Memory dan

Pengenalan Sistem

Tertanam

Oleh Wayan Suparta, PhD Prodi Informatika

Universitas Pembangunan Jaya

Pertemuan 13: INF203 (3 SKS)

Sub Pokok Bahasan: RAM

ROM

Pengenalan Sistem Tertanam

Capaian Pembelajaran • Mengetahui berbagai jenis memori dan cara kerjanya.

• Mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan pengertian dasar, katagori konsep dan arsitektur dari sistem tertanam baik perangkat lunak maupun perangkat kerasnya.

Memori adalah istilah generik bagi tempat penyimpanan data

dalam komputer.

Memori adalah tempat menyimpan data selama dan sebelum

data diproses ke processor.

Berdasarkan kecepatan aksesnya dapat dibuat hirarki memori

seperti pada table 1.1. berikut.

Memory

Register Memori • Merupakan jenis memori dimana kecepatan akses yang paling

cepat, Memori ini terdapat pada CPU/Processor.

• Contoh : Register Data, Register Alamat, Stack Pointer

Register, Memory Addresss Register, I/O Address register,

Instruction Register , dll.

Cache Memori • Memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi.

• Cache memory ini ada diantara memori utama dan register

pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu

pada memori utama agar kinerja dapat ditingkatkan.

• Cache Memory ini ada dua macam yaitu pada internal dan

eksternal processor.

Memory Utama

Memori yang berfungsi untuk menyimpan data

dan program. Jenis Memori Utama :

1. RAM(Random Access Memory)

2. ROM(Read Only Memory)

RAM

Adalah sebuah tipe

penyimpanan komputer yang

isinya dapat diakses dalam

waktu yang tetap tidak

memperdulikan letak data

tersebut dalam memori.

Asumsi

RAM biasanya digunakan untuk penyimpanan primer (memori utama) dalam komputer untuk

digunakan dan mengubah informasi secara aktif, meskipun beberapa alat menggunakan beberapa jenis RAM untuk menyediakan penyimpanan

sekunder jangka-panjang

Unit memori menyimpan informasi biner dalam kelompok bit yang disebut kata.

Data terdiri dari n baris (untuk kata-kata n-bit). Jalur input data menyediakan informasi untuk disimpan (ditulis) ke dalam memori, sedangkan jalur output data membawa informasi keluar (baca) dari memori.

Alamat terdiri dari k baris yang menentukan kata mana (di antara kata 2k tersedia) yang akan dipilih untuk dibaca atau ditulis.

Garis kontrol Baca dan Tulis (biasanya digabungkan menjadi satu garis kontrol Baca/Tulis) menentukan arah transfer data.

1. Random Access Memory (RAM)

Block diagram of a memory unit:

Memory unit

2k words

n bits per word

k address lines k

Read/Write

n

n

n data input

lines

n data output

lines

Content of a 1024 x 16-bit memory:

1011010111011101

1010000110000110

0010011101110001

:

:

1110010101010010

0011111010101110

1011000110010101

Memory content decimal

0

1

2

:

:

1021

1022

1023

0000000000

0000000001

0000000010

:

:

1111111101

1111111110

1111111111

binary

Memory address

Operasi Tulis:

Mentransfer alamat kata yang diinginkan ke baris alamat

Mentransfer bit data (kata) untuk disimpan dalam memori ke jalur input data

Mengaktifkan jalur kontrol Tulis (atur Baca / Tulis ke 0)

Operasi Baca:

Mentransfer alamat kata yang diinginkan ke baris alamat

Mengaktifkan jalur kontrol Baca (atur Baca / Tulis ke 1)

Operasi Read/Write:

Memory Enable Read/Write Memory Operation

0 X None1 0 Write to selected word1 1 Read from selected word

Dua jenis RAM: Statis dan dinamis.

RAM statis menggunakan sandal jepit sebagai sel

memori.

RAM dinamis menggunakan biaya kapasitor untuk

merepresentasikan data. Meskipun lebih sederhana di

sirkuit, mereka harus selalu disegarkan.

Satu sel memori tunggal dari RAM statis memiliki logika berikut dan memblokir diagram.

R

S Q Input

Select

Output

Read/Write

BC Output Input

Select

Read/Write

Konstruksi logis dari 4 x 3 RAM (dengan dekoder dan gerbang OR):

Array chip RAM: chip memori digabungkan untuk membentuk memori yang lebih besar.

Chip RAM 1K x 8-bit:

RAM 1K x 8

DATA (8)

ADRS (10)

CS

RW

Input data

Address

Chip select

Read/write

(8) Output data 8 8

10

4K x 8 RAM.

1K x 8

DATA (8)

ADRS (10)

CS

RW

Read/write

(8)

Output

data

1K x 8

DATA (8)

ADRS (10)

CS

RW

(8)

1K x 8

DATA (8)

ADRS (10)

CS

RW

(8)

1K x 8

DATA (8)

ADRS (10)

CS

RW

(8)

0–1023

1024 – 2047

2048 – 3071

3072 – 4095

Input data 8 lines

0 1 2 3

2x4

decoder

Lines Lines

0 – 9 11 10

S0

S1

Address

Tipe Umum RAM

• SRAM atau Static RAM

• NV-RAM atau Non-Volatile RAM

• DRAM atau Dynamic RAM

– EDO RAM atau Extended Data Out DRAM

– SDRAM atau Synchronous DRAM

• DDR-SDRAM atau Double data rate Synchronous RAM

• DDR 2

Beberapa jenis RAM. Dari atas ke bawah:

DIP, SIPP, SIMM 30 pin, SIMM 72 pin, DIMM,

DDR DIMM.

SRAM (Static Random Access Memory)

Memori akses acak statik (Static Random Access Memory, SRAM)

adalah sejenis memori semikonduktor.

JENIS SRAM

Berdasarkan jenis transistor :

1. bipolar (sekarang tidak banyak digunakan: mengkonsumsi banyak listrik namun

sangat cepat)

2. Complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) (jenis paling umum)

Berdasarkan fungsi :

1. Asynchronous (independent of clock frequency, data-in and data out are controlled

by address transistion).

2. Synchronous (all timings are initiated by the clock rise/fall time. Address, data-in

and other control signals are associated with the clock signals)

NV-RAM (Non-Volatile RAM)

NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) merupakan sebuah jenis memori komputer dengan akses acak (RAM) yang umumnya digunakan untuk menyimpan konfigurasi yang dilakukan oleh firmware, seperti BIOS, EFI atau firmware-firmware lainnya pada perangkat embedded, semacam router.

Umumnya, NVRAM dibuat dengan teknologi manufaktur CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) sehingga daya yang dibutuhkannya juga kecil.Untuk menghidupinya agar data yang disimpan tidak hilang, NVRAM menggunakan sebuah baterai Litium dengan nomor seri CR-2032.

Data yang tersimpan pada NVRAM tidak akan hilang meskipun catu daya dimatikan (bersifat permanen), hal ini berbeda dengan Volatile RAM

DRAM (Dynamic RAM)

Random akses memori dinamis (DRAM) merupakan jenis

random akses memori yang menyimpan setiap bit data yang

terpisah dalam kapasitor dalam satu sirkuit terpadu. Karena

kapasitornya selalu bocor, informasi yang tersimpan akhirnya

hilang kecuali kapasitor itu disegarkan secara berkala. Karena

kebutuhan dalam penyegaran, hal ini yang membuatnya sangat

dinamis dibandingkan dengan memori (SRAM) statik memori

dan lain-lain.

EDO RAM

72 pin

Tegangan 2,5 volt

DDR-SDRAM

184 pin

Tegangan2.5 V

SDRAM 168 Pin

Tegangan

2.5 V

DDR 2

240 pin

Tegangan 1.8 V

2. ROM (Read Only Memory)

• ROM adalah singkatan dari Read-Only Memory, ROM ini adalah salah satu memori yang ada dalam computer. ROM ini sifatnya permanen, artinya program / data yang disimpan didalam ROM ini tidak mudah hilang atau berubah walau aliran listrik di matikan.

• Menyimpan data pada ROM tidak dapat dilakukan dengan mudah, namun membaca data dari ROM dapat dilakukan dengan mudah. Biasanya program/data yang ada dalam ROM ini diisi oleh pabrik yang membuatnya. Oleh karena sifat ini, ROM biasa digunakan untuk menyimpan firmware (piranti lunak yang berhubungan erat dengan piranti keras).

• Salah satu contoh ROM adalah ROM BIOS yang berisi program dasar system komputer yang mengatur / menyiapkan semua peralatan / komponen yang ada dalam komputer saat komputer dihidupkan.

Lanjutan ROM Jenis-jenis ROM :

1. PROM (Programmable Read Only Memory): dapat diprogram

sekali saja oleh programmer

2. EPROM (Erasable Programmable ROM) atau RPROM

(Reprogrammable ROM): dapat dihapus dengan sinar ultra

violet serta dapat diprogram kembali berulang-ulang.

3. EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM): dapat

dihapus secara elektronik dan dapat diprogram kembali.

Memori Sekunder

Merupakan memori tambahan yang berfungsi untuk menyimpan

data atau program.

Contoh: Hardisk,Floppy Disk dll

Hubungan Antar Memory Hubungan Harga: Semakin

ke bawah adalah harganya semakin murah.

Hubungan Kapasitas: Semakin ke atas umumnya kapasitasnya semakin terbatas.

Hubungan frekuensi pengaksesan: Semakin ke atas semakin tinggi frekuensi pengaksesan.

3. Pengenalan Sistem Tertanam

Sebuah sistem (rangkaian elektronik) digital yang merupakan

bagian dari sebuah sistem yang lebih besar, yang biasanya

bukan berupa sistem elektronik dan menempel pada sistem

lain atau bagian yang tidak dapat berdiri sendiri.

Sistem embedded biasanya merupakan aplikasi sistem spesifik

yang didisain khusus untuk aplikasi tertentu dan

diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler

Sistem embedded dapat memberikan respon yang sifatnya real

time dan banyak digunakan pada peralatan digital, seperti jam

tangan.

Sejarah embedded system dapat dibaca pada link berikut: https://www.academia.edu/35476361/EMBEDDED_KOMPU

TER_Pengertian_Embedded_System

Struktur Sistem Embedded

https://febriadisantosa.weebly.com/knowledge/embedded-system

Sistem embedded saat ini adalah :

• Signal processing systems

Real-time video, set-top boxes, DVD players, medical equipment, residential gateways

• Distributed control

Network routers, switches, firewalls, mass transit systems, elevators

• “Small” systems

Mobile phones, pagers, home appliances, toys, smartcards, MP3 players, PDAs, digital cameras, sensors, smart badges

Pendahuluan 24

Aplikasi Sistem Embedded

Aerospace Sistem navigasi,sistem pendaratan otomatis, flight attitude controls, engine controls, space

exploration (seperti : The mars pathfinder)

Otomotif Fuel injection control, passenger environmental controls, anti-locking braking systems, air

bag controls, GPS mapping, cruise control

Mainan anak Video games, MindStone system

Komunikasi Satelite, network routers, switches, hubs

Peralatan komputer Printer, scanner, keyboard, displays, modems, hard disk, CD-ROM, USB

Peralatan rumah tangga Mesin cuci, microwave oven, VCR’s, DVD, televisi, stereo, sistem alarm keamanan atau

keebakaran, lawn sprinkler controls, thermostats, kamera digital, clock radios, cell phones

Industri Elevator controls, surveillance systems, robots

Instrumentation Data collection, oscilloscopes, signal generators, signal analyzers, power supplies

Kesehatan CT, one touch glucose meter, almost all medical facility

Peralatan kantor Mesin FAX, mesin fotocopy, telepon

Perorangan PDA, pager, IPOD, MP3 player, telepon selular

25

Mandiri (Standalone) Perangkat standalone dapat berfungsi secara independen dari

perangkat keras lainnya. Tidak terintegrasi ke dalam perangkat lain.

Contoh : Kotak TiVo untuk merekam siaran televisi.

Sedangkan DVR (digital video recorder) merupakan sistem embeded

yang terintegrasi dengan DVD player.

Stand alone juga dapat merujuk pada program software yang tidak

memerlukan software selain sistem operasi untuk menjalankannya.

Kategori Sistem Embedded

Real Time

Sistem embedded dengan tugas-tugas spesifik yang dilakukan dalam

periode waktu spesifik disebut dengan sistem real time. Sistem real time

terdiri dari hard real time system dan soft real time system.

• Hard real time adalah sistem yang harus melaksanakan tugas dengan

deadline yang tepat.

• Sedangkan soft real time adalah sistem yang tidak memerlukan

deadline.

Pendahuluan

Networked Sistem embedded yang dilengkapi dengan interface network dan

diakses oleh suatu jaringan seperti Local Area Network atau internet

disebut dengan Networked Information Appliances.

Sistem embedded yang terhubung ke jaringan berjalan pada protokol

TCP/IP dan memerlukan protokol layer aplikasi serta HTTP web

server software untuk menjalankan sistem tersebut.

Contoh : ketika pintu terkunci dan sesorang berada didepan pintu

tersebut, web camera yang berada pada pintu akan mengirimkan sinyal

ke desktop melalui internet dan pintu yang terkunci dapat dibuka

dengan menekan tombol mouse.

27

Mobile Devices Mobile device seperti ponsel, PDA, smart phone, dll merupakan

kategori khusus dari sistem embedded.

Mobile device dianggap sebagai sistem embedded meskipun masih ada

keterbatasan pada kendala memory, ukuran yang kecil, kurangnya

interface.

Arsitektur sistem embedded merupakan sebuah abstraksi dari

perangkat embedded dan merupakan hal yang penting dalam

menyelesaikan tantangan yang dihadapi saat mendesain sistem

baru.

Tantangan yang biasa dihadapi adalah

mendefinisikan dan meng-capture desain system

keterbatasan biaya

menentukan integritas sistem, seperti kehandalan dan keamanan

bekerja dalam batas-batas fungsi elemen yang tersedia (seperti processing

power, memori, battery life, dll)

marketability dan sellability

persyaratan deterministik : syarat berat, ukuran, dll

Arsitektur Sistem Embedded

Arsitektur dasar Sistem Embeded

Pendahuluan 29

Arsitektur detail sistem tertanam

Pendahuluan 30

https://febriadisantosa.weebly.com/knowledge/

embedded-system

Keterangan : • User Interface : untuk interaksi dengan pengguna. Terdiri keyboard, touch

pad, dll

• ASIC: Application Specific Integrated Circuit : untuk fungsi yang spesifik

seperti motor control, data modulation, dll

• Microcontroller(μC) : bagian dari mikroprosesor

• Real Time Operating System (RTOS): terdiri dari semua software untuk

kontrol sistem dan interface pengguna.

• User Interface Process : Bagian dari RTOS yang menjalankan perangkat

lunak untuk kegiatan interface pengguna

• Controller Process : Bagian dari RTOS yang menjalankan software untuk

timing dan control antara berbagai unit dari sistem embedded.

• Digital Signal Processor (DSP) , merupakan jenis dari mikroprosessors

• DSP assembly code : kode untuk DSP yang disimpan dalam memori

program

• Dual Ported Memory : Data Memory yang dapat diakses oleh dua

prosesor pada saat yang sama

• CODEC: Compressor/Decompressor data Pendahuluan 31

Pendahuluan

Embedded Systems Hardware • Commercial off-the-shelf components (COTS)

Misal : wireless radios, sensors, I/O devices Murah

• Application-Specific ICs (ASICs) ICs yang dirancang untuk keperluan /aplikasi khusus Kinerja yang sangat bagus pada aplikasi Embedded systems pada awalnya hanya ASICs

• Domain-specific processors DSPs Microcontrollers Microprocessors

32

Embedded Software • Tugas utama: ‘Not transformation of data but interaction with physical

world’

• Mengakuisisi sifat-sifat fisika/kimia lingkungan

Perlu waktu

Mengkonsumsi daya

Tidak berhenti (kecuali gagal beroperasi)

Sifat-Sifat Embedded Software

1. Timeliness • Waktu: secara sistematik telah terhubung dengan teori komputasi

• RTOS seringkali mereduksi karakterisasi suatu task menjadi sebuah bilangan(yakni, prioritasnya)

• Tetapi: Komputasi memerlukan waktu bahkan pada komputer yang sangat cepat, waktu masih perlu dipertimbangkan

• Proses fisik memerlukan waktu

• Perlu ditemukan abstraksi yang memungkinkan kendali waktu !

2. Concurrency

3. Liveness

4. Interfaces

5. Heterogeneity

6. Reactivity

Pendahuluan 33

• Liveness

- Program tidak boleh berakhir

– Tidak seperti model komputasi Turing tradisional, HALT tidak boleh

terjadi

– Deadlock tidak dapat ditolerir

- Correctness bukan semata mata menampilkan jawaban akhir yang benar

Harus mempertimbangkan hal-hal seperti timing, power consumption,

fault recovery, security and robustness

• Interfaces

Keterhubungan dengan lingkungan, serial, usb, bluetooth, wifi, dll

• Heterogenity

Keberagaman device menimbulkan masalah interoperabilitas

Pendahuluan 34

• Reactivity

- Sistem disebut interaktif, bila: Bereaksi dengan kecepatannya sendiri (atau

kecepatan manusia yang mengendalikannya)

- Sistem disebut transformatsional, bila: Mentransformasikan suatu input

data menjadi suatu output data (misalnya perkalian dua buah matriks)

- Sistem disebut reaktif, bila: Bereaksi secara kontinu dengan lingkungan,

selalu dengan kecepatan reaksi yang tetap

1. Apa itu memory

2. Sebutkan dan jelaskan macam-macam memory

3. Sebutkan dan jelaskan macam-macam main memory

4. Sebutkan dan jelaskan hubungan antar memory

5. Jelaskan perbedaan antara SDRAM, SRAM, DRAM, EDO-

RAM, NV-RAM dan DDR-SRAM

6. Mengapa embedded system diperlukan?

7. Jelaskan karakteristik sebuah sistem tertanam

8. Sebutkan satu perangkat embedded system?

9. Apakah Arduino dan Raspberry Pi termasuk embedded system?

Jelaskan

10. Berikan 25 contoh bidang aplikasi dari embedded system

11. Apakah embedded system ada hubungannya dengan Internet of

thinks (IoT)?

LATIHAN 13