Penyimpanan Data Memori

penyimpanan data komputer, sering disebut penyimpanan atau memori, adalah teknologi yang terdiri dari komponen komputer dan media perekaman yang digunakan untuk menyimpan data digital. Ini adalah fungsi inti dan komponen fundamental dari komputer. The central processing unit (CPU) dari komputer yang memanipulasi data dengan melakukan perhitungan.

The central processing unit (CPU) dari komputer yang memanipulasi data dengan melakukan perhitungan. Dalam prakteknya, hampir semua komputer menggunakan hirarki storage, yang menempatkan cepat tapi mahal dan kecil pilihan penyimpanan dekat dengan CPU dan lebih lambat tapi lebih besar dan pilihan yang lebih murah lebih jauh. Umumnya teknologi yang mudah menguap cepat (yang kehilangan data saat aliran listrik) yang disebut sebagai "memori", sementara teknologi lambat persisten yang disebut sebagai "storage"; Namun, "memori" kadang-kadang juga digunakan ketika mengacu pada penyimpanan persisten.

Dalam arsitektur Von Neumann, CPU terdiri dari dua bagian utama: Unit kontrol dan unit aritmatika / logika (ALU). Mantan kontrol aliran data antara CPU dan memory, sedangkan berkinerja kedua operasi aritmatika dan logika pada data.

Tanpa sejumlah besar memori, komputer hanya akan mampu melakukan operasi tetap dan output segera hasilnya. Itu harus dikonfigurasi ulang untuk mengubah perilakunya. Hal ini dapat diterima untuk perangkat seperti kalkulator meja, prosesor sinyal digital, dan perangkat khusus lainnya. mesin von Neumann berbeda dalam memiliki memori di mana mereka menyimpan instruksi operasi mereka dan data. komputer tersebut lebih fleksibel dalam bahwa mereka tidak perlu memiliki perangkat keras mereka ulang untuk setiap program baru, tapi hanya dapat memprogram dengan instruksi di memori baru; mereka juga cenderung lebih sederhana untuk merancang, dalam prosesor yang relatif sederhana dapat menyimpan negara antara perhitungan berturut-turut untuk membangun hasil prosedural yang kompleks. Sebagian besar komputer modern adalah mesin von Neumann.

Sebuah komputer digital modern merupakan data menggunakan sistem angka biner. Teks, angka, gambar, audio, dan hampir setiap bentuk informasi lain dapat dikonversi menjadi string bit, atau digit biner, yang masing-masing memiliki nilai 1 atau 0. Unit yang paling umum dari penyimpanan byte, sama untuk 8 bit. Sepotong informasi dapat ditangani oleh komputer atau perangkat yang ruang penyimpanan yang cukup besar untuk menampung representasi biner dari bagian informasi, atau hanya data. Misalnya, karya-karya lengkap Shakespeare, sekitar 1250 halaman di cetak, dapat disimpan dalam waktu sekitar lima megabyte (40 juta bit) dengan satu byte per karakter.

Data dikodekan dengan menetapkan pola bit untuk setiap karakter, digit, atau objek multimedia. Banyak standar yang ada untuk encoding (misalnya, karakter pengkodean seperti ASCII, pengkodean gambar seperti JPEG, pengkodean video seperti MPEG-4).

Dengan menambahkan bit untuk setiap unit disandikan, redundansi memungkinkan komputer untuk kedua mendeteksi kesalahan pada data kode dan memperbaikinya berdasarkan algoritma matematika. Kesalahan umumnya terjadi pada probabilitas rendah karena acak nilai bit membalik, atau "sedikit kelelahan fisik", hilangnya bit fisik dalam penyimpanan kemampuannya untuk mempertahankan nilai dibedakan (0 atau 1), atau karena kesalahan di antar atau intra-komputer komunikasi . Sedikit sandal acak (misalnya, karena radiasi random) biasanya dikoreksi pada deteksi. Sedikit, atau sekelompok bit fisik rusak (tidak selalu sedikit cacat tertentu dikenal; definisi kelompok tergantung pada perangkat penyimpanan tertentu) biasanya otomatis dipagari-out, yang diambil dari penggunaan oleh perangkat, dan diganti dengan berfungsi kelompok setara lain di perangkat, di mana nilai-nilai bit dikoreksi dikembalikan (jika mungkin). The cyclic redundancy check (CRC) metode ini biasanya digunakan dalam komunikasi dan penyimpanan untuk deteksi kesalahan. Sebuah kesalahan terdeteksi kemudian dicoba.

metode kompresi data memungkinkan dalam banyak kasus (seperti database) untuk mewakili string bit dengan bit string pendek ( "kompres") dan merekonstruksi string asli ( "dekompresi") bila diperlukan. Ini menggunakan substansial penyimpanan kurang (puluhan persen) untuk berbagai jenis data pada biaya lebih perhitungan (kompres dan dekompresi bila diperlukan). Analisis trade-off antara penghematan biaya penyimpanan dan biaya perhitungan terkait dan penundaan mungkin dalam ketersediaan data dilakukan sebelum memutuskan apakah akan menyimpan data tertentu dikompresi atau tidak.

Untuk alasan keamanan beberapa jenis data (misalnya, informasi kartu kredit) dapat terus dienkripsi dalam penyimpanan untuk mencegah kemungkinan informasi rekonstruksi yang tidak sah dari potongan snapshot penyimpanan.

penyimpanan utama (juga dikenal sebagai memori utama atau memori internal), sering disebut hanya sebagai memori, adalah satu-satunya langsung diakses ke CPU. CPU terus membaca instruksi yang tersimpan di sana dan mengeksekusi mereka sesuai kebutuhan. Setiap data aktif dioperasikan ini juga disimpan di sana dengan cara seragam.

Secara historis, komputer awal yang digunakan garis keterlambatan, tabung Williams, atau memutar drum magnet penyimpanan utama. Pada tahun 1954, metode-metode tidak dapat diandalkan sebagian besar digantikan oleh memori inti magnetik. memori inti tetap dominan sampai 1970-an, ketika kemajuan teknologi sirkuit diperbolehkan memori semikonduktor terintegrasi menjadi ekonomi kompetitif.

Hal ini menyebabkan modern yang random-access memory (RAM). Hal ini berukuran kecil, ringan, tapi cukup mahal pada saat yang sama. (Jenis tertentu RAM digunakan untuk penyimpanan primer juga volatile, yaitu mereka kehilangan informasi jika tidak bertenaga).

Seperti ditunjukkan dalam diagram, tradisional ada dua sub-lapisan penyimpanan utama, selain main RAM berkapasitas besar:

Prosesor register yang terletak di dalam prosesor. Setiap register biasanya memegang kata data (seringkali 32 atau 64 bit). instruksi CPU menginstruksikan unit aritmatika logika untuk melakukan berbagai perhitungan atau operasi lain pada data ini (atau dengan bantuan itu). Register adalah tercepat dari semua bentuk penyimpanan data komputer.
cache prosesor merupakan tahap peralihan antara register ultra-cepat dan memori utama jauh lebih lambat. Ini diperkenalkan semata-mata untuk meningkatkan kinerja komputer. informasi yang paling aktif digunakan di memori utama hanya digandakan dalam memori cache, yang lebih cepat, tapi kapasitas yang jauh lebih rendah. Di sisi lain, memori utama jauh lebih lambat, tetapi memiliki kapasitas penyimpanan yang jauh lebih besar dari register prosesor. Multi-level cache yang hirarkis setup juga biasa digunakan-primer Cache yang terkecil, tercepat dan terletak di dalam prosesor; cache sekunder yang agak lebih besar dan lebih lambat.
memori utama secara langsung atau tidak langsung terhubung ke central processing unit melalui bus memori. Hal ini sebenarnya dua bus (bukan pada diagram): bus alamat dan bus data. CPU terlebih dahulu mengirimkan nomor melalui bus alamat, nomor yang disebut alamat memori, yang menunjukkan lokasi yang diinginkan data. Kemudian membaca atau menulis data dalam sel memori dengan menggunakan bus data. Selain itu, unit manajemen memori (MMU) adalah perangkat kecil antara CPU dan RAM menghitung ulang alamat memori yang sebenarnya, misalnya untuk memberikan sebuah abstraksi dari memori virtual atau tugas lainnya.

Sebagai jenis RAM yang digunakan untuk penyimpanan primer adalah volatile (uninitialized saat start up), sebuah komputer hanya mengandung penyimpanan tersebut tidak akan memiliki sumber untuk membaca instruksi dari, untuk memulai komputer. Oleh karena itu, penyimpanan utama non-volatile yang berisi program startup kecil (BIOS) digunakan untuk bootstrap komputer, yaitu, untuk membaca program yang lebih besar dari penyimpanan sekunder non-volatile untuk RAM dan mulai untuk melaksanakannya. Sebuah teknologi non-volatile yang digunakan untuk tujuan ini disebut ROM, untuk memori read-only (terminologi mungkin agak membingungkan karena kebanyakan jenis ROM juga mampu random access).

Banyak jenis "ROM" tidak hanya membaca, sebagai pembaruan kepada mereka yang mungkin; namun lambat dan memori harus dihapus dalam porsi besar sebelum dapat ditulis ulang. Beberapa sistem tertanam menjalankan program langsung dari ROM (atau serupa), karena program tersebut jarang berubah. komputer standar tidak menyimpan program non-dasar dalam ROM, dan agak, menggunakan kapasitas besar penyimpanan sekunder, yang non-volatile juga, dan tidak mahal.

Baru-baru ini, penyimpanan primer dan penyimpanan sekunder dalam beberapa menggunakan mengacu dengan apa yang disebut historis, masing-masing, penyimpanan sekunder dan penyimpanan tersier.

penyimpanan sekunder (juga dikenal sebagai memori eksternal atau penyimpanan tambahan), berbeda dari penyimpanan utama dalam hal itu tidak langsung dapat diakses oleh CPU. Komputer biasanya menggunakan saluran input / output untuk mengakses penyimpanan sekunder dan transfer data yang diinginkan dengan wilayah antara di penyimpanan utama. penyimpanan sekunder tidak kehilangan data bila perangkat dimatikan-itu adalah non-volatile. Per unit, itu biasanya juga dua lipat lebih murah dari penyimpanan utama. sistem komputer modern biasanya memiliki dua perintah besar penyimpanan yang lebih sekunder dari penyimpanan primer dan data disimpan untuk waktu yang lebih lama di sana.

Pada komputer modern, hard disk drive biasanya digunakan sebagai penyimpanan sekunder. Waktu yang dibutuhkan untuk mengakses byte yang diberikan informasi yang tersimpan di hard disk biasanya sekian detik, atau milidetik. Sebaliknya, waktu yang dibutuhkan untuk mengakses byte yang diberikan informasi yang disimpan dalam random-access memory diukur dalam miliar detik, atau nanodetik. Hal ini menggambarkan signifikan perbedaan akses-waktu yang membedakan memori solid-state dari berputar perangkat penyimpanan magnetik: hard disk biasanya sekitar satu juta kali lebih lambat dari memori. Berputar perangkat penyimpanan optik, seperti CD dan DVD drive, memiliki waktu akses lebih lama. Dengan disk drive, sekali disk membaca / menulis kepala mencapai penempatan yang tepat dan data berputar bunga di bawahnya, data berikutnya di trek yang sangat cepat untuk mengakses. Untuk mengurangi mencari waktu dan latency rotasi, data ditransfer ke dan dari disk dalam blok berdampingan besar.

Ketika data berada pada disk, memblokir akses untuk menyembunyikan latency menawarkan kesempatan untuk merancang algoritma memori eksternal efisien. Sequential atau memblokir akses pada disk adalah lipat lebih cepat dari akses acak, dan banyak paradigma yang canggih telah dikembangkan untuk merancang algoritma yang efisien berdasarkan sekuensial dan blok akses. Cara lain untuk mengurangi I / O bottleneck adalah dengan menggunakan disk secara paralel untuk meningkatkan bandwidth antara memori primer dan sekunder. [3]

Beberapa contoh lain dari teknologi penyimpanan sekunder adalah memori flash (mis USB flash drive atau kunci), floppy disk, pita magnetik, pita kertas, kartu menekan, RAM disk mandiri, dan Iomega Zip drive.

Penyimpanan sekunder sering diformat sesuai dengan format file sistem, yang menyediakan abstraksi diperlukan untuk mengatur data ke dalam file dan direktori, juga memberikan informasi tambahan (disebut metadata) menggambarkan pemilik file tertentu, waktu akses, ijin akses, dan informasi lainnya.

Sebagian besar sistem operasi komputer menggunakan konsep memori virtual, yang memungkinkan penggunaan kapasitas penyimpanan utama daripada yang tersedia secara fisik dalam sistem. Sebagai memori utama mengisi, sistem bergerak potongan sedikit-digunakan (halaman) ke perangkat penyimpanan sekunder (ke file swap atau file halaman), mengambil mereka nanti ketika mereka dibutuhkan. Sebagai lebih dari retrievals ini dari penyimpanan sekunder lebih lambat diperlukan, semakin kinerja sistem secara keseluruhan terdegradasi.

penyimpanan tersier atau memori tersier [4] menyediakan tingkat ketiga penyimpanan. Biasanya, melibatkan mekanisme robot yang akan me-mount (insert) dan media massa turun removable ke dalam perangkat penyimpanan sesuai dengan tuntutan sistem; Data ini sering disalin ke penyimpanan sekunder sebelum digunakan. Hal ini terutama digunakan untuk pengarsipan informasi jarang diakses karena jauh lebih lambat dibandingkan penyimpanan sekunder (misalnya 5-60 detik vs 1-10 milidetik). Hal ini terutama berguna untuk menyimpan data luar biasa besar, diakses tanpa operator manusia. Contoh umum termasuk jukebox tape library dan optik.

Ketika komputer perlu membaca informasi dari penyimpanan tersier, terlebih dahulu akan berkonsultasi database katalog untuk menentukan tape atau disk berisi informasi. Selanjutnya, komputer akan menginstruksikan lengan robot untuk mengambil media dan tempatkan dalam drive. Ketika komputer telah selesai membaca informasi, lengan robot akan kembali media ke tempatnya di perpustakaan.

penyimpanan tersier juga dikenal sebagai penyimpanan nearline karena "dekat secara online". Perbedaan formal antara online, nearline, dan penyimpanan offline adalah: [5]

penyimpanan online segera tersedia untuk I / O.
penyimpanan nearline tidak segera tersedia, tetapi dapat dilakukan secara online dengan cepat tanpa campur tangan manusia.
penyimpanan offline tidak segera tersedia, dan membutuhkan beberapa intervensi manusia untuk menjadi online.
Misalnya, selalu-on berputar hard disk drive yang penyimpanan online, sedangkan drive yang berputar secara otomatis, seperti dalam array besar disk idle (Pembantu) berputar, yang penyimpanan nearline. removable media seperti katrid tape yang dapat diambil secara otomatis, seperti di perpustakaan tape, adalah penyimpanan nearline, sedangkan katrid tape yang harus dimuat secara manual offline storage.