CACHE DISKET

Struktur Sistem Cache

Memori utama terdiri dari sampai dengan 2ⁿ word beralamat, dengan masing-masing word mempunyai n-bit alamat yang unik. Untuk keperluan pemetaan, memori ini dinggap terdiri dari sejumlah blok yang mempunyai panjang K word masing-masing bloknya. Dengan demikian, ada M = 2ⁿ/K blok. Cache terdiri dari C buah baris yang masing-masing mengandung K word, dan banyaknya baris jauh lebih sedikit dibandingkan dengan banyaknya blok memori utama (C << M). Di setiap saat, beberapa subset blok memori berada pada baris dalam cache. jika sebuah word di dalam blok memori dibaca, blok itu ditransfer ke salah satu baris cache. karena terdapat lebih banyak blok bila dibanding dengan baris, maka setiap baris tidak dapat menjadi unik dan permanen untuk dipersempahkan ke blok tertentu mana yang disimpan. Tag biasanya merupakan bagian dari alamat memori utama.

Memori berkapasitas terbatas, memori ini berkecepatan tinggi dan lebih mahal dibandingkan memory utama. Berada diantara memori utama dan register pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu kepada memori utama tetapi di cache memory yang kecepatan aksesnya yang lebih tinggi, metode menggunakan cache memory ini akan meningkatkan kinerja sistem.

Cache telah terbukti sangat efektif dalam berbagai bidang komputasi karena akses pola khas aplikasi komputer memiliki wilayah referensi . Referensi menunjukkan lokalitas temporal jika data diminta lagi yang telah baru-baru ini diminta sudah. Referensi menunjukkan lokalitas spasial jika data yang diminta secara fisik disimpan dekat dengan data yang telah diminta sudah.

Cache terdiri dari kolam entri. Setiap entri memiliki datum (sebuah nugget data) – salinan dari datum yang sama di beberapa backing store. Setiap entri juga memiliki tag, yang menentukan identitas dari datum di backing store yang masuk adalah salinan.

Elemen Rancangan Cache

• Ukuran cache, disesuaikan dengan kebutuhan untuk membantu kerja memori. Semakin besar ukuran cache semakin lambat karena semakin banyak jumlah gerbang dalam pengalamatan cache.
• Fungsi Pemetaan (Mapping), terdiri dari Pemetaan Langsung, Asosiatif, Asosiatif Set.Pemetaan langsung merupakan teknik yang paling sederhana, yaitu memetakkan 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.Hal ini menurut artikel dari Yulisdin Mukhlis, ST., MT
• 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

Operasi Cache

Ketika klien cache (CPU, web browser, sistem operasi ) perlu mengakses datum dianggap ada di backing store, ia akan mengecek cache pertama. Jika sebuah entri dapat ditemukan dengan tag yang cocok dengan yang diinginkan dari datum, datum dalam entri digunakan sebagai gantinya. Situasi ini dikenal sebagai cache hit. Jadi, misalnya, sebuah program web browser akan mengecek cache lokal pada disk untuk melihat apakah ia memiliki salinan lokal dari isi halaman web pada URL tertentu. Dalam contoh ini, URL tag, dan isi dari halaman web datum tersebut. Persentase akses yang menghasilkan hits cache dikenal sebagai hit rate atau rasio hit cache.

Situasi alternatif, ketika cache dikonsultasikan dan ditemukan tidak berisi datum dengan tag yang diinginkan, telah menjadi dikenal sebagai cache miss. Pembatas uncached sebelumnya diambil dari toko dukungan selama penanganan lewatkan biasanya disalin ke dalam cache, siap untuk akses berikutnya.

Selama cache miss, CPU biasanya menyemburkan beberapa entri lain untuk membuat ruang untuk pembatas uncached sebelumnya. Theheuristik digunakan untuk memilih entri untuk mengeluarkan dikenal sebagai pengganti kebijakan . Satu kebijakan populer pengganti, “Least Recently Used” (LRU), menggantikan entri paling terakhir digunakan. Cache lebih efisien menghitung frekuensi penggunaan terhadap ukuran isi yang tersimpan, serta latency dan throughputs baik untuk cache dan backing store. Sementara ini bekerja dengan baik untuk sejumlah besar data, latency panjang dan throughputs lambat, seperti yang dialami dengan hard drive dan Internet, tidak efisien untuk digunakan dengan cache CPU.

Ketika sebuah sistem datum menulis ke cache, harus pada titik tertentu menulis datum yang ke toko dukungan juga. Waktu menulis ini dikendalikan oleh apa yang dikenal sebagai kebijakan menulis.

Dalam write-through cache, setiap menulis ke cache menyebabkan menulis sinkron ke toko dukungan.

Atau, di write-back cache, menulis tidak segera mencerminkan ke store. Sebaliknya, cache menandai lokasi yang telah ditulis di atas dan tanda lokasi-lokasi sebagai kotor. Data di lokasi tersebut ditulis kembali ke backing store ketika data mereka diusir dari cache, berpengaruh disebut sebagai lazy write. Untuk alasan ini, sebuah kesalahan pembacaan di-write-back cache sering memerlukan 2 akses memori untuk layanan: satu untuk mengambil datum yang diperlukan, dan satu untuk menulis data diganti dari cache untuk store.

Kebijakan lain juga dapat memicu write-back data. Klien dapat membuat banyak perubahan ke datum dalam cache, dan kemudian secara eksplisit memberitahu cache untuk menulis kembali datum tersebut.

Entitas selain cache dapat mengubah data di backing star, dalam hal salin dalam cache bisa menjadi basi. Atau, ketika klien meng-update data di cache, salinan data di cache lain akan menjadi basi. Protokol komunikasi antara manajer cache yang menyimpan data yang konsisten dikenal sebagai protokol koherensi .

  

Aplikasi Cache

• CPU Cache adalah cache yang digunakan oleh unit pengolahan sentral dari sebuah komputer untuk mengurangi waktu rata-rata untuk mengakses memori .  Cache-nya lebih kecil, memory yang lebih cepat yang menyimpan salinan data dari yang paling sering digunakan di memori utama.  Selama mengakses memori cache, rata-rata latensi dari akses memori akan lebih dekat dengan latency cache daripada latency dari memori utama.

• Cache Halaman atau Disk Cache , adalah sebuah “transparan” penyangga yang didukung halaman disk disimpan di memori utama (RAM) oleh sistem operasi untuk akses cepat.  Halaman cache biasanya diimplementasikan dalam kernel dengan paging manajemen memori, dan benar-benar transparan untuk aplikasi.  Semua memori tidak langsung dialokasikan ke aplikasi yang biasanya digunakan untuk cache halaman. Hard disk membaca dalam kecepatan rendah dan akses acak memerlukan biaya mahal dibandingkan dengan memori utama (ini adalah mengapa upgrade RAM biasanya menghasilkan perbaikan signifikan dalam ‘kecepatan komputer dan responsif). Caching disk terpisah disediakan di sisi perangkat keras, oleh  RAM atau NVRAM chip berdedikasi yang terletak baik dalam disk controller (di dalam hard disk drive; tepat disebut disk buffer ⁾ atau dalam sebuah array disk controller .  Memori seperti ini sebaiknya tidak keliru dengan cache halaman.

CACHE  DISKET

Cache memori digunakan untuk  menerapkan sebuah memori yang lebih kecil dan lebih cepat dibandingkan memori utama dan yang dihubungkan dengan memori utama dan prosesor. Cache memori mengurangi waktu akses memori dengan menggunakan prinsip lokalitas.

Prinsip yang sama diterapkan ke memori disket. Khususnya, sebuah cache memori merupakan sebuah buffer dalam memori utama untuk sector disket. Cache mengandung sebuah copy dari beberapa sector dalam disket. Ketika sebuah permintaan I/O dibuat untuk sebuah sektro tertentu, sebuah pemeriksaan dibuat untuk menentukan bila sector berada dalam cache disket. Jika demikian, maka permintaan dipenuhi melalui cache. Jika tidak permintaan sector dibaca ke dalam disket cache dari disket. Ketika sebuah clock data difetch dalam cache untuk memenuhi permintaan I/O tunggal

Perhatian desain

Ketika sebuah permintaan I/O dipenuhi cachedisket, data dalam sebuah disket cache harus dikirimkan ke proses yang diinginkan. Ini dapat dilakukan dengan mentransfer blok data dalam memori utama disket cache yang dinyatakan ke proses user atau cukup dengan menggunakan sebuah kemampuan memori share dan melewatkan sebuah pointer ke slot yang sesuai dalam  disket cache.