Penjelasan Tentang Cache Memory Pada Komputer

Pengertian dan Konsep Dasar pada Memory Internal (Cache) Pada Komputer - Dalam pengertiannya sendiri, cache merupakan tempat penyimpanan memory sementara. Dalam sebuah processor/RAM, terdapat internal cache yang berfungsi untuk menyimpan variable-variable yang selalu di request berulang-ulang setiap kali processor bekerja.

Cara ini berguna untuk meningkatkan transfer data dengan cara menyimpan data-data yang pernah di akses pada cache tersebut. Cache memori yang seperti ini merupakan memori dengan tipe SDRAM yang memiliki kapasitas terbatas, namun cache jenis ini memiliki kecepatan proses yang tinggi dan dengan yang lebih mahal dari main memory. Cache memori ini berada diantara register & RAM (memori utama) sehingga proses data tidak langsung mengarah ke memori utama.

Semakin banyak variable yang ditampung maka proses pengolahan data akan menjadi semakin cepat karena tidak memerlukan lagi 2x lompatan request. Ketika processor meminta data untuk diolah namun tidak terdapat di internal memory processor itu, maka processor akan otomatis meminta data dari external memory (RAM), sedangkan processor memerlukan waktu extra untuk mendapatkan data dari external memory.

img source: makeuseof.com

Level Memory pada Cache
Cache memory memiliki 3 tingkatan level, yaitu L1, L2 dan L3. Cache memori level 1 (L1) merupakan cache memori yang berada didalam prosesor (cache internal). Cache jenis ini merupakan cache dengan kecepatan akses paling tinggi juga memiliki harga paling mahal. Perkembangan memory dimulai dari 8Kb, 64Kb serta 128Kb. Cache level 2 (L2) memiliki kapasitas yang lebih besar, berkisar antara 256Kb hingga 2Mb. Namun cache jenis ini memiliki kecepatan yang terbilang lebih lambat dari cache L1. Cache L2 ini berada terpisah dari prosesor atau sering disebut dengan cache eksternal. Sedangkan cache Level 3 (L3) hanya dimiliki oleh processor dualcore atau quadcore. Fungsinya yaitu untuk mengontrol data yang masuk dari cache L2 dari masing-masing core prosesor.

Dimanakah Letak Memory Cache?
Cache L1 terintegrasi dengan chip prosesor, artinya letak cache ini sudah menyatu dengan chip processor (tempatnya berada di dalam keping prosesor). Sedangkan cache L2 ada yang menyatu dengan chip prosesor namun ada juga yang tempatnya berada di luar chip processor, tepatnya di motherboard yang berada dekat dengan posisi processor. Pada masa processor Intel 80486, letak cache jenis ini lebih banyak berada di luar dari chip processor. Namun sejak era prosesor Intel Pentium, letak cache L2 sudah mulai menyatu dengan keping processor. Posisi dari cache L2 selalu berada diantara cache L2 dengan main memory (RAM). Sedangkan cache L3 sendiri belum diterapkan secara universal pada semua jenis processor. Hanya processor tertentu saja yang memiliki cache jenis ini.

Cache memory yang terletak berpisah dengan processor disebut cache non-integrated (putus atau terpisah). Sedangkan cache memory yang menyatu dengan processor disebut dengan integrated cache memory, on-chip, atau on-die.

Bagaimana Cara Kerja Memory Cache?
Pada saat prosesor menginginkan data untuk di proses, maka ia akan otomatis mencarinya langsung pada cache. Jika data ditemukan, prosesor akan langsung membacanya. Namun jika data yang dicari oleh processor tersebut tidak ditemukan, maka processor akan otomatis mencarinya pada external memory (RAM). Pada dasarnya, cache dapat menyediakan data yang dibutuhkan oleh processor sehingga pengaruh kerja RAM yang lambat bisa dikurangi. Dengan cara ini, otomatis bandwidth memori akan naik sehingga kerja processor akan menjadi lebih efisien. Kapasitas memori cache yang semakin besar tentunya akan meningkatkan kecepatan kerja komputer.

Jenis-jenis cache yang sering digunakan pada komputer adalah memory caching & disk caching. Penerapannya bisa berupa sebuah bagian khusus dari memori utama komputer ataupun sebuah media penyimpanan data khusus yang memiliki kecepatan tinggi.

Istilah-istilah Yang Berhubungan dengan Cache

• Cache hit

Data yang diminta oleh unit yang lebih tinggi dan ada pada cache, maka disebut "hit". Permintaan dapat dilayani dengan cepat. Maksud urutan unit dari rendah hingga tinggi yaitu: Streamer - Hardisk Memori - Second Level - First level - CPU cache.

• Cache miss

Jika data yang diminta tidak ada pada cache, harus diambil dari unit dibawahnya yang cukup memakan waktu. Ini disebut dengan miss (gagal)

• Burst mode

Pada mode cepat ini cache mengambil banyak data sekaligus dari unit dibawahnya. Ia mengambil lebih dari yang dibutuhkan dengan asumsi, data yang diminta berikutnya letaknya berdekatan.

• LRU (Least Recently Used)

Yaitu algoritma penggantian cache.

• COAST, Cache on the stick

Merupakan bentuk khusus cache L2 yang dapat diganti-ganti seperti RAM dan ditempatkan pada modul.

• DRAM (''Dynamic Random Access Memory)

Merupakan bentuk yang paling umum. DRAM hanya menggunakan sebuah kapasitor untuk menyimpan, sehingga kecil dan murah untuk kapasitas besar. Kekurangannya: kecepatannya tidak terlalu tinggi.

• SRAM  (Static RAM)

SRAM menggunakan sakelar elektronik (flip-flop) untuk menyimpan. secara teknis flip-flop pada RAM lebih rumit dari kapasitor pada DRAM. Karena lebih cepat, SRAM biasanya digunakan untuk cache L1 atau L2.

• SDRAM (Synchronous DRAM)

Yaitu pengembangan lebih lanjut dari DRAM. Akses pada memori disinkronkan dengan frekuensi sistem prosesor sehingga dapat menghemat waktu. Pada motherboard modern, SDRAM berfungsi sebagai pengganti langsung DRAM.

• First level cache (L1)

First level cache merupakan cache dengan tingkat teratas, dengan kapasitas memori terkecil, termahal dan tercepat.

• Second level cache (L2)

Cache level dua ini memiliki kapasitas lebih besar dari L1, tetapi lebih lambat dan murah. Cache L2 masih lebih cepat dibandingkan dengan RAM.

• Write back (WB)

Cache digunakan tidak hanya saat membaca, tetapi juga dalam proses menulis.

• Write through (WT)

Cache hanya digunakan saat membaca, sedangkan untuk menulis ditunggu hingga memori yang dituju selesai menulis.

Elemen-elemen Penting dari Rancangan Cache

• Ukuran cache

Menyesuaikan dengan kebutuhan untuk membantu kinerja memori. Semakin besar ukuran cache semakin lambat karena semakin banyak jumlah gerbang dalam pengalamatan cache.

• Fungsi Mapping (Pemetaan)

Terdiri dari Pemetaan Langsung, Asosiatif, Asosiatif Set. Pemetaan langsung adalah teknik yang paling sederhana, yaitu memetakan masing-masing blok memori utama hanya ke sebuah saluran cache saja. Pemetaan asosiatif dapat mengatasi kekurangan pemetaan langsung dengan cara mengizinkan setiap blok memori utama untuk dimuatkan ke sembarang saluran cache.

• Algoritma Penggantian

Terdiri dari Least Recently Used (LRU), First in First Out (FIFO), Least Frequently Used (LFU), Acak. Algoritma penggantian digunakan untuk menentukan blok mana yang harus dikeluarkan dari cache untuk menyiapkan tempat bagi blok baru. Ada 2 metode algoritma penggantian yaitu Write-through dan Write-back.Write-through adalah Cache dan memori utama diupdate secara bersamaan waktunya. Sedangkan Write-back melakukan update data di memori utama hanya pada saat word memori telah dimodifikasi dari cache.

• Ukuran blok

Blok-blok yang berukuran Iebih besar mengurangi jumlah blok yang menempati cache. Setiap pengambilan blok menindih isi cache yang lama, maka sejumlah kecil blok akan menyebabkan data menjadi tertindih setelah blok itu diambil. Dengan meningkatnya ukuran blok, maka jarak setiap word tambahan menjadi lebih jauh dari word yang diminta,sehingga menjadi lebih kecil kemungkinannya untuk di perlukan dalam waktu dekat.(Dikutip dari artilek milik Yulisdin "Mukhlis, ST., MT")

• Line size

Jumlah cache, Satu atau dua dua tingkat, kesatuan atau terpisah

Source: wikipedia.org