RAIKNIS! Area Teknik Komputer dan Informasi: Memori Semikonduktor

PENGERTIAN MEMORI SEMI KONDUKTOR

Memori Semikonduktor adalah perangkat penyimpanan data-data elektronik yang terbuat dari bahan semikonduktor.

Memori Semikonduktor ini merupakan komponen penting dalam perkembangan perangkat-perangkat elektronik saat ini, umumnya digunakan sebagai memori komputer, memori pada Smartphone, USB drive dan bahkan di Televisi-televisi pintar (Smart TV) dan Jam Tangan pintar (Smart Watch). Memori Semikonduktor ini umumnya berbentuk IC (Intragrated Circuit).

Kebanyakan Memori Semikonduktor memiliki sifat Random Access (akses acak) yang datanya dapat diakses dalam waktu yang tetap namun tidak mempedulikan lokasi letak data tersebut dalam memori. Dengan adanya Sifat Akses Acak atau Random Access ini, Memori Semikonduktor dapat lebih efisien dalam mengakses data baik dalam penyimpanan maupun pencarian data. Hal ini sangat berbeda dengan perangkat memori yang bersifat Memori Urut seperti Compact Disk (CD) dan Tape Magnetik. Memori Urut hanya dapat mengakses data secara berurutan karena batasan gerakan mekanikal dari media penyimpanannya yang mengharuskan pengaksesan data secara berurutan. Dengan demikian waktu akses Perangkat Memori Urut ini menjadi lebih lama dari memori semikonduktor yang memiliki sifat Random Access ini.

Secara umum, waktu akses satu byte pada Memori Semikonduktor adalah dalam hitungan beberapa nanodetik sedangkan waktu akses satu byte pada Hard disk adalah dalam kisaran milidetik. Oleh karena itu, Memori Semikonduktor sering digunakan sebagai Memori Utama (Primary Storage) pada Komputer.

Dalam sebuah Chip Memori Semikonduktor, setiap Bit data biner disimpan dalam sirkuit kecil yang disebut dengan Sel Memori. Sel Memori tersebut terdiri dari satu hingga beberapa Transistor. Sel-sel Memori diletakan dalam Array persegi panjang pada permukaan Chip. Sel-sel Memori 1 bit dikelompokan dalam satuan kecil yang disebut dengan “Kata” yang diakses bersama-sama sebagai alamat memori tunggal. Memori yang dihasilkan untuk kepanjangan Kata adalah berdasarkan kelipatan 2 seperti 1, 2, 4 dan 8 bit.

1. Random Accses Memory (RAM)

RAM dibungkus dalam paket berbentuk chip. Satuan penyimpanan dasar adalah sel (1 bit per sel). Pada RAM proses baca dan tulis data dari dan ke memori dapat dilakukan dengan mudah dan cepat. RAM bersifat volatile dan perlu catu daya listrik. Kecepatan RAM diukur dalam ns (nano seconds). Makin kecil ns semakin cepat RAM .

Dulu kecepatan RAM sekitar 120, 100 dan 80 ns. Sekarang sekitar 15, 10, sampai 8 ns. Kecepatan RAM sangat berkaitan erat dengan system bus, apakah system bus kita efektif untuk menggunakan RAM yang cepat. Struktur RAM dapat dibagi menjadi 4 bagian, yaitu:

• Input Area, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan lewat alat input

• Program Area, digunakan untuk menyimpan semua instruksi-instruksi program yang akan diproses.

• Working Area, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil dari pengolahan

• Output Area, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output Berdasarkan bahan dasar pembuatan, RAM dikelompokkan dalam dua bagian utama, yaitu :

(a) Dynamic RAM (DRAM), dan

(b) Static RAM (SRAM).

a. RAM dinamik (DRAM)

Disusun oleh sel-sel yang menyimpan data sebagai muatan listrik pada kapasitor. Ada dan tidak ada muatan listrik pada kapasitor dinyatakan sebagai bilangan biner 1 dan 0. Disebut dynamic, karena hanya menampung data dalam periode waktu yang singkat dan harus di-refresh secara periodik.

Sedangkan jenis dan bentuk dari DRAM atau memori chip ini sendiri cukup beragam. Secara internal, setiap sel yang menyimpan 1 bit data memiliki 1 buah transistor dan 1 buah kondensator. Kondensator ini yang menjaga tegangan agar tetap mengaliri transistor sehingga tetap dapat menyimpan data.

Oleh karena penjagaan arus itu harus dilakukan setiap beberapa saat (yang disebut refreshing) maka proses ini memakan waktu yang lebih banyak daripada kinerja Static RAM.

b. RAM Static (SRAM)

Secara internal, setiap sel yang menyimpan n bit data memiliki 4n buah transistor yang menyusun beberapa buah rangkaian Flip-Flop. Dengan karakteristik rangkaian Flip-Flop ini, data yang disimpan hanyalah berupa Hidup (High state) atau Mati (Low state) yang ditentukan oleh keadaan suatu transistor.

Kecepatannya dibandingkan dengan Dynamic RAM tentu saja lebih tinggi karena tidak diperlukan sinyal refresh untuk mempertahankan isi memori. Baik SRAM maupun DRAM adalah volatile.

Sel memori DRAM lebih sederhana dibanding SRAM, karena itu lebih kecil. DRAM lebih rapat (sel lebih kecil = lebih banyak sel per satuan luas) dan lebih murah. DRAM memerlukan rangkaian pengosong muatan. DRAM cenderung lebih baik bila digunakan untuk kebutuhan memori yang lebih besar. DRAM lebih lambat.

Berikut disajikan perbedaan umum dari SRAM dan DRAM :

Memori dynamic adalah satu variasi integrated circuit yang digunakan pada RAM. Dynamic RAM hanya dapat menyimpan data apabila ada tenaga (arus listrik) yang masih mengalir. Apabila arus listrik sudah hilang, maka data yang disimpan pada memori dynamic juga akan hilang dengan sendirinya. Untuk itu dibutuhkan suplai tenaga terus-menerus agar memori dynamic RAM bekerja sebagaimana mestinya. Hal inilah yang disebut sebagai istilah Volatile.

Sedangkan memori static RAM bersifat non-Volatile, yaitu jika sudah tidak ada tenaga atau arus listrik, data yang tersimpan pada memori akan tetap tersimpan. Sehingga tanpa teraliri power listrik, maka data akan tetap utuh. Selain itu Static RAM digunakan untuk Cache Memory.

JENIS-JENIS RAM :

EDORAM (Extended Data Out Random Access Memory) :

Memiliki kemampuan yang lebih cepat dalam membaca dan mentranfer data dibandingkan dengan RAM biasa
Slot memory untuk EDORAM adalah 72 Pin
Bentuk EDORAM yaitu Single Inline Memory Modul (SIMM)
Memiliki kecepatan lebih dari 66 Mhz

SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) :

Memiliki kemampuan setingkat di atas EDORAM
Slot memory untuk SDRAM adalah 168 Pin
Bentuk SDRAM adalah Dual Inline Memory Modul (DIMM)
Memiliki kecepatan di atas 100 Mhz

DDRAM (Double Data Rate Random Access Memory) :

Memiliki kecepatan sangat tinggi hingga 1033 Mhz
Slot memory untuk DDRAM adalah 192 Pin
Bentuk DDRAM adalah Dual Inline Memory Modul (DIMM)
Sudah banyak digunakan untuk computer dengan processor Pentium 4

RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory) :

Memiliki kecepatan sangat tinggi hingga 800 Mhz
Slot memory untuk RDRAM adalah 184 Pin
Bentuk RDRAM adalah Rate Inline Memory Modul (RIMM)
Pertama kali digunakan untuk computer dengan processor Pentium 4

2. Read Only Memory (ROM)

ROM adalah chip-chip memori yang menyimpan data dan perintah secara permanen jadi jenis memori ini hanya biasa di baca saja datanya atau programnya. ROM bersifat nonvolatil dan pada PC, ROM terdapat pada BIOS ( Basic Input Output System ) yang terdapat pada mother board yang berfungsi untuk men-setting peripheral yang ada pada sistem.

ROM dapat menyimpan data secara permanenanya dan hanya bisa dibaca. Namun, dua masalah yang terdapat pada ROM adalah langkah penyisipan data memerlukan biaya tetap yang tinggi dan tidak boleh terjadi kesalahan (error).

• Peralatan memori yang dapat dibaca namun tidak dapat ditulis oleh CPU Contoh : Switch Mekanis (computer menggunakannya untuk menyimpan konstansta yang digunakan untuk menentukan konfigurasi system (jumlah memori utama).
Contoh ROM yang dapat dihapus dan diprogram

• EPROM (Erasable PROM)

EPROM adalah ROM yang dapat dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet dan kemudian deprogram kembali. Program yang ada di dalam chip ini dapat dihapus dan diisi kembali dengan menggunakan sinar infrared. Dapat dibaca secara optis dan ditulisi secara elektris.

Sebelum operasi write, seluruh sel penyimpanan harus dihapus menggunakan radiasi sinar ultra-violet terhadap keping paket. Proses penghapusannya dapat dilakukan secara berulang, setiap penghapusan memerlukan waktu 20 menit. Untuk daya tampung data yang sama EPROM lebih mahal dari PROM.

Kelebihan :

- Virus tidak dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang tersimpan didalam Bios tersebut.

- Isi dari program Bios ini baik sebagian maupun keseluruhannya tidak dapat dirusak atau diubah oleh pulsa listrik, selama stiker yang terdapat pada Bios tersebut tidak cacat atau rusak.

Kelemahan :

- Tidak dapat di upgrade atau dimodifikasi secara umum isi dari program Bios tersebut baik itu sebagian maupun keseluruhannya. Sehingga suatu saat segala perhitungan yang berhubungan dengan tanggal, bulan dan tahun seperti program aplikasi Microsoft Excel atau Lotus akan menyimpang.

• EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memori )

Program yang ada di dalam chip ini dapat dihapus dan diisi kembali dengan menggunakan pulsa listrik. Dapat ditulisi kapan saja tanpa menghapus isi sebelumnya. Operasi write memerlukan waktu lebih lama dibanding operasi read.

Gabungan sifat kelebihan non-volatilitas dan fleksibilitas untuk update dengan menggunakan bus control, alamat dan saluran data. EEPROM lebih mahal dibanding EPROM.

Kelebihannya :

- Dapat di upgrade atau di modifikasi sebagian atau keseluruhan isi dari program Bios tersebut sesusi dengan keinginan kita.

- Dapat di backup atau di buat cadangannya, bila suatu saat master dari Bios tersebut rusak atau programnya sebagian atau keseluruhannya terhapus.

Kelemahannya :

- Virus dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang tersimpan didalam Bios tersebut.

- Arus listrik yang tudak stabil dapat merusak sebagian atau keseluruhan isi dari program yang tersimpan di dalam Bios tersebut.

JENIS JENIS PENGALAMATAN (ADDRESSING)

1. Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

Penjelasan :
Suatu proses penyalinan data pada register dan suatu alamat efektif (Effective Address, Alamat ini disimpan pada byte berikut setelah opcode instruksi). Dalam mode pengalamatan direct addressing, harga yang akan dipakai diambil langsung dalam alamat memori lain. Contohnya: MOV A,30h. Dalam instruksi ini akan dibaca data dari RAM internal dengan alamat 30h dan kemudian disimpan dalam akumulator. Mode pengalamatan ini cukup cepat, meskipun harga yang didapat tidak langsung seperti immediate, namun cukup cepat karena disimpan dalam RAM internal. Demikian pula akan lebih mudah menggunakan mode ini daripada mode immediate karena harga yang didapat bisa dari lokasi memori yang mungkin variabel.

Kelebihan :
Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :
Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word
Contoh :
ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator.

2. Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)

Penjelasan :
Merupakan mode pengalamatan tak langsung. Field alamat mengacu pada alamat word di dalam memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang atau untuk mentransfer DATA/byte/word antar register dan lokasi yang alamatnya ditunjukkan oleh isi suatu register. Mode pengalamatan indirect addressing sangat berguna karena dapat memberikan fleksibilitas tinggi dalam mengalamati suatu harga. Mode ini pula satu-satunya cara untuk mengakses 128 byte lebih dari RAM internal pada keluarga 8052. Contoh: MOV A, @R0. Dalam instruksi tersebut, 89C51 akan mengambil harga yang berada pada alamat memori yang ditunjukkan oleh isi dari R0 dan kemudian mengisikannya ke akumulator. Mode pengalamatan indirect addressing selalu merujuk pada RAM internal dan tidak pernah merujuk pada SFR. Karena itu, menggunakan mode ini untuk mengalamati alamat lebih dari 7Fh hanya digunakan untuk keluarga 8052 yang memiliki 256 byte spasi RAM internal.

Kelebihan :
Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi.

Kekurangan :
Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi
Contoh :
ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator.

3. Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

Penjelasan :
Suatu proses penyalinan data yang berukuran byte atau word langsung ke dalam register tujuan. Data yang dimaksud di sini adalah suatu nilai atau bilangan tertentu atau bisa juga berupa sebuah konstanta (didefinisikan dengan instruksi EQU). Data segera merupakan data konstan, sedangkan data yang dipindahkan dari register adalah data berubah (variable). Mode pengalamatan immediate addressing sangat umum dipakai karena harga yang akan disimpan dalam memori langsung mengikuti kode operasi dalam memori. Dengan kata lain, tidak diperlukan pengambilan harga dari alamat lain untuk disimpan. Contohnya: MOV A, #20h. Dalam instruksi tersebut, akumulator akan diisi dengan harga yang langsung mengikutinya, dalam hal ini 20h. Mode ini sangatlah cepat karena harga yang dipakai langsung tersedia.

Keuntungan :

Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand
Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :
· Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field
Contoh :
ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator