Penyimpanan Data Komputer

Penyimpanan data komputer merupakan suatu teknologi yang terdiri dari komponen-komponen komputer dan media perekam yang digunakan untuk menyimpan data digital. Ini adalah fungsi inti dan komponen fundamental komputer.

Jenis-jenis penyimpanan data komputer. 

Central Processing Unit (CPU) dari sebuah komputer adalah yang memanipulasi data dengan melakukan perhitungan. Dalam praktiknya, hampir semua komputer menggunakan hierarki penyimpanan, yang menempatkan opsi penyimpanan cepat tetapi mahal dan kecil di dekat CPU dan opsi yang lebih lambat tetapi lebih murah dan lebih besar lebih jauh. Umumnya teknologi cepat yang mudah menguap (yang kehilangan data saat dimatikan) disebut sebagai "memori", sedangkan teknologi persisten yang lebih lambat disebut sebagai "penyimpanan".

 

Kegunaan

Tanpa sejumlah besar memori, komputer hanya akan dapat melakukan operasi tetap dan segera mengeluarkan hasilnya. Itu harus dikonfigurasi ulang untuk mengubah perilakunya. Ini dapat diterima untuk perangkat seperti kalkulator meja, prosesor sinyal digital, dan perangkat khusus lainnya. Mesin Von Neumann berbeda dalam memiliki memori tempat mereka menyimpan instruksi pengoperasian dan data. Komputer semacam itu lebih serbaguna karena tidak perlu perangkat kerasnya dikonfigurasi ulang untuk setiap program baru, tetapi dapat dengan mudah diprogram ulang dengan instruksi baru di dalam memori; mereka juga cenderung lebih sederhana untuk dirancang, di mana prosesor yang relatif sederhana dapat menjaga keadaan antara perhitungan yang berurutan untuk membangun hasil prosedural yang kompleks. Kebanyakan komputer modern adalah mesin von Neumann.

 

Organisasi dan Representasi Data

Komputer digital modern merepresentasikan data menggunakan sistem angka biner. Teks, angka, gambar, audio, dan hampir semua bentuk informasi lainnya dapat diubah menjadi string bit, atau digit biner, yang masing-masing memiliki nilai 1 atau 0. Unit penyimpanan yang paling umum adalah byte, sama dengan hingga 8 bit. Sepotong informasi dapat ditangani oleh komputer atau perangkat apa pun yang ruang penyimpanannya cukup besar untuk mengakomodasi representasi biner dari sepotong informasi, atau hanya data. Misalnya, karya lengkap Shakespeare, sekitar 1250 halaman yang dicetak, dapat disimpan dalam ukuran sekitar lima megabyte (40 juta bit) dengan satu byte per karakter.

Data dikodekan dengan menetapkan pola bit untuk setiap karakter, digit, atau objek multimedia. Ada banyak standar untuk pengkodean (misalnya, Pengkodean karakter seperti ASCII, pengkodean gambar seperti JPEG, pengkodean video seperti MPEG-4).

Dengan menambahkan bit ke setiap unit yang dikodekan, redundansi memungkinkan komputer mendeteksi kesalahan dalam data yang dikodekan dan memperbaikinya berdasarkan algoritma matematika. Kesalahan umumnya terjadi dalam probabilitas rendah karena flipping nilai bit acak, atau "kelelahan bit fisik", hilangnya bit fisik dalam penyimpanan kemampuannya untuk mempertahankan nilai yang dapat dibedakan (0 atau 1), atau karena kesalahan dalam inter atau intra- komunikasi komputer. Bit flip acak (misalnya, karena radiasi acak) biasanya dikoreksi setelah terdeteksi. Bit, atau sekelompok bit fisik yang tidak berfungsi (tidak selalu bit spesifik yang rusak diketahui; definisi grup bergantung pada perangkat penyimpanan tertentu) biasanya secara otomatis dipagari, tidak digunakan oleh perangkat, dan diganti dengan grup lain yang berfungsi setara di perangkat, di mana nilai bit yang dikoreksi dikembalikan (jika memungkinkan). Metode Cyclic Redundancy Check atau Pemeriksaan Redundansi siklik (CRC) biasanya digunakan dalam komunikasi dan penyimpanan untuk deteksi kesalahan. Kesalahan yang terdeteksi kemudian dicoba lagi.

Metode kompresi data memungkinkan dalam banyak kasus (seperti database) untuk merepresentasikan string bit dengan string bit yang lebih pendek ("kompres") dan merekonstruksi string asli ("dekompresi") bila diperlukan. Ini menggunakan penyimpanan yang jauh lebih sedikit (puluhan persen) untuk banyak jenis data dengan biaya komputasi yang lebih banyak (kompres dan dekompresi bila diperlukan). Analisis trade-off antara penghematan biaya penyimpanan dan biaya komputasi terkait dan kemungkinan penundaan dalam ketersediaan data dilakukan sebelum memutuskan apakah akan menyimpan data tertentu dikompresi atau tidak.

Untuk alasan keamanan, beberapa jenis data (misalnya, informasi kartu kredit) dapat disimpan dalam penyimpanan terenkripsi untuk mencegah kemungkinan rekonstruksi informasi yang tidak sah dari potongan snapshot penyimpanan.

 

Hirarki penyimpanan

Umumnya, semakin rendah penyimpanan adalah dalam hirarki, lebih rendah bandwidth dan semakin besar akses latency adalah dari CPU. Pembagian penyimpanan tradisional ke penyimpanan primer, sekunder, tersier dan off-line juga dipandu oleh biaya per bit.

1. Penyimpanan Primer

Penyimpanan primer (juga dikenal sebagai memori utama, memori internal), sering disebut hanya sebagai memori, adalah satu-satunya yang dapat diakses langsung oleh CPU. CPU terus membaca instruksi yang disimpan di sana dan menjalankannya sesuai kebutuhan. Setiap data yang dioperasikan secara aktif juga disimpan di sana dengan cara yang seragam.

Secara historis, komputer awal menggunakan jalur penundaan, tabung Williams, atau drum magnet yang berputar sebagai penyimpanan utama. Pada tahun 1954, metode yang tidak dapat diandalkan tersebut sebagian besar digantikan oleh memori inti magnetik. Memori inti tetap dominan hingga tahun 1970-an, ketika kemajuan dalam teknologi sirkuit terintegrasi memungkinkan memori semikonduktor menjadi kompetitif secara ekonomi.

Hal ini menyebabkan memori akses acak (RAM) modern. Ukurannya kecil, ringan, tetapi pada saat yang sama cukup mahal. (Jenis RAM tertentu yang digunakan untuk penyimpanan utama juga mudah menguap (volatile), yaitu kehilangan informasi atau data saat tidak diberi daya).

2. Penyimpanan Sekunder

Penyimpanan sekunder (juga dikenal sebagai memori eksternal atau penyimpanan tambahan) berbeda dari penyimpanan primer karena tidak dapat diakses secara langsung oleh CPU. Komputer biasanya menggunakan saluran input/outputnya untuk mengakses penyimpanan sekunder dan mentransfer data yang diinginkan ke penyimpanan primer. Penyimpanan sekunder tidak mudah menguap (menyimpan data saat daya dimatikan). Sistem komputer modern biasanya memiliki dua lipat lebih banyak penyimpanan sekunder daripada penyimpanan primer karena penyimpanan sekunder lebih murah.

Di komputer modern, hard disk drive (HDD) atau solid-state drive (SSD) biasanya digunakan sebagai penyimpanan sekunder. Waktu akses per byte untuk HDD atau SSD biasanya diukur dalam milidetik (seperseribu detik), sedangkan waktu akses per byte untuk penyimpanan primer diukur dalam nanodetik (satu miliar detik). Dengan demikian, penyimpanan sekunder jauh lebih lambat daripada penyimpanan primer. Perangkat penyimpanan optik yang berputar, seperti drive CD dan DVD, memiliki waktu akses yang lebih lama. Contoh lain dari teknologi penyimpanan sekunder termasuk USB flash drive, floppy disk, pita magnetik, pita kertas, kartu berlubang, dan disk RAM.

Setelah kepala baca/tulis disk pada HDD mencapai penempatan dan data yang tepat, data berikutnya di trek akan sangat cepat diakses. Untuk mengurangi waktu pencarian dan latensi rotasi, data ditransfer ke dan dari disk dalam blok berdekatan yang besar. Akses sekuensial atau blokir pada disk adalah lipat lebih cepat daripada akses acak, dan banyak paradigma canggih telah dikembangkan untuk merancang algoritme yang efisien berdasarkan akses sekuensial dan blok. Cara lain untuk mengurangi hambatan I/O (Input/Output) adalah dengan menggunakan beberapa disk secara paralel untuk meningkatkan bandwidth antara memori primer dan sekunder.

Penyimpanan sekunder sering diformat sesuai dengan format sistem file, yang menyediakan abstraksi yang diperlukan untuk mengatur data ke dalam file dan direktori, sekaligus menyediakan metadata yang menjelaskan pemilik file tertentu, waktu akses, izin akses, dan informasi lainnya.

Sebagian besar sistem operasi komputer menggunakan konsep memori virtual, yang memungkinkan pemanfaatan kapasitas penyimpanan utama lebih banyak daripada yang tersedia secara fisik di sistem. Saat memori utama terisi, sistem memindahkan potongan (halaman) yang paling jarang digunakan ke file swap atau file halaman di penyimpanan sekunder untuk mengambilnya nanti saat diperlukan. Jika banyak halaman dipindahkan ke penyimpanan sekunder yang lebih lambat, kinerja sistem akan menurun.

3. Penyimpanan Tersier

Penyimpanan tersier atau memori tersier berada satu tingkat di bawah penyimpanan sekunder. Biasanya, ini melibatkan mekanisme robotik yang akan memasang (menyisipkan) dan melepas media penyimpanan massal yang dapat dilepas ke dalam perangkat penyimpanan sesuai dengan tuntutan sistem; data semacam itu sering disalin ke penyimpanan sekunder sebelum digunakan. Ini terutama digunakan untuk mengarsipkan informasi yang jarang diakses karena jauh lebih lambat daripada penyimpanan sekunder (misalnya 5–60 detik vs. 1–10 milidetik). Ini terutama berguna untuk penyimpanan data yang luar biasa besar, diakses tanpa operator manusia. Contoh umum termasuk perpustakaan tape dan jukebox optik.

Ketika komputer perlu membaca informasi dari penyimpanan tersier, pertama-tama ia akan berkonsultasi dengan database katalog untuk menentukan pita atau disk mana yang berisi informasi tersebut. Selanjutnya, komputer akan menginstruksikan lengan robot untuk mengambil media dan menempatkannya di drive. Ketika komputer selesai membaca informasi, lengan robot akan mengembalikan media ke tempatnya di perpustakaan.

Penyimpanan tersier juga dikenal sebagai penyimpanan nearline karena "mendekati online (near to online)". Perbedaan formal antara penyimpanan online, nearline, dan offline adalah:

• Penyimpanan online segera tersedia untuk I/O.
• Penyimpanan Nearline tidak segera tersedia, tetapi dapat dilakukan secara online dengan cepat tanpa campur tangan manusia.
• Penyimpanan offline tidak segera tersedia, dan membutuhkan beberapa campur tangan manusia untuk menjadi online.

Misalnya, hard disk drive yang selalu aktif adalah penyimpanan online, sedangkan drive yang berputar ke bawah secara otomatis, seperti dalam array besar dari disk yang tidak aktif (MAID, Massive Arrays of Idle Disks), adalah penyimpanan nearline. Media yang dapat dilepas seperti kartrid pita yang dapat dimuat secara otomatis, seperti di perpustakaan pita, berada di dekat tempat penyimpanan, sedangkan kartrid pita yang harus dimuat secara manual adalah penyimpanan offline.

 

4. Penyimpanan Off-line

Penyimpanan off-line adalah penyimpanan data komputer pada media atau perangkat yang tidak berada di bawah kendali unit pemrosesan. Media direkam, biasanya dalam perangkat penyimpanan sekunder atau tersier, dan kemudian secara fisik dilepas atau diputuskan. Ini harus dimasukkan atau dihubungkan oleh operator manusia sebelum komputer dapat mengaksesnya lagi. Tidak seperti penyimpanan tersier, penyimpanan tidak dapat diakses tanpa interaksi manusia.

Penyimpanan off-line digunakan untuk mentransfer informasi, karena media yang terlepas dapat dengan mudah dipindahkan secara fisik. Selain itu, berguna untuk kasus bencana, di mana, misalnya, api menghancurkan data asli, media di lokasi terpencil tidak akan terpengaruh, memungkinkan pemulihan bencana. Penyimpanan off-line meningkatkan keamanan informasi umum, karena secara fisik tidak dapat diakses dari komputer, dan kerahasiaan atau integritas data tidak dapat dipengaruhi oleh teknik serangan berbasis komputer. Selain itu, jika informasi yang disimpan untuk tujuan arsip jarang diakses, penyimpanan off-line lebih murah daripada penyimpanan tersier.

Di komputer pribadi modern, sebagian besar media penyimpanan sekunder dan tersier juga digunakan untuk penyimpanan off-line. Disk optik dan perangkat memori flash adalah yang paling populer, dan pada tingkat yang lebih rendah, drive hard disk yang dapat dilepas. Dalam penggunaan perusahaan, pita magnetik lebih dominan. Contoh penyimpanan zaman dulu adalah floppy disk, Zip disk, atau kartu berlubang.