Arsitek dan Organisasi Komputer (External Memory)

Anggota Kelompok    :

1.      Lucia Hyaning Pergiwati Putri Kinasih          71110022

2.      Ardhian Gita Permana                                 71110027

3.      Verdy Lamson Tinambunan                         71110029

4.      Danny Aguswahyudi                                    71110031

5.      Henri Prasetya                                             71110034

EXTERNAL MEMORY

1.    Magnetic Disk

e.g : Harddisk, Floppy Disk

Terbuat dari Substrat yang bisa dimagnetisasi, contoh: Besi oksida

·         Hard Disk             : Subtrat dari zat yang keras

·         Floppy Disk          : Subtrat dari zat yang tipis dan lentur

a.       Hard Disk

Cakram keras atau sering disebut dengan Hard Disk adalah sebuah komponen perangkat keras yang menyimpan data sekunder dan berisi piringan magnetis. Cakram keras diciptakan pertama kali oleh insinyur IBM, Reynold Johnson pada tahun 1956. Cakram keras pertama tersebut terdiri dari 50 piringan berukuran 2 kaki (0,6 meter) dengan kecepatan rotasinya mencapai 1.200 rpm (rotation per minute) dengan kapasitas penyimpanan 4,4 MB. Cakram keras zaman sekarang sudah ada yang hanya selebar 0,6 cm dengan kapasitas 750 GB. Kapasitas terbesar cakram keras saat ini mencapai 3 TB dengan ukuran standar 3,5 inci.

Jika dibuka, terlihat mata cakram keras pada ujung lengan bertuas yang menempel pada piringan yang dapat berputar.

Data yang disimpan dalam cakram keras tidak akan hilang ketika tidak diberi tegangan listrik. Dalam sebuah cakram keras, biasanya terdapat lebih dari satu piringan untuk memperbesar kapasitas data yang dapat ditampung.

Tentang Winchester Hard Disk :

·           Pertama kali digunakan untuk industry

·           Berat dan Mahal, harganya sekitar 1000 euro/mb

·           Dikembangkan oleh IBM di Winchester (USA)

·           Sealed unit – disk tersegel kedap udara di dalam drive

·           Satu atau lebih piringan (disks)

·           Heads “terbang”, terangkat oleh lapisan udara tipis saat disk berputar

·           Gap head ke disk sangat kecil

·           Kapasitas besar à sudah sampai 1.8 TB

·           (Sekarang) Universal à Hard disk yang kita gunakan sekarang à juga semakin murah.

Mengukur kecepatan :

·           Seek Time

·           Menggerakkan head ke track yang dituju (Rotational) latency

·           Menunggu (piringan) data berputar sampai ke bawah head

·           Access time = Seek + Latency

·           Transfer rate: kecepatan transfer, ditentukan oleh lebar bus penghubung dan ada tidaknya internal disk cache

b.      Floppy Disk

Cakram liuk atau Floppy Disk adalah sebuah perangkat penyimpanan data yang terdiri dari sebuah medium penyimpanan magnetis bulat yang tipis dan lentur dan dilapisi lapisan plastik berbentuk persegi atau persegi panjang. Cakram liuk  (floppy disk drive, FDD). Kapasitas cakram liuk yang paling umum adalah 1,44 MB (seperti yang tertera pada cakram liuk), meski kapasitas sebenarnya adalah sekitar 1,38 MB.

Tentang disket :

·         Substrat dari plastik, removable

·         Contact Head – head menyentuh piringan saat membaca/menulis, seperti tape recorder

·         Ukuran 8”, 5.25”, 3.5”

·         Kapasitas Kecil

·         Sampai 1.44Mbyte (2.88M ada, tetapi tidak pernah popular)

·        Murah tetapi lambat

·         Universal à(Dulu) Tiap komputer pasti punya drive floppy

·         Telah tergantikan oleh USB (Flashdisk)

·         Ada versi Low Density (LD) dan High Density (HD)

·         Waktu aksesnya cukup lama.

-            Disket terbuat dari lempengan plastik yang berbentuk bundar dimana pada permukaannya dilapisi oleh magnit sebagai tempat untuk menyimpan guratan-guratan data.

-            Untuk melakukan pembacaan ataupun penulisan, disket harus dimasukkan kedalam sebuah drive, drive ini kemudian disebut sebagai disket-drive. Pada setiap drive yang ada, telah berisi sebuah shaft dan sebuah drive motor yang berfungsi untuk memutar disket dengan kecepatan sekitar 360 hingga 500 rpm.

Bagian – bagian dari disket :

·      Stress relief cutouts, berfungsi untuk membuka/tutup pengait drive.

·      Read/Write Windows, merupakan jendela yang digunakan untuk membaca dan menulis dari mekanisme drive.

·      Hub ring, berfungsi sebagai pegangan untuk memutar disket.

·      Index Hole, apabila lubang yag ada pada karton/cover menumpuk dengan lubang pada disket, menandakan posisi sector 0.

·      Write, lubang ini apabila dalam posisi terbuka, maka disket bisa dibaca dan ditulis; Apabila tertutup maka disket hanya bisa dibaca saja.

·      Label, digunakan untuk menulis nama pemilik disket ataupun nama program/data yang tersimpan didalamnya.

c.       CD ROM

CD-ROM bersifat "baca-saja" (hanya dapat dibaca, dan tidak dapat ditulisi). Untuk dapat membaca isi CD-ROM, alat utama yang diperlukan adalah kandar CD. Perkembangan CD-ROM terkini memungkinkan CD dapat ditulisi berulang kali (Re-Write/RW) yang lebih dikenal dengan nama CD-RW.

d.      CD-R

Compact Disc-Recordable) merupakan jenis cakram padat yang dapat diisi dengan data. salah satu jenis media penyimpanan eksternal pada komputer.  CD-R hanya dapat menyimpan satu kali saja dan data yang telah ada sebelumnya tidak dapat diubah atau dihapus.

e.       CD-RW

CD-RW adalah CD-ROM yang dapat ditulisi kembali. CD-RW menggunakan media berukuran sama dengan CD-R. tetapi bukan menggunakan bahan pewarna cyanine atau pthalocyanine, CD-RW menggunakan logam perpaduan antara perak, indium, antimon, dan telurrium untuk lapisan perekaman.

f.       DVD

DVD adalah sejenis cakram optik yang dapat digunakan untuk menyimpan data, termasuk film dengan kualitas video dan audio yang lebih baik dari kualitas VCD.

Mekanisme Baca – Tulis Magnetic Disk

·         Perekam dan pembacaan lewat koil konduktif yang disebut head.

·         Bisa berupa sebuah head kombinasi read + write.

·         Selama proses pembacaan/penulisan, head diam pada suatu titik tertentu di permukaan media.

·         Proses Baca/Read Tradisional

-          Magnet bergerak relative terhadap koil

-          Arus dibaca sebagai data

-          Satu koil untuk proses baca/tulis

·         Proses Baca/Read sekarang

-          Head untuk baca terpisah (dekat tempat head tulis)

-          Menggunakan partially shielded magneto resistive

-          Data diambil dari besar thanan electronic yang ditentukan oleh arh medan magnet

-          Memungkinkan kecepatan yang lebih tinggi

·         Proses Tulis/Write

-          Data dialirkan sebagai arus ke koil (head)

-          Arus pada koil memproduksi bidang magnet diinduksikan permukaan media rekam

-          Pola magnetikk terekam pada permukaan di bawah head

Permasalahan pada Disk

·           Fixed head

-          A type of disk drive in which is only have one read/write head for every track

-          Head attached on arm which doesn’t move

-          there is no access arm movement, access time are significantly improved

·           Movable head

-      A type of disk drive in which read/write heads are moved over the surface of the disk  for  one surface

-      Head can be move from one track to others track

-      The head move toward and away from the center, so that they are correctly positioned to read or write the desired information. 

·           Removable disk

-      A hard disk that can be removed from the disk drive and can be replace with another disk

-      Unlimited storage capacity because can be replaced.

-      Easily transferred to other system

·           Nonremovable disk / Fixed disk

-      Disk which have platters that reside permanently in the drive

-      made of one or more aluminum or glass platters

-      Most fixed disks are Parallel ATA (PATA), Serial ATA (SATA) or SCSI

Multiple Platters

-        Satu head per permukaan piringan (disk side).

-        Heads saling tersambung dan sejajar.

-        Track yang sejajar antar piringan disebut

-        Cylinder.

-        Data ditata berdasarkan cylinder.

-        Mengurangi gerak head dibanding single platter.

-        Transfer rate (kecepatan) meningkat.

RAID

·           Redundant Array of Independent Disks

·           RAID berupa satu set piringan fisik yang dilihat sebagai satu logical drive oleh SO.

·           Satu strip (isinya beberapa blok) data disebarkan ke beberapa piringan fisik mirip bit per chip, namun ini a few bits per disk.

·           Bisa menggunakan kapasitas piringan redundan untuk menyimpan salinan data dan informasi parity.

Raid terdiri dapat dibagi menjadi beberapa level yang berbeda:

1.        Raid level 0. Menggunakan kumpulan disk dengan striping pada level blok, tanpa redundansi. jadi hanya melakukan striping blok data kedalam beberapadisk. kelebihan level ini antara lain akses beberapa blok bisa dilakukan secara paralel sehingga bis lebih cepat. kekurangan antara lain akses perblok sama saja seperti tidak ada peningkatan, kehandalan kurang karena tidak adanya pembekc-upan data dengan redundancy. Berdasarkan definisi RAID sebagai redudancy array maka level ini sebenarnya tidak termasuk kedalam kelompok RAID karena tidak menggunakan redundansy untuk peningkatan kinerjanya.

2.        RAID level 1. Merupakan disk mirroring, menduplikat data tanpa striping. Cara ini dapat meningkatkan kinerja disk, tapi jumlah disk yang dibutuhkan menjadi dua kali lipat kelebihannya antara lain memiliki kehandalan (reliabilitas) yang baik karena memiliki back up untuk tiap disk dan perbaikan disk yang rusak dapat dengan cepat dilakukan karena ada mirrornya. Kekurangannya antara lain biaya yang menjadi sangat mahal karena membutuhkan disk 2 kali lipat dari yang biasanya.

3.        RAID level 2. Merupakan pengorganisasian dengan error correction code (ECC). Seperti pada memory dimana pendeteksian mengalami error mengunakan paritas bit. Sebagai contoh, misalnya misalnya setiap byte data, memiliki paritas bit yang bersesuaian yang mempresentasikan jumlah bit "1" didalm byte data tersebut dimana paritas bit = 0 jika bit genap atau paritas bit = 1 jika bit ganjil. Jadi, jika salah satu bit pada salah satu data berubah dan tidak sesuai dengan paritas bit yang tersimpan. Dengan demikian, apabila terjadi kegagalan pada salah satu disk, data dapat dibentuk kembali dengan membaca error correction bit pada disk lain. Kelebihannya antara lain kehandalan yang bagus karena dapat membentuk kembali data yang rusak dengan ECC tadi, dan jumlah bit redundancy yang diperlukan lebih sedikit jika dibandingkan dengan level 1 (mirroring). Kelemahannya antara lain prlu adanya perhitungan paritas bit, sehingga menulis atau perubahan data memerlukan waktu yang lebih lama dibandingkan dengan yang tanpa menggunakan paritas bit, level ini memerlukan disk khusus untuk penerapannya yang harganya cukup mahal.

4.        RAID level 3. Merupakan pengorganisasian dengan paritas bit yang interleaved. Pengorganisasian ini hamper sama dengan RAID level 2, perbedaanya adalah pada level 3 ini hanya memerlukan sebuah disk redudan, berapapun kumpulan disknya, hal ini dapt dilakukan karena disk controller dapat memeriksa apakah sebuah sector itu dibaca dengan benar atau tidak (mengalami kerusakan atau tidak). Jadi tidak menggunakan ECC, melainkan hanya membutuhakan sebuah bit paritas untuk sekumpulan bit yang mempuntai sekumpulan bit yang mempunyai posisi yang sama pada setiap dis yang berisi data. Selain itu juga menggunakan data striping dan mengakses disk-disk secara parallel. Kelebihannya antara lain kehandalan (rehabilitas) bagus, akses data lebih cepat karena pembacaan tiap bit dilakukan pada beberapa disk (parlel), hanya butuh 1 disk redudan yang tentunya lebih menguntungkan dengan level 1 dan 2. kelemahannya antara lain perlu adanya perhitungan dan penulisan parity bit akibatnya performannya lebih rendah dibandingkan yang menggunakan paritas.

5.        RAID level 4. Merupakan pengorganisasian dengan paritas blok interleaved, yaitu mengunakan striping data pada level blok, menyimpan sebuah parits blok pada sebuah disk yang terpisah untuk setiap blok data pada disk-disk lain yang bersesuaian. Jka sebuah disk gagal. Blok paritas tersebut dapat digunakan untuk membentuk kembali blok-blok data pada disk yang bisa lebih cepat karena bisa parlel dan kehandalannya juga bagus karena adanya paritas blok. Kelemahannya antara lain akses perblok seperti biasa penggunaan 1 disk., bahkan untuk penulisan ke 1 blok memerlukan 4 pengaksesan untuk membaca ke disk data yag bersangkutan dan paritas disk, dan 2 lagi untuk penulisan ke 2 disk itu pula (read-modify-read)

6.        RAID level 5. Merupakan pengorganisasian dengan paritas blok interleaved terbesar. Data dan paritas disebr pada semua disk termasuk sebuah disk tambahan. Pada setiap blok, salah satu dari disk menyimpan paritas dan disk yang lainnya menyimpan data. Sebagai contoh, jika terdapt kumpulan dari 5 disk, paritas paritas blok ke n akan disimpan pada disk (n mod 5) +1, blok ke n dari 4 disk yang lain menyimpan data yang sebenarnya dari blok tersebut. Sebuah paritas blok tidak disimpan pada disk yang sama dengan lok-blok data yang bersangkutan, karena kegagalan disk tersebut akan menyebabkan data hilang bersama dengan paritasnya dan data tersebut tidak dapat diperbaiki. Kelebihannya antara lain seperti pada level 4 ditambah lagi dengan pentebaran paritas seoerti ini dapat menghindari penggunaan berlebihan dari sebuah paritas bit seperti pada RAID level 4. kelemahannya antara lain perlunya mekanisme tambahan untuk penghitungan lokasi dari paritas sehingga akan mempengaruhi kecepatan dalam pembacaan blok maupun penulisannya.

7.        RAID level 6. Disebut juga redudansi P+Q, seperti RAID level 5, tetapi menyimpan informasi redudan tambahan untuk mengantisipasi kegagalan dari beberapa disk sekaligus. RAID level 6 melakukan dua perhitungan paritas yang berbeda, kemudian disimpan di dalam blok-blok yang terpisah pada disk-disk yang berbeda. Jadi. Jika disk data yang digunakan sebanyak n buah disk, maka jumlah disk yang dibutuhkan pada RAID level 6 ini adalah n+2 disk. Keuntungan dari RAID level 6 ini adalah kehandalan data yang sangat tinggi, karena untuk menyebabkan data hilang, kegagalan harus terjadi pada tiga buah disk dalam interval rata-rata data mean time to repair (MTTR). Kerugiannya yaitu penalty waktu pada saat penulisan data, karena setiap penulisan yang dilakukan akan mempengaruhi dua buah paritas blok.

8.        Raid level 0+1 dan 1+0. Ini merupakan kombinasi dari RAID level 0 dan RAID level 1. RAID level 0 memiliki kinerja yang baik., sedangkan RAID level 1 memiliki kehandalan. Namun, dalam kenyataannya kedua hal ini sama pentingnya. Dalam RAID 0+1, sekumpulan disk di strip, kemudian strip tersebut di-mirror ke disk-disk yang lain, menghasilkan strip-strip data yang sama. Kombinasi lainnya adalah RAID 1+0, dimana disk-disk mirror secara berpasangan, dan kemudian hasil pasangan mirror-nya di-stri. RAID 1+0 ini mempunyai keuntungan lebih dibandingkan dengan RAID 0+1. sebagai contoh, jika sebuah disk gagal pada RAID 0+1, seluruh disknya tidak dapat di akses, sedangkan pada RAID 1+0, disk yang gagal tersebut tidak dapat diakses tetapi pasangan stripnya yang lain masih bisa, dan pasangan mirror-nya masih dapat diakses untuk menggantikannya sehingga disk-disk lain selain yang rusak masih bisa digunakan.

Gambar 20.4. (a) RAID 0: non-redundant striping

Gambar 20.5. (b) RAID 1: mirrored disk

Gambar 20.6. (c) RAID 2: memory-style error-correcting codes

Gambar 20.7. (d) RAID 3: bit-interleavedparity

Gambar 20.8. (e) RAID 4: block-interleaved parity

Gambar 20.9. (f) RAID 5: block-interleaved distributed parity

Gambar 20.10. (g) RAID 6: P+Q redundancy

2.    Optical Disk

e.g : CD-ROM, CD – Recordable (CD-R), CD-R/W, DVD

·      CD-I (Compact Disk Interactive) Ú Suatu spesifikasi yang didasarkan pada penggunaan CD-ROM. Spesifikasi ini menjelaskan metode penyediaan audio, video, grafis, teks, dan kode yang dapat dieksekusi mesin pada CD-ROM.

·      DVI (Digital Video Interactive) Ú Sebuah teknologi untuk memproduksi representasi informasi video yang didigitasi dan terkompresi. Representasi dapat disimpan pada CD atau media disk lainnya. Sistem yang ada sekarang menggunakan CD dan dapat menyimpan sekitar 20 menit video pada satu disk.

·      WORM (Write One Read Many) Ú Sebuah disk yang lebih mudah ditulisi dibandingkan dengan CD-ROM, yang membuatnya secara komersial feasible untuk menyalin sebuah CD. Ukuran yang populer adalh 5,25 inchi yang dapat menampung 200 hingga 800 Mbyte data.

·      Erasable Optical Disk  Ú Suatu disk yang menggunakan teknologi optik namun dapat dihapus dan ditulisi ulang dengan mudah. Terdapat dua jenis ukuran yang umum dipakai: 3,25 inchi dan 5,25 inchi. Umumnya mempunyai kapasitas 650 Mbyte.

·      CD (Compact Disk) Ú suatu disk yang tidak dapat dihapus yang menyimpan informasi audio yang telah didigitasi. Sistem standar menggunakan disk 12 cm yang dapat merekam lebih dari 60 menit waktu putar tanpa henti.

·      CD-RW

-          Bisa dihapus (meskipun ada batasnya)

-          Semakin murah dan semakin kompatibel dengan CD-ROM drive biasa

-          Menggunakan Phase change

-          Material memantulkan hal yang berbeda pada kondisi fase yang berbeda

-          (Tadinya) hanya untuk video ->pengganti LD yang mahal  Digital Video Disk

-          Multi-layer (bisa beberapa lapis material)

-           Kapasitas sangat besar (4.7G per layer)

-          Satu film bisa masuk ke dalam satu CD saja dengan kualitas bagus

-           Dapat dikunci - Film membawa kode regional, yang menyebabkan hanya bisa dimainkan pada region yang tepat carry regional coding

·      DVD – Writable

-          Kemunculannya membuat penggunaannya “nyasar” ke komputer, seperti CD dahulu

-          Mengubah singkatan menjadi Digital Versatile Disk

-          Kapasitas mulai 3.8G-4.7G dan sekarang sudah semakin murah

-          Drive DVD-RW pun mulai murah dan sangat terjangkau

3.      Magnetic Tape

·      Akses sequential

·      Lambat

·      Tapi murah

·      Sekarang hanya digunakan sebagai backup dan pengarsipan data

·      Contoh mutakhir: DAT

·      Sistem pita menggunakan teknik pembacaan dan penulisan yang sama dengan sistem disk.

·      Media sistem ini adalah pita mylar lentur yang dilapisi dengan oksida magnet.

·      Pita dan drive pita merupakan analog terhadap sistem tape recorder.

·      Medium pita berbentuk track-track paralel dalam jumlah sedikit.

·      Sistem pita magnetik kuno memakai 9 buah track.

·      Sistem pita magnetik terbaru menggunakan 18 atau 36 track.

·      Data ditulisi dan dibaca dalam bentuk blok-blok continous yang disebut physical records pada pita.

·      Blok-blok pada pita dipisahkan dipisahkan oleh gap yang dikenal sebagai inter-record gaps.