Memori dan media penyimpanan

Dengan alamat 32 bit, prosesor bisa menamai 4 294 967 296 byte, tepat 4 GiB. Matikan dayanya, dan RAM melupakan semuanya.

"Laptopku punya memori 16 GB, jadi bisa menyimpan foto 16 GB." Kalimat itu mencampuradukkan dua bagian yang berbeda, dan iklan laptopnya sendiri menunjukkan alasannya. Iklan itu mencantumkan dua ukuran, misalnya memori 16 GB dan penyimpanan 512 GB. Memori, atau RAM, menyimpan program dan data yang sedang dipakai CPU saat ini. Media penyimpanan, solid-state drive (SSD) atau hard disk yang lebih lama, menyimpan file-filemu ketika daya mati. Foto-foto berada di sisi 512 GB. Yang 16 GB adalah ruang kerja tempat sebuah foto berada saat kamu menyuntingnya.

Mengapa RAM lupa saat daya mati

Kebanyakan RAM menyimpan setiap bit sebagai muatan listrik mungil yang bocor kecuali disegarkan berkali-kali per detik, jadi semua isinya hilang saat daya mati. Itulah arti "volatile" (mudah hilang). Media penyimpanan menyimpan data tanpa daya. SSD menjebak muatan di sel memori flash yang menahannya bertahun-tahun, dan hard disk merekam bit sebagai titik-titik bermagnet pada piringan yang berputar. Media penyimpanan jauh lebih besar dan lebih murah per byte, tetapi jauh lebih lambat dijangkau, jadi program disalin dari media penyimpanan ke RAM sebelum dijalankan. Penyalinan itulah yang sedang terjadi saat sebuah aplikasi menampilkan tulisan memuat.

Cara CPU menemukan satu byte di antara miliaran

Memori adalah deretan panjang sel, masing-masing menampung satu byte, dan setiap sel punya nomor yang disebut alamat, mulai dari 0. Untuk membaca atau menulis, CPU memasang alamat pada sekumpulan kabel dan mendapat kembali byte yang tersimpan di sana. Banyaknya bit alamat menentukan seberapa banyak memori yang bisa dijangkau. Empat bit alamat, seperti di komputer mainan, memberi 2 pangkat 4 = 16 sel. Enam belas bit memberi 65 536. Tiga puluh dua bit memberi 4 294 967 296 byte, tepat 4 GiB, dan itulah sebabnya sistem 32 bit yang lama tidak bisa memakai RAM lebih dari 4 GiB. Prosesor 64 bit masa kini bisa menamai jauh lebih banyak.

Sel tidak tahu apa arti bit-bitnya. Di komputer mainan, 8 bit 00000100 di sel data adalah bilangan 4, tetapi jika dibaca sebagai instruksi, bit yang sama berarti HALT 4. Hanya cara CPU menjangkau sel itulah yang menentukan, sebagai instruksi berikutnya atau sebagai data yang disebut oleh sebuah instruksi. Hal ini langsung mengikuti gagasan von Neumann untuk menyimpan keduanya di satu memori. Itu juga sebabnya bug yang menulis ke alamat yang salah bisa merusak seluruh program.

Setiap lapis ke bawah lebih besar dan lebih lambat

Memori cepat itu mahal, jadi komputer memakai lapisan. Yang paling dekat dengan rangkaian adalah register, beberapa lusin nilai yang langsung diolah CPU, seperti akumulator di mainan tadi. Berikutnya cache, blok kecil memori cepat di chip prosesor itu sendiri, biasanya bernama L1, L2, dan L3, yang menyimpan salinan bagian RAM yang baru dipakai. Lalu RAM, lalu SSD atau hard disk, dan sesudahnya jaringan. Setiap lapis ke bawah lebih besar dan lebih lambat. Program berjalan cepat jika sebagian besar yang dibutuhkannya sudah ada di lapis atas. Itulah sebabnya membaca data secara berurutan biasanya lebih cepat daripada melompat-lompat.