Dokumen tersebut membahas tentang memori komputer khususnya cache memory. Cache memory merupakan memori cepat yang berfungsi menyimpan data dan instruksi yang sering diakses untuk mempercepat akses prosesor. Dokumen menjelaskan definisi, cara kerja, desain, dan jenis-jenis cache memory seperti direct mapping, associative mapping, serta perbandingan antara cache dengan memori utama.

1. Organisasi dan Arsitektur
Komputer
Ajeng Savitri Puspaningrum, M.Kom
Pertemuan 26

2. Memory (Part 2)

3.  Learning the Definition of Cache
 Learning How Cache’s Works
 Learning Characteristic of Cache

4. So you want fast?
 It is possible to build a computer which uses only static RAM
(see later)
 This would be very fast
 This would need no cache
 How can you cache cache?
 This would cost a very large amount

5. Cache
 Small amount of fast memory
 Sits between normal main memory and CPU
 May be located on CPU chip or module

6. Cache Memory
 Mekanisme penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi yang
digunakan untuk menyimpan data / instruksi yang sering diakses.
 Memberi kecepatan memori yang mendekati memori yang paling
cepat yang bisa diperoleh, dan pada waktu yang sama
menyediakan kapasitas memori yang besar dengan harga yang
lebih murah dari jenis-jenis memori semikonduktor.

7. Cache and Main Memory

8. Cara Kerja
 Komputer membutuhkan data
 Mencarinya pada Cache.
 Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya
dengan delay yang sangat kecil. Tetapi jika data yang dicari
tidak ditemukan,prosesor akan mencarinya pada RAM yang
kecepatannya lebih rendah.
 Kapasitas memori cache yang semakin besar juga akan
meningkatkan kecepatan kerja komputer secara keseluruhan.

9. Cache Read Operation -
Flowchart

10. Cache Design
 Addressing
 Size
 Mapping Function
 Replacement Algorithm
 Write Policy
 Block Size
 Number of Caches

11. Cache Addressing
 Where does cache sit?
 Between processor and virtual memory management unit
 Between MMU and main memory
 Logical cache (virtual cache) stores data using virtual addresses
 Processor accesses cache directly, not thorough physical cache
 Cache access faster, before MMU address translation
 Virtual addresses use same address space for different applications
Must flush cache on each context switch
 Physical cache stores data using main memory physical addresses

12. Size does matter
 Cost
 More cache is expensive
 Speed
 More cache is faster (up to a point)
 Checking cache for data takes time

13. Direct Mapping
 Each block of main memory maps to only one cache line
 i.e. if a block is in cache, it must be in one specific place
 Address is in two parts
 Least Significant w bits identify unique word
 Most Significant s bits specify one memory block
 The MSBs are split into a cache line field r and a tag of s-r
(most significant)

14. Direct Mapping Summary
 Address length = (s + w) bits
 Number of addressable units = 2s+w words or bytes
 Block size = line size = 2w words or bytes
 Number of blocks in main memory = 2s+ w/2w = 2s
 Number of lines in cache = m = 2r
 Size of tag = (s – r) bits

15. Direct Mapping Pros & Cons
 Simple
 Inexpensive
 Fixed location for given block
 If a program accesses 2 blocks that map to the same line repeatedly,
cache misses are very high

16. Victim Cache
 Lower miss penalty
 Remember what was discarded
 Already fetched
 Use again with little penalty
 Fully associative
 4 to 16 cache lines
 Between direct mapped L1 cache and next memory level

17. Associative Mapping
 A main memory block can load into any line of cache
 Memory address is interpreted as tag and word
 Tag uniquely identifies block of memory
 Every line’s tag is examined for a match
 Cache searching gets expensive

18. Associative Mapping
 A main memory block can load into any line of cache
 Memory address is interpreted as tag and word
 Tag uniquely identifies block of memory
 Every line’s tag is examined for a match
 Cache searching gets expensive

19. Direct and Set Associative Cache
Performance Differences
 Significant up to at least 64kB for 2-way
 Difference between 2-way and 4-way at 4kB much less than
4kB to 8kB
 Cache complexity increases with associativity
 Not justified against increasing cache to 8kB or 16kB
 Above 32kB gives no improvement
 (simulation results)

20. Memori Internal dan External
 Memori internal adalah memori yang dapat diakses
langsung oleh prosesor
 register yang terdapat di dalam prosesor, cache memori dan
memori utama berada di luar prosesor.
 Memori eksternal adalah memori yang diakses prosesor
melalui piranti I/O
 disket dan hardisk.

21. Operasi Sel Memori
 Elemen dasar memori
 Sel memori memiliki sifat – sifat tertentu

22. Sifat Sel Memori
 Sel memori memiliki dua keadaan stabil (atau semi-stabil),
yang dapat digunakan untuk merepresentasikan bilangan
biner 1 atau 0.
 Sel memori mempunyai kemampuan untuk ditulisi
(sedikitnya satu kali).
 Sel memori mempunyai kemampuan untuk dibaca.

23. Terminal Fungsi Sel Memori

24. Main Memory
 Memori utama merupakan media penyimpanan dalam bentuk
array yang disusun word atau byte, kapasitas daya simpannya bisa
jutaan susunan.
 Setiap word atau byte mempunyai alamat tersendiri.
 Data yang disimpan pada memori utama ini bersifat volatile.
 Memori utama digunakan sebagai media penyimpanan data yang
berkaitan dengan CPU atau perangkat I/O.

25. Tipe Main Memory
Random Access Memory ( RAM )
Read Only Memory ( ROM )
CMOS Memory
Virtual Memory
Main Memory

26. Semiconductor Memory Types
Memory Type Category Erasure Write Mechanism Volatility
Random-access
memory (RAM)
Read-write memory Electrically, byte-level Electrically Volatile
Read-only
memory (ROM)
Read-only memory Not possible
Masks
Nonvolatile
Programmable
ROM (PROM)
Electrically
Erasable PROM
(EPROM)
Read-mostly memory
UV light, chip-level
Electrically Erasable
PROM (EEPROM)
Electrically, byte-level
Flash memory Electrically, block-level

27. Refference
Stalling, William, Computer Organization
and Architecture, 10th Edition, Pearson,
2015
Abdurohman, Maman, Organisasi dan
Arsitektur Komputer revisi ke-4, Penerbit
Informatika, 2017

28. Terima Kasih
ajeng.savitri@teknokrat.ac.id
https://teknokrat.ac.id/en/
https://spada.teknokrat.ac.id/