CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU)

CPU ( Central Processing Unit ) merupakan perangkat keras computer yang memiliki fungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangat lunak. CPU merupakan otak dari computer. Tanpa adanya CPU, maka computer tidak akan berfungsi sebagai mestinya. CPU memiliki fungsi untuk menjalankan program yang telah disimpan dalam memori utama, dengan cara mengambil intruksi kemudian menguji intruksi dan mengeksekusinya sesuai alur perintah.

Fungsi CPU :

1.       CPU akan mengatur dan mengendalikan alat-alat input output.

2.       CPU mampu mengambil intruksi-intruksi dari memori utama

3.       CPU akan mengambil data dari memori utama untuk di proses

4.       CPU akan mengirimkan intruksi ke ALU jika ada perhitungan aritmatika.

5.       CPU akan mengawasi kerja dari ALU .

6.       CPU akan menyimpan hasil proses ke memori utama.

Cara kerja CPU

Pada saat intruksi dimasukkan ke processing devices, di letakkan di RAM, jika berbentuk intruksi maka akan di tampung oleh control unit di program storage. Tetapi, jika berbentuk data maka akan di tampung di working strorage. Jika register siap menerima pengerjaan eksekusi, maka control unit lah yang akan mengambil intruksi dari program storage untuk ditampungkan ke instruction register.

Ketika sebuah program sedang dieksekusi, maka data akan mengalir dari RAM menuju sebuah unit yang menghubungkan antara CPU dengan RAM. Kemudian, data di decode dengan memakai unit proses sebagai pendekoder intruksi yang mampu menerjemahkan intruksi. Data akan berjalan ke unit aritmatika dan logika. Data dapat disimpan sementara oleh ALU dalam sebuah lokasi memori agar dapat diambil kembali dengan cepat untuk diolah. ALU mampu melakukan operasi tertentu, mencakup penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pengujian terhadap data yang ada dalam register.

ALU (ARITHMETIC LOGIC UNIT)

ALU adalah bagian dari CPU yang melakukan operasi aritmatika dan operasi logika berdasarkan intruksi yang telah ditentukan. Tugas utama dari ALU yaitu untuk melakukan seluruh perhitungan matematika yang terjadi sesuai intruksi program. Selain itu, ALU bertugas untuk melakukan keputusan dari sebuah operasi logika sesuai intruksi program. CPU Interconnections merupakan system koneksi yang menghubungjan komponen internal dari CPU, yaitu unit control, register, dan ALU serta bus ekternal CPU yang akan menghubungkan system lainnya.

CU (CONTROL UNIT)

                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). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor).

Fungsi dari CU sebagai berikut :

1. Memberi suatu instruksi dari memori

2. Memberi kode pada instruksi untuk menentukan operasi mana yang akan dilaksanakan

3. Menentukan sumber dan tujuan data di dalam perpindahan data

4. Mengeksekusi operasi yang dikerjakan

REGISTER

Bagian  CPU  berikutnya  adalah  register.  Register  merupakan  perangkat  memori  sementara 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.

MEMORI

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.

Sumber :

·         http://pengayaan.com/pengertian-cpu-dan-fungsinya/

·         http://rizkypratama0318.blogspot.co.id/2014/11/organisasi-komputer-diagram-blok.html

·         http://ekapka.blogspot.co.id/2013/09/pengertian-control-unit-cu-dan.html

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

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

Set Instruksi (Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA kadang-kadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik yang disebut di atas dengan mikroarsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan teknik desain prosesor untuk mengimplementasikan set instruksi (mencakup microcode, pipeline, sistem cache, manajemen daya, dan lainnya). Komputer-komputer dengan mikroarsitekturberbeda dapat saling berbagi set instruksi yang sama.

Sebagai contoh, prosesor Intel Pentium dan prosesor AMD Athlon mengimplementasikan versi yang hampir identik dari set instruksi Intel x86, tetapi jika ditinjau dari desain internalnya, perbedaannya sangat radikal. Konsep ini dapat diperluas untuk ISA-ISA yang unik seperti TIMI yang terdapat dalam IBM System/38 dan IBM IAS/400. TIMI merupakan sebuah ISA yang diimplementasikan sebagai perangkat lunak level rendah yang berfungsi sebagai mesin virtual. TIMI didesain untuk meningkatkan masa hidup sebuah platform dan aplikasi yang ditulis untuknya, sehingga mengizinkan platform tersebut agar dapat dipindahkan ke perangkat keras yang sama sekali berbeda tanpa harus memodifikasi perangkat lunak (kecuali yang berkaitan dengan TIMI). Hal ini membuat IBM dapat memindahkan platform AS/400dari arsitektur mikroprosesor CISC ke arsitektur mikroprosesor POWER tanpa harus menulis ulang bagian-bagian dari dalam sistem operasi atau perangkat lunak yang diasosiasikan dengannya.

Jenis-jenis Instruksi

·         Data processing/pengoahan data : instruksi aritmetika dan logika.

·         Data storage/penyimpanan data : instruksi-instruksi memori.

·         Data movement/perpindahan data : instruksi I/O.

·         Control/control : instruksi pemeriksaan dan percabangan.

Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolah data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit, bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan teutama untuk data di register CPU.

Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data kedalam memori dan mengembalikan hasil komputasi kepada pengguna.

Desain set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangatkomplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

1.       Kelengkapan set instruksi

2.       Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

3.       Kompatibilitas :

·         source code compatibility

·         Object code Compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

§  Operation Repertoire

Berapa banyak dan opera siapa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

§  Data Types

Tipe/jenis data yang dapat olah

§  Instruction Format

Panjangnya, banyaknya alamat,dsb.

§  Register

Banyaknya register yang dapat digunakan

§  Addressing
Mode pengalamatan untuk operand

Teknik Pengalamatan

1.       Immediate Addressing

§   Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi

§   Operand sama dengan field alamat

§   Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk complement dua

§   Bit paling kiri sebagai bit tanda

§   Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

§   Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand

§   Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

§   Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

§   Contoh :  ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

2.       Direct Addressing

§   Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil

§   Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

§   Field alamat berisi efektif address sebuah operand

§   Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

§   Contoh  :  ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

3.       Indirect Addressing

§  Merupakan mode pengalamatan tak langsung

§  Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

§  Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

§  Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

§  Contoh :  ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

4.       Register addressing

§  Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

§  Perbedaanya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama

§  Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

§  Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

§  Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

§  Ruang alamat menjadi terbatas

5.       Register indirect addressing

§  Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung

§  Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register

§  Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register

§  Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung

§  Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak

§  Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung

6.       Displacement addressing

§  Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung

§  Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit

§  Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register

§  Merupakan kebalikan dari mode base register

§  Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing

§  Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program iteratif

§  Contoh :  Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

7.       Stack addressing

§  Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out

§  Stack merupakan blok lokasi yang terbaik

§  Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap blok akan terisi secara parsial

§  Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack

§  Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack

§  Stack pointer tetap berada dalam register

§  Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

Sumber :

·         https://id.wikipedia.org/wiki/Set_instruksi

·         http://siezwoyouye.blogspot.com/2012/10/arsitektur-set-instruksi.html

·         https://penawikara.wordpress.com/2013/05/31/mode-pengalamatan/

·         http://abdi-villa.blogspot.com/2012/10/arsitektur-set-instruksi-dan-cpu.html