Central Processing Unit

1.      CPU

Arsitektur dasar mesin tipe von neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. 

Program disimpan dalam unit memori utama yang berhadapan dengan piranti I/O melalui CPU. CPU membaca dari atau menulis ke memori, dengan mengirimkan alamat word ke unit memori melalui bus addresskemudian menerima atau mengirimkan data melalui bus  data. Data dipertukarkan antara CPU dan Unit I/O juga dengan menggunakan  bus data. Operasi disinkronisasikan oleh dua  bus controldengan sinyal kendali yang dikirimkan oleh CPU dansinyal acknowledgment serta sinyal interupsi yang diterimaoleh CPU.

Bagian-bagian CPU dan Fungsi-funsinya

Perangkat  pengolah  atau  pemroses  data  dalam  komputer  adalah  prosesor  atau  lengkapnya adalah  mikroprosesor,  namun  umumnya  pengguna  komputer  menyebutnya  sebagai  CPU (Central Processor Unit). CPU merupakan otak bagi sebuah system komputer. CPU memiliki 3 komponen utama yang merupakan bagian tugas utamanya yaitu unit kendali (Control Unit – CU) , unit aritmetika dan logika (Aritmetic and Logic Unit – ALU) serta komponen register yang berfungsi membantu melakukan hubungan (interface) dari dan ke memori. Tugas CPU adalah melaksanakan dan mengawal keseluruhan operasi komputer sehingga bisa dikatakan hampir keseluruhan pemikiran dilaksanakan disini, sehingga sering dinamakan sebagai otak komputer. CPU Tempatnya terletak pada papan induk (motherboard) pada bagian inilah juga terletak  segala  pusat  perangkat  komputer  seperti  memori,  port  input  –output  (I/O)  dan sebagainya.

2.      REGISTER

Register dari sebuah komputer secara kolektif disebut sebagai kumpulan register (register set). Register  merupakan  perangkat  memori  sementra yang  menyimpan  data.  Register  membantu  CPU  dalam  melaksanakan  instruksi.  Mereka dikelola oleh unit kontrol. Register berfungsi untuk tempat penyimpanan yang berisi data dan informasi  lainnya  yang  sering  dibutuhkan  ketika  sebuah  program  sedang  berjalan.  Register dimaksudkan untuk dapat diakses dengan sangat cepat. Yang termasuk register di antaranya adalah register uji dan instruksi. Register instruksi berisi instruksi CPU sedangkan register uji dimaksudkan untuk menyimpan hasil kerja yang dilakukan oleh CPU.

Format Instruksi

Suatu Instruksi merupakan suatu tata cara yang digunakan oleh komputer untuk menyatakan operasi seperti ADD,STORE, LOAD, MOVE, dan BRANCH serta untuk menentukan lokasi data dimana suatu operasi akan dikerjakan. Kumpulan seluruh instruksi tersebut, disebut sebagai kumpulan instruksi.

Format Alamat

Pada salah satu komputer terdahulu, setiap instruksi terdiri atas sebuah opcode dan empat field alamat.

A0 = Alamat operand pertama

A1 = Alamat operand kedua

A2 = Alamat dimana hasil operasi disimpan

A3 = Alamat dari instruksi berikutnya

Karena komputer biasanya menjalankan intruksi secara berurutan, maka dapat memberi kode algoritma dengancara tertentu dan menghilangkan kebutuhan akan A3. Jika dianggap  bahwa panjang word memori tetap, maka dapat digunakan bit-bit yang memerinci A3 untuk sisa alamat yang ada dan dapat menggunakan ruang memori yang lebih besar tanpa meningkatkan ukuran word memori. Format ini dikenal dengan format tiga-alamatdimana:

A0 = alamat operand pertama

A1 = alamat operand kedua

A2 = alamat hasil

Format lain dikenal sebagai  format dua-alamat, menghilangkan alamat A2 dan A3. Format ini merupakan format paling umum pada komputer komersial dan tergantung  pada sistem tertentu, menggunakan salah satu dari akumulator A0atau A1 untuk hasilnya. Bagaimanapun, cara termudah untuk mengorganisasikan sebuah komputer adalah dengan mempunyai sebuah register CPU tunggal dan kode instruksi dengan hanya dua bagian,format ini dikenal sebagai  format alamat-tunggal.Disini akumulator menjalankan fungsi ganda: biasanya menjadi bagian alamat pada operand kedua dan juga lokasi dimana hasilnya disimpan.

Mode Pengalamatan

Suatu variasi mode pengalamatan (addressing mode) dapat digunakan untuk menentukan suatu alamat tempat untuk dimana operand akan di  fetch. Beberapa teknik ini dapat meningkatkan kecepatan pelaksanaan instruksi dengan menurunkan jumlah referensi pada memori utama dan meningkatkan jumlahreferensi pada register kecepatan tinggi. Mode pengalamatan ini menjabarkan suatu aturan untuk menginterpretasikan atau memodifikasi field alamat dari instruksi sebelum operand direferensikan. 

3.      ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

Ide mengenai satu adder umum yang mampu menambahkan dua register bersama-sama dan menyimpan  hasilnya dalam register lainnya merupakan prinsip yang mendasar pada ALU. Sehingga ALU didefinisikan sebagai sebuah unit yang berisi sirkuit untuk menjalankan sekumpulan operasi mikro aritmatika danlogika.

Fungsi Aritmatika pada sebuah ALU 

biasanya mencakup integer, floating-point (real) dan desimal berkode  biner. Disini operasi yang terjadi adalah penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian.

Fungsi Logika pada ALU lebih sederhana.

Untuk segala operasi logika yang ingin diterapkan, maka hanya perlu memuat sejumlah n gerbang logika tertentu untuk operasi tersebut (satu untuk setiap pasangan bit input).
Selain itu pula ALU dapat digunakan sebagai  Pergeseran, dengan menerapkan sirkuit geser kombinasional yang  dikenal sebagai skalar posisi. Karena kita ingin menjalankan pergeseran bersamaan dengan fungsi aritmatika atau logika, seperti pada perkalian atau pengepakan string, maka akan lebih efisien untuk men-setpenggeser diluar ALU. Dengan cara ini dapat ditambahkan dua angka dan menggeser seluruh hasil dalam satu langkah daripada meneruskan hasilnya ke input ALU lagi dankemudian mensetupALU untuk menggeser angka tersebut.

ALU (Arithmetic and Logic Unit), CU (Control Unit), Register, dan interkoneksinya. ALU merupakan bagian pengolah bilangan biner dari sebuah prosesor. ALU bertugas melakukan operasi-operasi  aritmatika  dan  logika  sesuai  dengan  instruksi  yang  diberikan.  ALU  juga merupakan salah satu bagian yang terpenting. Unit aritmetik logika (ALU) terdiri dari sirkuit elektronik  yang  membuatnya  mampu  melaksanakan  operasi  aritmatika  dan  logika.  Ia mengeksekusi  instruksi  dan  melakukan  perhitungan  (tambah,  kali,  kurang,  dan  bagi)  dan perbandingan.  ALU  bekerja  dengan  register  yang  berbeda  untuk  menyimpan  data  atau informasi  tentang  tindakan  terakhir  yang  dilakukan  oleh  unit  logika.  ALU  mampu membandingkan huruf, angka, atau karakter khusus. Komponen dari rangkaian logika pada ALU  adalah  gerbanggerbang  logika  AND,  OR,  XOR,  dan  NOT  yang  dihubungkan  pada multiplexer.  Selain  itu  juga  terdapat  juga  operasi  shifter  yang  komponen  dasarnya  adalah multiplexer. Komponen ALU mendapatkan masukan data dari register dan sinyal kontrol dari CU.  Untuk  operasi  ALU  dengan  dua  masukan,  diperlukan  dua  register  8-bit:  ACC (accumulator) untuk masukan pertama dan temp (register sementara) untuk masukan kedua. Hasil  dari  operasi  ALU  ini  adalah  data  8-bit  yang  kemudian  diteruskan  ke  register  untuk menyimpan  hasil  operasi  ini.  Selain  itu  juga  dihasilkan  flag  atau  bit  status.  Flag  ini  akan diteruskan  ke  register  yang  menyimpan  flag  hasil  dari  operasi  ALU.  Untuk  mempercepat pemrosesan  data  di  dalam  prosesor,  selain  CU  dan  ALU,  prosesor  juga  membutuhkan memori  dengan  kecepatan  yang  sama  dengan  prosesor.  Memori  khusus  yang diimplementasikan  pada  prosesor  ini  disebut  register.  Komponen  utama  penyusun  register adalah flip-flop.

4.      CONTROL LOGIC UNIT (CLU)

CLU pada komputer memasukkan informasi tentang instruksi dan mengeluarkan baris kendali yang diperlukan untuk mengaktifkan operasi-mikro yang semestinya. CLU terbentuk atas sebuah prosesor instruksi (IPatau  instruction processor) yang berfungsi untuk mengendalikan  fetch, perhitungan alamat dan siklus interupsi, kemudian prosesor aritmatika (APatau  arithmatic processor) yang berfungsi untuk mengendalikan siklus eksekusi bagi  operasi aritmatika dan logika.

Konfigurasi CPU

Komponen CPU dapat tersusun dalam berbagai cara, sangat tergantung pada jumlah bus data internal yang digunakan. Dua contoh diantaranya adalah Organisasi bus tunggal dan organisasi triple bus.

Unit  kontrol  (bahasa  Inggris:  Control  Unit  –  CU)  adalah  salah  satu  bagian  dari  CPU  yang bertugas  untuk  memberikan  arahan  /  kendali  /  kontrol  terhadap  operasi  yang  dilakukan  di bagian  ALU  (Arithmetic  Logical  Unit)  di  dalam  CPU  tersebut.  Output  dari  CU  ini  akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut. Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU  diimplementasikan  sebagai  sebuah  microprogram  yang  disimpan  di  dalam  tempat penyimpanan kontrol (control store).

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

1.      Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

2.      Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

3.      Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

4.      Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan

5.      logika serta mengawasi kerja.

6.      Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:

1.      Menentukan elemen dasar prosesor

2.      Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor

3.      Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:

1.      Clock / pewaktu

Pewaktu adalah cara unit control dalam menjaga waktunya. Unit control menyebabkan sebuah operasi mikro (atau sejumlah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu. Pulsa ini dikenal sebagai waktu siklus prosesor.

2.      Register instruksi

Opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.

3.      Flag

Flag ini diperlukan oleh unit control untuk menentukan status prosesor dan hasil operasi ALU sebelumnya.

4.      Sinyal control untuk mengontrol bus

Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyalsinyal interupsi dan acknowledgement.

Keluaran-keluaran unit control:

Sinyal control didalam prosesor: terdiri dari dua macam: sinyal -sinyal yang menyebabkan data dipindahkan dari register yang satu keregister yang lainnya, dan sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu.

5.      MEMORY

Memori  merupakan  media  penyimpanan  program  maupun  data.  Memori  semikonduktor dapat dibedakan menjadi Read Only Memory (ROM)  dan Random Access Memory (RAM). ROM  adalah  memori  non-volatil  yang  digunakan  untuk  menyimpan  data  secara  permanen. Data  yang disimpan hanya dapat dibaca, tidak dapat diubah, dan isinya tidak hilang ketika catuan  dimatikan.  Sedangkan  RAM  adalah  tempat  penyimpanan  sementara  yang  berisi alamat  yang  isinya  dapat  dibaca  dan  dimodifikasi.  Memori  ini  bersifat  volatil,  isinya  akan hilang ketika catuan dimatikan.

Memori program merupakan ruang memori yang digunakan untuk menyimpan program yang akan dijalankan oleh prosesor. Memori program bersifat read only memory (ROM). Prosesor hanya bisa membaca isi dari memori program tetapi tidak bisa mengubah isinya. Memori data pada  prosesor  digunakan  untuk  menyimpan  data-data  hasil  pemrosesan  dari  instruksiinstruksi  yang  dijalankan  oleh  prosesor.  Pada  mikrokontroler  8051,  memori  data  internal sebesar 128 byte. Didalamnya terdapat bank register, Spesial Function Register (SFR), dan general-purpose register.

 

DAFTAR PUSTAKA

https://mahmudiuye.blogspot.co.id/2015/04/struktur-cpu-fungsi-cpu-alu-control.html

http://orkomp.blogspot.co.id/2012/06/register.html

http://istanateknologi.blogspot.co.id/2012/12/central-processing-unit-cpu.html