1. Pengantar Sistem Memori
Memori komputer adalah tempat penyimpanan data dan instruksi yang dibutuhkan oleh CPU saat melakukan proses.
Peran utama memori:
- Menyimpan instruksi program sementara.
- Menyimpan data yang sedang diproses.
- Menyediakan data secara cepat kepada prosesor.
2. Hierarki Memori
Struktur memori komputer disusun berdasarkan kecepatan, kapasitas, dan harga per bit.
| Level | Jenis Memori | Kecepatan | Kapasitas | Harga per Bit | Contoh |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Register | Sangat cepat | Sangat kecil | Mahal | Register CPU |
| 2 | Cache | Sangat cepat | Kecil | Mahal | L1, L2, L3 Cache |
| 3 | RAM (Main Memory) | Cepat | Sedang | Sedang | DDR4, DDR5 |
| 4 | Secondary Storage | Lambat | Besar | Murah | HDD, SSD |
| 5 | Tertiary Storage | Sangat lambat | Sangat besar | Murah | Tape, Cloud Backup |
Hubungan antar level:
Semakin tinggi level memori → semakin cepat tapi kapasitas kecil.
Semakin rendah level memori → semakin lambat tapi kapasitas besar.
3. Jenis-Jenis Memori
a. Memori Utama (Main Memory)
- RAM (Random Access Memory):
- Bersifat volatile (data hilang jika listrik mati).
- Jenis: SDRAM, DDR, DDR2, DDR3, DDR4, DDR5.
- ROM (Read Only Memory):
- Bersifat non-volatile.
- Menyimpan firmware seperti BIOS/UEFI.
- Jenis: PROM, EPROM, EEPROM.
b. Cache Memory
- Diletakkan di antara CPU dan RAM.
- Menyimpan data yang sering diakses agar CPU tidak perlu mengambil dari RAM terus-menerus.
- Level cache: L1 (tercepat), L2, dan L3 (terbesar).
c. Secondary Storage
- Untuk penyimpanan permanen.
- Contoh: HDD, SSD, Flashdisk.
- SSD lebih cepat dibanding HDD karena tidak memakai piringan magnetik.
⚙️ 4. Kinerja Memori
Kinerja sistem memori ditentukan oleh:
- Waktu Akses (Access Time): waktu untuk membaca atau menulis data.
- Bandwidth: jumlah data yang bisa dikirim per detik.
- Latency: jeda waktu antara permintaan data dan penerimaannya.
- Throughput: jumlah data yang berhasil diproses per satuan waktu.
🔄 5. Hubungan CPU dan Memori
- CPU mengirim alamat memori ke unit kontrol.
- Unit kontrol mengakses data dari RAM atau cache.
- Data dikirim ke register CPU untuk diproses.
- Hasil pemrosesan bisa disimpan kembali ke RAM.
Skema sederhana:
CPU ↔ Cache ↔ Main Memory ↔ Secondary Storage
6. Contoh Praktik / Diskusi
Simulasi:
- Bandingkan kecepatan membaca file 1 GB dari SSD dan HDD.
- Diskusikan: mengapa SSD lebih cepat walaupun sama-sama penyimpanan sekunder?
Bedah Materi: Solid State Drive (SSD)
Mata Kuliah: Arsitektur Komputer
Pertemuan 5 (Pendalaman Materi)
🧩 1. Pengertian SSD
SSD (Solid State Drive) adalah media penyimpanan data non-volatile (data tidak hilang meskipun listrik mati) yang menggunakan memori flash NAND untuk menyimpan data secara elektronik, bukan piringan magnetik seperti HDD.
➡️ Artinya: SSD menyimpan data di chip memori, bukan di cakram yang berputar.
⚙️ 2. Cara Kerja SSD
SSD bekerja berdasarkan sel memori NAND flash dan controller yang mengatur bagaimana data disimpan dan diambil.
Proses sederhananya:
- Data ditulis ke sel memori berupa bit (0 dan 1).
- Controller SSD menentukan lokasi data disimpan dan mengatur wear leveling agar umur chip merata.
- Ketika data dibaca, controller mengambil data dari sel dan mengirimkannya ke sistem operasi.
🔹 Tidak ada bagian mekanik yang bergerak, sehingga SSD bekerja lebih cepat dan lebih tahan guncangan.
3. Komponen Utama SSD
| Komponen | Fungsi |
|---|---|
| Controller | Otak SSD — mengatur semua proses baca/tulis, penghapusan, dan komunikasi dengan sistem. |
| NAND Flash Memory | Tempat data disimpan secara permanen. |
| Cache (DRAM) | Menyimpan sementara data yang sedang diakses agar mempercepat kinerja. |
| Firmware | Sistem operasi internal SSD yang mengatur kerja controller dan komunikasi dengan komputer. |
| Interface | Jalur penghubung SSD ke komputer, misalnya SATA, NVMe, PCIe. |
4. Jenis-Jenis SSD Berdasarkan Teknologi NAND
| Jenis NAND | Bit per Sel | Kecepatan | Daya Tahan (Write Cycle) | Harga | Contoh |
|---|---|---|---|---|---|
| SLC (Single-Level Cell) | 1 bit | Sangat cepat | Sangat tinggi | Mahal | SSD industri/server |
| MLC (Multi-Level Cell) | 2 bit | Cepat | Tinggi | Sedang | SSD kelas menengah |
| TLC (Triple-Level Cell) | 3 bit | Sedang | Sedang | Murah | SSD konsumen umum |
| QLC (Quad-Level Cell) | 4 bit | Lambat | Lebih rendah | Paling murah | SSD kapasitas besar |
| 3D NAND | – | Cepat | Baik | Terjangkau | Banyak digunakan saat ini |
5. Jenis SSD Berdasarkan Interface
| Interface | Bentuk | Kecepatan (Approx.) | Keterangan |
|---|---|---|---|
| SATA III | 2.5 inch | ±550 MB/s | Paling umum, kompatibel dengan laptop/PC lama |
| M.2 SATA | M.2 | ±550 MB/s | Bentuk kecil tapi masih pakai protokol SATA |
| M.2 NVMe (PCIe) | M.2 | Hingga 7000 MB/s | Jauh lebih cepat, langsung ke jalur PCI Express |
| PCIe Add-in Card | Card besar | >7000 MB/s | Digunakan di server/gaming high-end |
| U.2 / Enterprise SSD | 2.5 inch | Tinggi | Untuk server & data center |
6. Perbandingan SSD vs HDD
| Aspek | SSD | HDD |
|---|---|---|
| Media penyimpanan | Chip NAND Flash | Piringan magnetik |
| Kecepatan baca/tulis | 5–20x lebih cepat | Lebih lambat |
| Komponen mekanik | Tidak ada | Ada (motor, head) |
| Daya tahan fisik | Tahan guncangan | Mudah rusak |
| Kebisingan | Senyap | Bising |
| Umur tulis data | Terbatas (tergantung NAND) | Tidak terbatas (selama mekanik berfungsi) |
| Harga per GB | Lebih mahal | Lebih murah |
| Konsumsi daya | Rendah | Lebih tinggi |
7. Kelebihan SSD
✅ Kecepatan tinggi (booting dan loading cepat).
✅ Tidak bising, tanpa getaran.
✅ Hemat daya dan lebih dingin.
✅ Ukuran ringkas, cocok untuk laptop ultrabook.
✅ Daya tahan terhadap benturan lebih baik.
8. Kekurangan SSD
❌ Harga masih relatif mahal per GB dibanding HDD.
❌ Umur tulis terbatas (walaupun terus membaik).
❌ Sulit diperbaiki jika rusak (data recovery kompleks).
❌ Kapasitas penyimpanan maksimum masih lebih kecil daripada HDD konvensional.
9. Tren Perkembangan SSD
- NVMe Gen 5 sudah mencapai kecepatan >12.000 MB/s.
- 3D NAND hingga 232 lapisan meningkatkan kapasitas dan efisiensi.
- SSD Portable USB-C & Thunderbolt semakin populer.
- Hybrid SSD + HDD (SSHD) digunakan di laptop menengah untuk keseimbangan harga dan kecepatan.
- AI-optimized SSD: generasi baru dengan chip yang mendukung pemrosesan lokal berbasis kecerdasan buatan.
10. Studi Kasus Singkat
Seorang pengguna mengganti HDD laptop dengan SSD SATA 512 GB.
- Waktu booting Windows: dari 1 menit → 10 detik.
- Waktu buka aplikasi (MS Word): dari 15 detik → 2 detik.
- Daya tahan baterai meningkat 15%.
💬 Diskusi: Apa yang menyebabkan peningkatan performa tersebut?
Apa Itu NAND?
NAND adalah singkatan dari “NOT AND”, yaitu jenis gerbang logika (logic gate) yang digunakan dalam dunia elektronika digital.
Namun dalam konteks penyimpanan data, istilah NAND flash memory mengacu pada jenis chip memori non-volatile yang digunakan di SSD, flashdisk, kartu SD, dan smartphone.
🧩 1. Pengertian NAND Flash Memory
NAND flash memory adalah teknologi penyimpanan tanpa komponen bergerak yang menyimpan data dalam bentuk sel listrik (electrical cells).
Data direpresentasikan sebagai muatan listrik di dalam sel tersebut — bukan piringan magnetik seperti pada HDD.
➡️ Disebut “NAND” karena cara sel-selnya dihubungkan menyerupai gerbang logika NAND, yang memungkinkan penyimpanan padat (dense) dan kecepatan tinggi.
⚙️ 2. Cara Kerja NAND Flash
- Data disimpan dalam sel memori yang terbuat dari transistor khusus (floating gate transistor).
- Setiap sel bisa menyimpan satu atau lebih bit data (0 atau 1).
- Saat membaca data, kontroler SSD mengukur muatan listrik dalam sel untuk menentukan nilainya.
- Data ditulis dan dihapus dengan mengisi atau mengosongkan muatan listrik di transistor tersebut.
🔋 Karena NAND bersifat non-volatile, muatan listrik tetap tersimpan walau listrik mati.
💡 3. Jenis-Jenis NAND Flash
Berdasarkan jumlah bit yang disimpan per sel, NAND dibagi menjadi:
| Jenis | Bit per Sel | Kecepatan | Daya Tahan (Write Cycle) | Harga | Umum Digunakan di |
|---|---|---|---|---|---|
| SLC (Single-Level Cell) | 1 | Sangat cepat | Sangat tinggi | Mahal | Server, industri |
| MLC (Multi-Level Cell) | 2 | Cepat | Tinggi | Sedang | SSD profesional |
| TLC (Triple-Level Cell) | 3 | Sedang | Menengah | Terjangkau | SSD konsumen |
| QLC (Quad-Level Cell) | 4 | Lebih lambat | Lebih rendah | Murah | SSD kapasitas besar |
| 3D NAND | – (bisa TLC/QLC tapi bertumpuk vertikal) | Cepat | Baik | Efisien | SSD modern (Samsung, WD, Crucial) |
🏗️ 4. Struktur NAND Flash (Konsep Sederhana)
+-------------------------+
| NAND Flash Chip |
|--------------------------|
| Block 1 | Block 2 | ...|
| Page 1 | Page 2 | ...|
| Cell | Cell | ...|
+--------------------------+
- Cell → menyimpan bit data.
- Page → kumpulan beberapa cell (biasanya 4–16 KB).
- Block → kumpulan beberapa page (biasanya 128–512 KB).
- Data tidak bisa ditulis langsung ke page yang sudah berisi data → harus dihapus dulu satu blok penuh.
⚙️ 5. Proses Tulis dan Hapus NAND
- Write (menulis): mengisi muatan ke cell.
- Erase (menghapus): mengosongkan muatan cell dalam satu blok sekaligus.
- Read (membaca): mengukur muatan untuk menentukan bit 0 atau 1.
👉 Karena penghapusan harus per blok, SSD membutuhkan controller pintar untuk mengatur penulisan agar merata (wear leveling), agar chip tidak cepat rusak.
🔍 6. Kenapa Disebut NAND (bukan NOR)?
Ada dua arsitektur dasar memori flash:
- NAND flash: dihubungkan seri → lebih padat dan cepat, cocok untuk penyimpanan besar (SSD, USB, SD card).
- NOR flash: dihubungkan paralel → cocok untuk akses cepat ke kode program, seperti firmware (BIOS, microcontroller).
| Jenis | Akses | Ukuran | Kecepatan | Kegunaan |
|---|---|---|---|---|
| NAND | Blok | Besar | Cepat baca/tulis berurutan | SSD, Flashdisk |
| NOR | Byte | Kecil | Cepat akses acak | BIOS, Firmware |
🧠 Kesimpulan
NAND Flash adalah teknologi penyimpanan berbasis transistor yang menyimpan data dalam bentuk muatan listrik, digunakan di SSD dan perangkat modern karena cepat, tahan lama, dan efisien.
Intinya:
- Tidak ada piringan → lebih cepat dari HDD
- Tidak kehilangan data tanpa listrik
- Jenisnya beragam (SLC, MLC, TLC, QLC) tergantung kebutuhan dan harga
