Central Processing Unit(CPU)

Gambar Unit Komputer

I. Komponen Utama CPU

CPU merupakan tempat pemrosesan instruksi program.

Untuk memahami organisasi CPU ada beberapa hal yang dilakukan CPU, antara lain:

Mengambil instruksi: CPU membawa instruksi dari memoriInterpret instruksi: Instruksi dikodekan untuk menentukan tindakan apa yang diperlukanMengambil data: Eksekusi suatu instruksi dapat memerlukan pembacaan data dari memori atau modul I/OMengolah data: Eksekusi suatu instruksi dapat memerlukan pembentukan beberapa operasi aritmatika atau operasi logikaMenulis data: hasil suatu eksekusi dapat memerlukan penulisan data ke memori

Gambar Komponen Komputer Von-Neumonn

Komponen Utama CPU lanjutan

Komponen Internal CPU:

1. Arithmetic and Logic Unit (ALU) , bertugas melakukan perhitungan aktual dan pengolahan data komputer. ALU terdiri dari Unit arithmetika dan Unit logika boolean

2. Control Unit (CU) , bertugas mengontrol pergerakan data dan instruksi ke dalam dan ke luar CPU, dan megontrol operasi ALU.

3. Registers , adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data, dan bersifat sementara.

4. CPU Interconnections , adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU dan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama dan piranti I/O.

I.1. ALU

ALU melakukan semua perhitungan aritmatika dengan dasar penambahan.

Selain itu ALU bertugas melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program.

Operasi logika yang dilakukan menggunakan operator logika, seperti:

Sama dengan (=) Tidak sama dengan () Kurang dari (=)

1.2. Control Unit (CU)

Control Unit merupakan bagian CPU yang mengendalikan semua peralatan yang ada pada sistem komputer.

Tugas CU:

Mengatur dan mengendalikan alat I/OMengambil instruksi-instruksi dari memoriMengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh proses Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau logikaMenyimpan hasil proses ke main memory

1.3. Register

Register pada CPU membentuk dua peran:Register terlihat oleh penggunaRegister Kontrol dan Status

A. Register Terlihat oleh Pengguna

Memungkinkan programmer dengan bahasa mesin atau assembly untuk memperkecil acuan memori utama dengan mengoptimalkan penggunaan memori.

Beberapa kategori register ini adalah: Register bertujuan Umum, Register Data, Register Alamat, dan Register Kode Kondisi.

Register Terlihat oleh Pengguna lanjutan

A.1. Register Bertujuan UmumRegister ini digunakan untuk berbagai macam fungsi, dan dapat juga digunakan untuk fungsi pengalamatan.

A.2. Register DataRegister ini hanya dapat digunakan untuk menampung data dan tidak dapat digunakan dalam kalkulasi alamat operand.

Register Terlihat oleh Pengguna lanjutan

A.3. Register AlamatRegister ini digunakan untuk menampung pengalamatan data, seperti:

Pointer Segmen untuk menampung alamat segmen

Register Indeks untuk menampung alamat indeks

Pointer Stack untuk menyimpan alamat stack yang memungkinkan pengalamatan tersembunyi, seperti push dan pop.

A.4. Register Kode Kondisi

Kode kondisi adalah set bit oleh CPU sebagai hasil operasi, atau disebut juga sebagai flag.

B. Register Kontrol dan Status

Digunakan oleh unit kontrol untuk mengontrol operasi CPU dan S/O dalam mengontrol eksekusi program.

Register untuk eksekusi instruksi adalah:

1. Program Counter (PC): berisi alamat instruksi yang diambil

2. Instruction Register (IR): berisi instruksi yang paling akhir diambil

3. Memory Address Register (MAR): berisi alamat lokasi dalam memori

4. Memory Buffer Register (MBR): berisi data word yang dituliskan ke memori atau word yang terakhir dibaca.

Gambar Siklus Instruksi pada Register

II. Fungsi CPU

CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer.

CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya.

Fungsi CPU adalah menjalankan program-program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.

Pengolahan instruksi pada CPU terdiri dari dua langkah, yaitu: operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).

Gambar Alat-Alat Pemroses

Gambar Siklus Instruksi

II.1. Siklus Fetch - Eksekusi

Setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.

Register dalam CPU berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, disebut Program Counter (PC) yang akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

Instruksi yang dibaca akan dibuat dalam Instruction Register (IR) yang berbentuk kode-kode biner, kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

Siklus Fetch Eksekusi lanjutan

Aksi-aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori:

a. Perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

b. Perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

c. Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

d. Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.

II.2. Fungsi Interupsi

Fungsi interupsi adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi.

Hampir semua modul (memori dan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

Tujuan interupsi secara umum untuk manejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.

Fungsi Interupsi lanjutan

Macam-macam kelas sinyal interupsi:

a. Program , yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal.

b. Timer , adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor.

c. I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.

d. Hardware failure , adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Mekanisme interupsi

Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain.

Saat modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.

Prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menjalankan interupsi.

Mekanisme interupsi lanjutan

Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak.

Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan:

1. Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya (menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain).

2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.

Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.

Gambar Prosesor