiga keadaan (three state), artinya keluaran-keluaran ini dapat berada dalam tiga keadaan yang berbeda, yaitu 0, 1, atau kondisi impedansi tinggi (mengambang). Manfaat tiga keadaan ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Memperlihatkan bagaimana dua buah ROM 32k x 8 dihubungkan secara paralel untuk memperoleh ROM 64k x 8. Untuk itu, saluran alamat A₀ – A₁₄ dihubungkan dengan masukan alamat A₀ – A₁₄ pada masing-masing ROM. Keluaran data masing-masing ROM dihubungkan ke saluran data. Saluran data ini harus dua arah (bidirectional), karena keluaran/masukan data memori jenis RAM yang digunakan dalam komputer harus juga dihubungkan dengan saluran data ini. Karena itu untuk menghindari bentrokan  antara data yang dikeluarkan masing-masing ROM, hanya diaktifkan salah satu dari masukan Chip Enable 1 dan Chip Enable 2. Itulah sebabnya kondisi keluaran ROM harus three state.

Memori Internal Komputer > RAM

Random Access Memory (RAM) adalah jenis memori yang memiliki waktu akses sama untuk setiap alamat memori. Kebanyakan memori semikonduktor (termasuk ROM) dan memori magnetic core, sebelum ada memori semikonduktor, yang banyak digunakan sebagai memori utama komputer adalah RAM.

Karena itu, nama RAM untuk memori kerja komputer, sebetulnya salah kaprah. Nama memori baca/tulis (Read/Write memory) atau RWM sebenarnya lebih tepat. Namun karena sudah digunakan secara luas, dalam artikel ini akan tetap digunakan sebutan RAM untuk memori kerja komputer. Ada dua jenis RAM, yaitu RAM statik (disingkat SRAM) dan RAM dinamik (disingkat DRAM). Keduanya adalah memori semikonduktor.

RAM Statik

Sel-sel RAM jenis ini berupa flip-flop dengan transistor-transistor bipolar sehingga SRAM dapat menyimpan informasi tanpa memerlukan penyegaran (refresh). Artinya, selama diberi daya listrik, sebuah SRAM dapat tetap menyimpan informasi. Jika catu daya listrik terputus atau dihentikan, semua informasi yang tersimpan akan hilang. Jadi, SRAM bersifat volatile. Ada juga RAM yang tidak volatile, yaitu NVRAM (Non Volatile RAM). RAM jenis ini terdiri atas SRAM dan EEPROM dengan kapasitas yang identik, dan digabungkan diatas satu Chip. Data dapat dipindahkan secara dua arah antara SRAM dan EEPROM dengan operasi-operasi store dan recall.

Jika catu daya listrik terputus, data yang tersimpan secara otomatis akan dipindahkan ke EEPROM yang non-volatile, sehingga tetap tersimpan dengan aman. Kalau sumber daya listrik pulih kembali, data yang tersimpan di EEPROM secara otomatis akan di-recall ke SRAM. Cara lain untuk mencegah hilangnya informasi yang tersimpan dalam RAM jika catu daya listrik terputus adalah dengan bantuan UPS (Uninterruptable Power Supply). Ketika catu daya listrik terputus, pemberian catu daya akan diambil alih sementara oleh baterai UPS dengan lama waktu sesuai jenis dan kapasitas UPS). Dengan demikian, pemakai masih mempunyai kesempatan untuk menyimpan informasi yang ada di RAM ke harddisk atau flashdisk.

Memperlihatkan lambang RAM biasa. RAM tersebut memiliki 12¹² = 4096 (4k) kata biner. Karena ada delapan saluran data (D7 – D0), kata biner ini disimpan sebagai kata 8 bit. Jadi kapasitas RAM ini sama dengan 4k x 8. Selama operasi baca, saluran D7 – D0 berfungsi sebagai keluaran, dan selama operasi tulis berlaku sebagai masukan. Selain itu, RAM tersebut memiliki satu masukan Chip Enable dan satu masukan read/write (R/W). Masukan Enable digunakan untuk mengaktifkan RAM untuk operasi baca atau tulis. Untuk operasi baca, masukan R/W harus diberi logika 1, dan untuk operasi tulis, masukan R/W harus diberi logika 0.

RAM Dinamik

RAM jenis ini menyimpan informasi dalam bentuk muatan kapasitor-kapasitor semikonduktor kecil. Karena isolasi kapasitor ini tidak sempurna, muatan yang tersimpan akan cepat hilang. Agar informasi yang tersimpan tidak hilang, sel-sel DRAM harus ditulis ulang. Penulisan ulang ini disebut penyegaran (refresh) dan harus dilakukan secara berkala (sekitar 2 milidetik sekali). DRAM dibuat dengan teknologi MOS. Kecepatan memori komputer MOS lebih lambat dibandingkan memori bipolar. Selain itu, DRAM juga memerlukan penyegaran yang membuat RAM jenis ini menjadi lambat dibandingkan dengan SRAM. Tetapi DRAM memiliki beberapa keunggulan dibanding SRAM. Struktur sel DRAM jauh lebih sederhana dibandingkan struktur sel SRAM, sehingga DRAM dapat dibuat dengan kerapatan sel jauh lebih tinggi. Dengan kata lain, untuk ukuran fisik yang sama, kapasitas chip DRAM akan jauh lebih besar dibandingkan SRAM. Karena itu, harga per bit sebuah DRAM jauh lebih murah. Selain itu, karena dibuat dengan teknologi MOS, maka konsumsi daya DRAM juga lebih rendah.

Dewasa ini, karena pertimbangan ekonomi, untuk memori kerja (RAM) komputer, hampir selalu digunakan DRAM. Pemakaian SRAM hanya digunakan jika kecepatan yang diutamakan, bukan harga dan konsumsi daya.

Memori Cache

Contoh penggunaan SRAM adalah untuk memori cache. Memori cache (sering disebut cache saja) adalah RAM kecil yang cepat dan ditempatkan sedekat mungkin dengan CPU (mikroprosesor), terletak antara CPU dan memori utama (DRAM). Dengan teknik-teknik tertentu, dapat diperhitungkan instruksi mana yang akan segera diperlukan CPU. Instruksi-instruksi ini dipindahkan dari DRAM ke memori cache sebelum CPU benar-benar memerlukannya. Dengan demikian, ketika diperlukan, CPU dapat mengambil langsung dari memori cache. Dengan teknik “caching” ini, kecepatan operasi sistem dapat ditingkatkan secara signifikan. Kombinasi memori cache yang kecil, cepat, dan mahal dengan memori utama yang besar dan murah tetapi lambat, menghasilkan sistem memori dengan kecepatan operasi mendekati memori cache dan dengan kapasitas DRAM. Harga per bit nya tidak jauh berbeda dengan harga DRAM.

Kecepatan operasi kombinasi memori cache dengan DRAM lebih rendah dari memori cache, karena kadang-kadang CPU tidak dapat menemukan instruksi yang diperlukannya di dalam cache (cache miss). Dalam hal ini, CPU harus mencari instruksi tadi di dalam DRAM kemudian memindahkannya ke memori cache sebelum dibaca. Harga per bit untuk kombinasi memori cache dan DRAM hanya sedikit lebih tinggi dari memori utama, karena memori cache yang digunakan biasanya kecil (bervariasi aantara 1 kBytes dan 256 kBytes), meskipun pada beberapa ada yang berkapasitas 512 kBytes sampai 1 MBytes. Dewasa ini, hampir semua golongan komputer dilengkapi dengan memori cache, bahkan ada yang memiliki lebih dari satu cache. Kemajuan dalam teknologi IC bahkan telah berhasil mengintegrasikan cache pada chip mikroposesor meskipun kapasitasnya masih terbatas. Cache pada chip mikroprosesor dapat diakses lebih cepat karena tidak perlu melintasi batas mikroprosesor.

Karena harus disegarkan secara periodik, DRAM memerlukan rangkaian penyegaran. Ada juga RAM dinamik yang sudah dilengkapi rangkaian penyegaran. RAM ini disebut integrated RAM (iRAM). Secara eksternal, iRAM bekerja seperti SRAM.

Di dalam microprocessor sebuah komputer, masih ada register yang juga dapat digunakan untuk menyimpan informasi. Register ini terdiri atas sejumlah flip-flop, dan merupakan jenis memori dalam komputer yang paling cepat. Register dalam CPU digunakan secara ekstendif untuk operasi internal. Ketika komputer menjalankan suatu program, informasi yang tersimpan dalam register secara terus-menerus akan dipindahkan dari register yang satu ke register atau lokasi yang lain.

B. MEMORI EKSTERNAL

Memori eksternal komputer digunakan untuk menyimpan informasi (program dan data), dalam jumlah yang sangat besar, yang tidak sedang digunakan oleh komputer. Karena itu, memori eksternal sering disebut mass memory atau mass storage. Kalau komputer memerlukan informasi yang terdapat di memori eksternal, informasi ini harus dipindahkan dulu ke memori internal sebelum dapat diproses lebih lanjut.

Bila dilihat dari sejarah pembuatan memori eksternal berdasarkan materi pembuatannya, maka dapat dibagi menjadi dua generasi yaitu, generasi memori mekanik (pita dan piringan magnetik) serta memori elektrik (semikonduktor).

Memori Eksternal Komputer –> Mekanik –> Piringan Magnetik

Memori mekanik digunakan pada awal-awal pembuatan memori eksternal komputer. Pada saat itu penggunaan memori semikonduktor sebagai memori eksternal masih terlalu mahal untuk diwujudkan karena teknologi semikonduktor belum sampai pada tahap seperti sekarang ini. Pada tahap ini digunakan memori eksternal berupa piringan magnetik (disket dan hard disk) dalam berbagai jenis, ukuran, dan kapasitas. Bahkan pada masa awal pernah digunakan pita magnetik.

Jenis-jenis memori mekanik di atas terlalu lambat untuk dapat digunakan sebagai memori internal, tetapi karena dapat menyimpan informasi dalam jumlah yang sangat besar, harga per bitnya jauh lebih rendah dari memori internal. Pada memori eksternal, kecepatan data sangat dipengaruhi oleh kecepatan putaran piringan sehingga semakin cepat putaran piringan, idealnya kecepatan pembacaan/penulisan data semakin cepat. Namun demikian, karena menggunakan sistem mekanik, maka kecepatan data tidak akan dapat menyamai atau melebihi kecepatan memori internal yang menggunakan sistem elektronik.

Memori Eksternal Komputer –> Semikonduktor

Dewasa ini, penggunaan memori eksternal berupa piringan magnetik sudah banyak digantikan dengan memori eksternal dengan sistem elektronik yaitu semikonduktor. Memori eksternal tersebut adalah flash disk atau USB flash disk. USB flash disk merupakan memori kilat tipe NAND yang memiliki penghubung USB yang sudah terintegrasi. Kelebihan dari USB flash disk ini adalah betuknya yang kecil dan dapat menyimpan data yang cukup besar hingga beberapa puluh Giga Bytes. Besarnya kapasitas penyimpanan tergantung tingkat teknologi yang digunakan dalam pembuatannya. Sumber daya yang langsung diambilkan dari perangkat penghubung USB yang bersangkutan membuat memori jenis ini sangat praktis untuk memori eksternal komputer yang dapat dibawa kemana-mana.

Meskipun flashdisk menawarkan kemudahan dalam penyimpanan data sebagai memori eksternal, dalam hal ketahanan data masih kalah bila dibandingkan memori eksternal jenis piringan baik yang tipe magnetik (harddisk eksternal) maupun cakram padat (CD). Pada flashdisk, ketahanan data rata-rata adalah 5 tahun sedangkan pada piringan magnetik ketahanan data dapat mencapai 12 tahun dan 15 tahun untuk cakram padat dengan catatan penulisan data dilakukan dengan benar. Selain itu, umur flashdisk juga sangat terbatas.

Secara teori, sebuah flashdisk dapat ditulisi dan dihapus ulang sampai puluhan ribu bahkan ratusan ribu kali. Namun demikian kenyataannya kemampuan baca/tulis semakin lemah seiring semakin sering dilakukan baca/tulis pada memori jenis ini. Seseorang yang menggunakan flashdisk secara aktif untuk penyimpanan data biasanya dapat menggunakannya sampai beberapa tahun saja sebelum akhirnya rusak.

Penggunaan memori

Komponen utama dalam sistem komputer adalah Arithmetic and Logic Unit (ALU), Control Circuitry, Storage Space dan piranti Input/Output. Tanpa memori, komputer hanya berfungsi sebagai piranti pemroses sinyal digital saja, contohnya kalkulator atau media player. Kemampuan memori untuk menyimpan data, instruksi dan informasi-lah yang membuat komputer dapat disebut sebagai komputer multi-fungsi (general-purpose). Komputer merupakan piranti digital, maka informasi disajikan dengan sistem bilangan biner (binary). Teks, angka, gambar, suara dan video dikonversikan menjadi sekumpulan bilangan biner (binary digit atau disingkat bit). Sekumpulan bilangan biner dikenal dengan istilah BYTE, dimana 1 byte = 8 bits. Semakin besar ukuran memori-nya maka semakin banyak pula informasi yang dapat disimpan di dalam komputer (media penyimpanan).


Referensi :
- wikipedia
- oprekzone.com
- aditya nugraha blog