Nand Flash Memory

TUGAS ORGANISASI & ARSITEKTUR KOMPUTER

S1_TI_05

Dosen        : Naskan, S.Kom

Di Susun Oleh:

Yoga Dainis Awuy (10.11.3970)

Estu Priyanggo Aji (10.11. 3920)

Rizwan (10.11. 3921)

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

TAHUN AJARAN 2010/2011

NAND Flash Memory

NAND Flash adalah salah satu arsitektur dari dua teknologi flash (yang lainnya adalah NOR) yang digunakan dalam kartu memori seperti kartu CompactFlash. Hal ini juga digunakan dalam USB Flash drive, MP3 player, dan menyediakan penyimpanan gambar untuk kamera digital. NAND paling cocok untuk perangkat flash yang membutuhkan penyimpanan data berkapasitas tinggi. Perangkat flash NAND lebih cepat menghapus, menulis, dan kemampuan membaca lebih dari NOR, memori flash NAND memberikan kepadatan tinggi dan relatif cepat menghapus dan menulis. Namun, memori flash NAND tidak mengatur sendiri untuk aplikasi XIP karena akses yang arsitektur berurutan dan panjang. Selain itu, memori flash NAND tersedia dalam penyimpanan lebih tinggi dan pada biaya yang jauh lebih rendah daripada NOR flash. Sifat-sifat ini, digabungkan dengan operasi menghapus dengan kecepatan yang lebih tinggi,membuatnya lebih baik daripada NOR flash untuk digunakan dalam perangkat mass storage, di mana bit-addressability dari flash NOR adalah tidak ada keuntungan khusus.

Arsitektur Media Penyimpanan

Chip memori flash NAND mempunyai dua tingkat struktur hirarkis. Pada tingkat terendah, bit disusun ke dalam halaman, biasanya masing-masing 2 KB. Pages/halaman adalah unit dari read and write dalam NAND flash. Dalam rangka untuk memulai sebuah operasi I/O, sebuah perintah menetapkan pages ID dikirim ke memori flash controller, yang menetapkan waktu setup tetap terlepas dari jumlah bit harus dibaca atau ditulis. Dengan demikian, bit berikutnya dalam halaman yang dipilih saat ini dapat dibaca atau ditulis jauh lebih efisien daripada bit dari halaman yang berbeda.

Tidak seperti seperti dalam sebuah disk, kesalahan untuk memulai sebuah operasi I/O pada halaman adalah konstan, bukan fungsi dari operasi I/O sebelumnya (tidak ada keuntungan untuk halaman membaca secara berurutan). Pages dikelompokkan ke dalam struktur tingkat yang lebih tinggi yang disebut menghapus blok, yang terdiri dari masing-masing ~64 halaman. Sementara halaman adalah unit read dan write, erase block adalah unit penghapusan (erasure). Seperti dijelaskan di atas, menulis ke halaman hanya dapat menghapus bit (membuat mereka nol), tidak mengesetnya.

Sistem Kerja (proses baca dan tulis) Media Penyimpanan

NAND Flash memiliki protokol khusus untuk penulisan dan pembacaan data. Berbeda dengan DRAM, NAND memory harus diakses dengan satuan diskrit. Satuan kecil penulisan dan pembacaan data adalah page. Page yang telah terisi data tidak bisa langsung ditumpuki dengan
data baru, namun harus dihapus terlebih dahulu. Sedangkan satuan terkecil penghapusan data adalah block, yang biasanya terdiri dari 64 atau 128 page. Hal penting lainnya untuk media yang yang menggunakan NAND flash adalah pengaturan ukuran baca dengan tulis yang tidak simetris.
NT
Penulisan ke page 8 kali lebih lambat daripada pembacaan page. Penghapusan block, yang jarang dilakukan, tetapi termasuk bagian dari penulisan/pemrograman NAND, tujuh kali lebih lambat bila dibandingkan dengan penulisan page. Walaupun perbedaan waktu eksekusi yang cukup besar ini berusaha ditangani, adalah penyebab semua media penyimpanan yang menggunakan NAND, misalkan USB drive atau solid state drive memiliki performansi baca yang lebih baik bila dibandingkan dengan performansi tulis.

SSD (Solid State Disk)

SSD atau solid state drive adalah media penyimpanan data berbasis memori non-volatile (data tidak hilang bila memori tidak dialiri arus listrik), memori yang digunakan adalah memori flash/solid-state memory,biasaya NAND flash, yang lebih di kenal digunakan di sebagai memori di USB flash, SDD ini menjadi alternative media penyimpanan selain harddisk yang sudah lama kita kenal, karena kemudahannya. Solid disk drive dapat menggantikan hard disk drive tradisional, sehingga sering disebut solid state disk drive atau solid state disk, meskipun secara teknis bukanlah sebuah disk. Bentuk dan dimensi SSD juga sama dengan hard drive, sehingga dapat diletakkan pada slot standar yang terdapat dalam komputer. SSD juga menggunakan interface SATA atau IDE yang sama dengan hard disk, sehingga fungsionalitasnya pun sama.

Arsitektur Media Penyimpanan

Sebuah SSD menggunakan SRAM dan DRAM, bukan flash memory. Sering disebut sebagai RAM-drive (tidak sama dengan RAM disk). Akhir-akhir ini, chip yang digunakan pada SSD sebagian besar berdasarkan memori flash NAND. Chip pada memori berjenis NAND Flash ini mirip bentuknya dengan chip pada memori DDRAM, namun pada NAND bersifat non-volatile artinya tidak memerlukan arus listrik untuk menyimpan data. Komponennya :

1. Cache : flash SSD yang menggunakan sejumlah kecil DRAM sebagai cache. Ini mirip dengan cache pada Hard disk Drive. Sebuah direktori pada blok penempatan dan pemakaian data juga disimpan dalam cache sementara drive beroperasi.

2. Energi penyimpanan : komponen lain SSD berkinerja tinggi adalah kapasitor atau beberapa baterai. Ini diperlukan untuk menjaga integritas data sehingga data dalam cache dapat tersimpan ke drive ketika daya drop; beberapa mungkin memiliki daya yang cukup lama untuk mempertahankan data dalam cache daya.

Sistem Kerja (proses baca dan tulis) Media Penyimpanan

Prinsip dibalik solid state drive adalah tidak ada bagian yang bergerak, tidak platter yang berputar, tidak ada head yang berpindah-pindah. Data dibagi dalam ukuran word dan disimpan dalam memori. Data kemudian diakses dengan cepat menggunakan metode pengalamatan yang unik pada seluruh sistem. Teknologi ini telah digunakan untuk RAM selama bertahun-tahun, tetapi tidak digunakan untuk hard disk drive karena terlalu mahal untuk diproduksi dalam jumlah yang cukup untuk menggantikan hard disk.

Pada umumnya, kecepatan pembacaan dan akses secara acak yang lebih cepat. Hal ini disebabkan karena tidak adanya head untuk membaca/manulis untuk digerakan (RAM & Flash).  Latency time yang sangat rendah, karena seek-time SSD yang jauh lebih baik dibandingkan hard disk drive yang terbaik. Pada aplikasi-aplikasi dimana seek time hard disk adalah faktor yang membatasi, hal ini akan berdampak pada proses booting yang lebih cepat dan mempercepat start up aplikasi. (RAM & Flash). Kemampuan tulis (hapus) yang terbatas – cell cell flash-memory akan aus setelah 1.000 hingga 10.000 penulisan untuk MLS dan hingga 100.000 penulisan untuk SLC. Meskipun cell-cell dengan daya tahan tinggi dapat tahan hingga 1-5 juta penulisan (kebanyakan log file, file allocation table dan bagian-bagian yang sering digunakan pada file system melebihi jumlah ini pada masa hidup komputer).

File system khusus atau desain firmware dapat memitigasi masalah ini dengan menyebar penulisan ke seluruh device (disebut dengan wead leveling). SSD berbasis DRAM tidak mengalami permasalahan dengan batasan penulisan ini. Kecepatan penulisan yang lebih lambat. Karena erase block dan sebuah SSD berbasis flash umumnya cukup besar (0,5 – 1 megabyte), hal ini akan menyebahkan kecepatan penulisan acak yang lebih lambat dibandingkan hard disk konvensional dan karenanya rentan terhadap fragmentasi penulisan. SSD berbasis DRAM tidak mengalami permasalahan ini. Kepadatan penyimpanan yang lebih rendah. Hard disk dapat menyimpan lebih banyak data per unit volume dibandingkan DRAM adalah Flash SSD, kecuali untuk kapasitas yang sangat kecil atau perangkat kecil.

NVRAM

NVRAM (Non-Violate Random Access Memory) adalah nama umum yang digunakan untuk menggambarkan setiap jenis random access memory yang tidak kehilangan informasi ketika power dimatikan. Hal ini kontras dengan bentuk paling umum random access memory hari ini, DRAM dan SRAM, yang keduanya membutuhkan kekuatan yang terus-menerus untuk mempertahankan data mereka. NVRAM adalah subkelompok dari kelas yang lebih umum non-volatile memory, perbedaan adalah bahwa perangkat NVRAM menawarkan banyak Random Access, tidak seperti Hardisk.

Arsitektur Media Penyimpanan

Awal komputer menggunakan berbagai sistem memori, beberapa yang kebetulan non-volatile, meskipun tidak biasanya dengan desain tetapi hanya sebagai efek samping dari pembangunan mereka.Bentuk yang paling umum dari memori melalui 1960-an adalah memori inti magnetis, yang disimpan data dalam polaritas magnet kecil. Karena magnet yang diselenggarakan negara mereka bahkan dengan kekuatan dihapus, memori inti juga non-volatile. Kemajuan pesat dalam fabrikasi se mikonduktor pada 1970-an menyebabkan generasi baru keadaan padat inti kenangan yang tak bisa bersaing dengan. Kekuatan pasar tanpa henti telah meningkatkan perangkat ini selama bertahun-tahun, dan hari ini biaya rendah dan performa tinggi DRAM membentuk sebagian besar komputer khas memori utama. 

Namun, ada banyak peran dimana non-volatilitas adalah penting, baik dalam kasus di mana kekuatan akan dihapus untuk periode waktu, atau secara bergantian di mana kebutuhan daya konstan DRAM konflik dengan perangkat daya rendah. Selama bertahun-tahun tidak ada RAM praktis seperti perangkat untuk mengisi ceruk ini, dan banyak sistem menggunakan kombinasi dari RAM dan beberapa bentuk ROM untuk peran-peran ini. Custom ROM (Read Only Memory) adalah solusi awal, tetapi memiliki kelemahan yang dapat ditulis untuk hanya sekali, ketika chip awalnya dirancang. ROM terdiri dari rangkaian dioda kabel secara permanen diperlukan untuk mengembalikan data, dioda sedang dibangun di konfigurasi ini ketika mereka sedang bohong.

PROM meningkat pada desain ini, memungkinkan chip yang akan ditulis ke listrik oleh pengguna akhir. PROM terdiri dari serangkaian dioda yang awalnya semua set ke nilai tunggal, “1″ sebagai contoh.Dengan menerapkan daya yang lebih tinggi dari biasanya, dioda yang dipilih dapat “terbakar habis” (seperti sekering), sehingga secara permanen pengaturan yang sedikit untuk “0″. PROM adalah anugerah kepada perusahaan-perusahaan yang ingin memperbarui isi dengan revisi baru, atau secara bergantian menghasilkan sejumlah produk yang berbeda menggunakan chip yang sama. Misalnya, PROM secara luas digunakan untuk konsol permainan peluru pada 1980-an.

Bagi mereka yang membutuhkan RAM nyata-seperti kinerja dan non-volatilitas biasanya harus menggunakan perangkat RAM konvensional dan baterai cadangan. Ini adalah solusi yang umum dalam sistem komputer sebelumnya seperti aslinya Apple Macintosh, yang menggunakan sejumlah kecil memori diaktifkan oleh menonton ”tombol” battery untuk menyimpan informasi konfigurasi dasar seperti boot volume yang dipilih. Banyak kenangan yang didukung baterai yang lebih besar masih digunakan sekarang sebagai cache berkecepatan tinggi database, membutuhkan tingkat kinerja yang lebih baru perangkat NVRAM belum berhasil bertemu.

RAID System

RAID, singkatan dari Redundant Array of Independent Disks merujuk kepada sebuah teknologi di dalam penyimpanan data komputer yang digunakan untuk mengimplementasikan fitur toleransi kesalahan pada media penyimpanan komputer (utamanya adalah hard disk) dengan menggunakan cara redundansi (penumpukan) data, baik itu dengan menggunakan perangkat lunak, maupun unit perangkat keras RAID terpisah. Kata “RAID” juga memiliki beberapa singkatan Redundant Array of Inexpensive Disks, Redundant Array of Independent Drives, dan juga Redundant Array of Inexpensive Drives.

Teknologi ini membagi atau mereplikasi data ke dalam beberapa hard disk terpisah. RAID didesain untuk meningkatkan keandalan data dan/atau meningkatkan kinerja I/O dari hard disk. Sejak pertama kali diperkenalkan, RAID dibagi ke dalam beberapa skema, yang disebut dengan “RAID Level”. Pada awalnya, ada lima buah RAID level yang pertama kali dikonsepkan, tetapi seiring dengan waktu, level-level tersebut berevolusi, yakni dengan menggabungkan beberapa level yang berbeda dan juga mengimplementasikan beberapa level proprietary yang tidak menjadi standar RAID. RAID menggabungkan beberapa hard disk fisik ke dalam sebuah unit logis penyimpanan, dengan menggunakan perangkat lunak atau perangkat keras khusus. Solusi perangkat keras umumnya didesain untuk mendukung penggunaan beberapa hard disk secara sekaligus, dan sistem operasi tidak perlu mengetahui bagaimana cara kerja skema RAID tersebut. Sementara itu, solusi perangkat lunak umumnya diimplementasikan di dalam level sistem operasi, dan tentu saja menjadikan beberapa hard disk menjadi sebuah kesatuan logis yang digunakan untuk melakukan penyimpanan.

Hampir semua motherboard server memiliki konfigurasi RAID terintegrasi didalamnya, termasuk yang berbasiskan Intel platform. Minimal motherboard tersebut memiliki fungsi RAID yang paling standar, yaitu RAID 0 dan 1. RAID sendiri memiliki berbagai level seperti RAID 2, 3, 4, 5, 10 dan 50. Tapi yang paling familier digunakan pada server adalah RAID 0, 1, 5, 10 dan 50 saja. Ada dua macam controller RAID didalam sistem server, yaitu yang bersifat on-board (terintegrasi dengan chipset utama) dan Add-in Card (modul card tambahan).

Arsitektur Media Penyimpanan

RAID merupakan teknologi yang memberikan solusi terhadap masalah ketersediaan ukuran, reliablitias data, dan performa I/O media penyimpanan. Secara konsep masing-masing RAID memiliki kelebihan dan kekurangan yang merupakan trade-off dari kecepatan, kualitas, dan harga. Pemilihan dan penggunaan RAID sebaiknya disesuaikan dengan performa yang ingin diperoleh.

NOR Flash Memory

NOR Flash NOR Flash MemoryMemory

NOR Flash merupakan teknologi lama yang memungkinkan data diakses secara acak (random) dari tempatnya. NOR juga mengakses data dalam potongan kecil (byte-per-byte). NOR Flash umumnya digunakan sebagai chip internal memory Handphone, PDA, BIOS Motherboard atau Memory Networking.D

Arsitektur Media Penyimpanan

NOR flash adalah flash dasar yang membutuhkan waktu yang cukup lama dalam menghapus dan menulis, tetapi menyediakan alamat penuh dan jalur data,memberikan akses secara acak terhadap semua lokasi memori. Tetapi sangat bagusuntuk menggantikan ROM model lama, dimana memungkinkan untuk mengupdatekode program yang tersimpan. Contoh adalah BIOSFlash Me NAND Flash Memo