Cpu ( Central Processing Unit )

CPU ( CENTRAL PROCESSING UNIT )

DASAR TEKNOLOGI INFORMASI

OLEH : PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN – BALI 2010

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.









1.1

Skema Dasar Sistem Komputer

Pada abstraksi tingkat atas, sistem komputer terdiri dari empat komponen. Keempat komponen bekerja sama dan saling berinteraksi untuk mencapai tujuan komputer yaitu komputasi. Keempat komponen tersebut yaitu : processor (CPU) a. Pemroses/ processor Main Memory) b. Memori utama ( Main Memory

c. Perangkat masukan dan keluaran (I/O) d. Interkoneksi antar komponen ( System Interconnection ) Untuk lebih jelasnya dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 1.1 Skema dasar sistem komputer

1.1.1

CPU ( Central Processing Unit ) CPU atau Pemroses berfungsi mengendalikan operasi komputer dan

melakukan fungsi pemrosesan data. Pemroses terdiri dari : 1. Bagian ALU ( Aritmatic Logic Aritmatic Logic Unit ) untuk komputasi 2. Bagian CU (Control Unit ) untuk pengendalian 3. Register-register

1.1.2

Memori Utama Memori berfungsi menyimpan data dan program. Memori utama biasanya









Saat ini komputer mengikuit konsep program tesimpan ( stored program concept ) Von Neuman, yaitu program (kumpulan instruksi) disimpan di suatu

tempat (memory) kemudian instruksi-instruksi tersebut dieksekusi. Sasaran yang akan dicapai komputer sesuai atau bergantung program yang disimpan untuk dieksekusi. Penggunaan komputer dapat disesuaikan hanya dengan mengganti program yang disimpan di memori untuk dieksekusi. Konsep ini menghasilkan keluesan (fleksibilitas) yang luar biasa.

1.1.3

Perangkat Masukan dan Keluaran Perangkat masukan dan keluaran berfungsi untuk memindahkan data

antara komputer dan lingkunagan eksternal. Lingkungan eksternal dapat diantarmuka ( interface ) beragam perangkat diantaranya : a. Perangkat penyimpan sekunder b. Perangkat komunikasi terminal, dan sebagainya. Perangkat-perangkat ini berfungsi menghubungkan komputer dengan dunia luar sehingga komputer bermanfaat bagi lingkungannya.

1.1.4

Interkoneksi Interko neksi Antar Komponen Interkoneksi antar komponen adalah struktur dan mekanisme untuk

menghubungakan ketiga komponen (pemroses, memori utama, perangkat input dan output). Secara fisik interkoneksi antar komponen berupa perkawatan, interkoneksi tidak hanya perkawatan tetapi juga memerlukan tata cara atau aturan kumunikasi agar tidak kacau ( chaos) sehingga mencapai tujuan yang diharapkan. Terdapat banyak sistem interkoneksi, ISA,VESA dan PCI adalah yang paling popular. Skema dasar sistem interkoneksi komputer dapat dilihat seperti gambar berikut.









Gambar 1.2 Skema dasar interkoneksi antar komponen sistem komputer

1.2

Pemroses

Pemroses merupakan jantung komputer, berfungsi mengendalikan operasi komputer dan melakukan pemrosesan data. Pemroses menghitung, melakukan operasi logika, dengan membaca instruksi dari memori dan mengeksekusinya. Pemroses berfungsi mengendalikan operasi komputer dan melakukan pemrosesan data. Pemroses biasa disebut CPU ( Central Processing Unit ). ). Pemroses melakukan kerja dengan langkah-langkah berikut : 1. Mengambil instruksi yang dikodekan secara biner dari memori utama 2. Men-dekode instruksi menjadi aksi-aksi sederhana. 3. Melaksanakan aksi-aksi. Operasi-operasi di komputer dapat dikategorikan menjadi tiga tipe yaitu : 1. Operasi Aritmatika Contoh : penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian dan sebagainya 2. Operasi Logika Contoh : operasi OR, AND, XOR, dan sebagainya 3. Operasi pengendalian Contoh : Operasi percabangan, lompat dan sebagainya. Pemroses terdiri dari tiga komponen, yaitu: 1. Bagian ALU ( Aritmatic Logic Unit ) ALU berfungsi melakukan operasi aritmatika dan logika. 2. Bagian CU ( Control Unit ) CU berfungsi mengendalikan operasi yang dilaksanakan sistem komputer.









3. Register-register Register-register membantu pelaksanaan operasi yang dilakukan oleh

pemroses. Register-register berfungsi sebagai memori sangat cepat yang biasanya sebagai tempat operand-operand dari operasi yang akan dilakukan. Skema dasar dari CPU dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1.3 Skema dasar CPU (central processing unit )

Sedangkan skema kerja dari komponen-komponen CPU yang saling terkoneksi, dapat dilihat pada gambar dibawah ini.









Lintasan perpindahan data dan kontrol logika digambarkan termasuk elemen yang diberi label bus CPU internal. Elemen ini dibutuhkan untuk memindahkan data antara bermacam-macam register dengan ALU, karena pada kenyataannya ALU hanya beroperasi pada data yang berada di dalam memory CPU internal. CPU merupakan tempat pemroses instruksi-instruksi program, yang pada komputer mikro disebut dengan micro-processor (pemroses mikro). Pemroses ini berupa chip yang terdiri dari ribuan hingga jutaan IC. Dalam dunia dagang, pemroses ini diberi nama sesuai dengan keinginan pembuatnya dan umumnya ditambah dengan nomor seri, misalnya dikenal pemroses Intel 80486 DX2-400 (buatan Intel dengan seri 80486 DX2-400 yang dikenal dengan komputer 486 DX2), Intel Pentium 100 (dikenal dengan komputer Pentium I), Intel Pentium II350, Intel Pentium III-450, Intel Celeron 333, AMD K-II, dan sebagainya. Masing-masing produk ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.

1.2.1

Control Unit Control unit mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer,

membawa data dari alat input ke memori utama, mengambil data dari memori utama untuk diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, control unit mengirim instruksi tersebut ke Aritmetic and Logic Unit (ALU). Hasil dari pengolahan data ini dibawa oleh control unit ke

memori utama untuk disimpan. Dengan demikian fungsi dari Control Unit adalah: 1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output 2. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama uta ma 3. Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses. 4. Mengirim instruksi ke Aritmatic and Logic Unit (ALU) bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika 5. Mengawasi kerja dari ALU 6. Menyimpan hasil proses ke memori utama Adapun siklus instruksi pada CPU yang dikendalikan oleh CU (Control











CPU

Control

ALU Execute

Unit Decode

Fetch

Store

Main memory

Gambar 1.5 Siklus instruksi pada CPU

Control Unit bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang

ada pada sistem komputer. Unit kendali akan mengatur kapan alat input menerima data dan kapan data diolah d iolah serta kapan ditampilkan pada alat output . Unit ini juga mengartikan instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari alat input ke memori utama, dan mengambil data dari memori utama untuk diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output . Input unit kontrol adalah : -

Pewaktu (CLOCK ): ): berfungsi untuk sinkronisasi operasi antar komponenkomponen komputer komputer term t ermasuk asuk juga unit kontrol ko ntrol

-

Register Instruksi (instruction

): opcode instruksi saat itu register ):

digunakan untuk menentukan operasi mikro yang akan dilakukan selama









-

sinyal-sinyal yang dapat mengaktifkan fungsi ALU yang spesifik

b. Sinyal kontrol bagi bus kontrol.Terdiri atas 2 sinyal: -

sinyal kontrol bagi memori

-

sinyal kontrol bagi modul-modul I/O Strukur kerja dari control unit pada CPU dapat digambarkan seperti

dibawah ini.

Gambar 1.6 Struktur kerja dari Control Unit

Implementasi unit kontrol ada dua jenis yaitu: 1. Implementasi Hardwired 2. Implementasi microprogrammed









-

Sinyal-sinyal tersebut sebagai masukan bagi unit kontrol dalam mengetahui status komputer

-

Selanjutnya

didekodekan

menghasilkan

sinyal

keluaran

untuk

mengendalikan sistem kerja komputer. -

N buah input biner akan menghasilkan 2n output biner.

-

Setiap instruksi memiliki opcode yang berbeda-beda.

-

Opcode yang berbeda dalam instruksi akan menghasilkan sinyal kontrol

yang berbeda pula. -

Pewaktu unit kontrol mengeluarkan rangkaian pulsa yang periodik

-

Pulsa waktu ini digunakan untuk mengukur durasi setiap operasi mikro yang dijalankan CPU, intinya digunakan untuk sinkronisasi kerja masingmasing bagian.

Masalah dalam merancang implementasi hardwired -

Memiliki kompleksitas dalam pengurutan dan operasi mikronya

-

Sulit didesain dan melakukan pengetesan

-

Tidak fleksibel

-

Sulit untuk menambah instruksi baru

1.2.1.2 Implementasi Microprogrammed -

Unit kontrol memerlukan sebuah memori untuk menyimpan program kontrolnya

-

Implementasi yang paling reliabel saat ini

-

Fungsi-fungsi pengontrolan dilakukan berdasarkan program kontrol yang









1.2.2

Arithmetic and Logic Unit (ALU)

1.2.2.1 Definisi ALU Tugas utama dari Arithmetik and Logic Unit (ALU) adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan proses aritmatika dengan dasar penjumlahan, sedangkan operasi aritmatika yang lainnya seperti pengurangan, perkalian dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Karena dasar o perasi aritmatika di ALU adalah penjumlahan, maka sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan melaksanakan proses aritmatika aritmatika ini disebut adder . Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. ALU merupakan bagian CPU yang berfungsi membentuk operasi-operasi aritmatika dan logika terhadap data. Data yang dapat dioperasikan adalah data yang berupa angka. Data angka digolongkan menjadi dua yaitu : -

Data bilangan bulat /integer

-

Data bilangan pecahan/float

Contoh perhitungan bilangan integer adalah konversi bilangan biner menjadi desimal. Misalkan bilangan 10101010 adalah 128 1

64 32 16 8 4 0 1 0 1 0 = 128*1+64*0+32*1+16*0+8*1+4*0+2*1+1*0

2 1

1 0

= 128+32+8+2 = 170 menjadi = 11101011 2 = 17010 Aritmetika Integer membahas operasi aritmetika (Sistem Komplemen









Tabel operasi aritmatika bilangan biner

Pada sembarang keadaan, hasil operasi dapat lebih besar dari yang dapat di tampung ukuran word yang digunakan. Bila terjadi overflow, ALU harus membersihkan sinyal tentang keadaan ini sehingga tidak terdapat usaha untuk menggunakan hasil operasi tersebut. Untuk mendeteksi overflow digunakan aturan, bila dua buah bilangan ditambahkan dan keduanya positif atau keduanya negatif, maka overflow akan terjadi bila dan hanya bila memiliki tanda yang berlawanan sehingga tidak terdapat usaha untuk menggunakan hasil operasi tersebut

1.2.2.2 ADDER Pada proses penambahan yang ada di ALU diselesaikan dengan switch











- Pada half adder hasil carry of tidak ikut ditambahkan pada perhitungan selanjutnya b.

Full Adder - Fungsi dari full adder adalah menambahkan dua buah binary digit serta carry of dari perhitungan sebelumnya dengan hasil berupa pertambahan dan

sebuah carry of . - Input ada 3 macam yaitu X, Y, dan Ci ( carry of input yang dihasilkan oleh pertambahan sebelumnya) sedangkan output -nya -nya berupa Sum dan Carry of output.

- Pada full adder hasil carry of ikut ditambahkan pada hasil perhitungan selanjutnya. Berikut merupakan cuntoh gambar 4-bit paralel binary adder menggunakan Full Adder









Y3=0; Y2=1; Y1=0; Y0=1

a. Proses Penambahan Proses perhitungan dimulai dari digit yang paling kanan. Urutan Proses: 1. X0 dan Y0, yang yang masing-masing bernilai 1, maka maka hasil hasil pertambahan kedua bit tersebut adalah 0 dengan carry of output 1 dan carry of tersebut akan ditambahkan sebagai input ( carry of input ) untuk full full adder berikutnya 2. X1 bernilai 0 dan Y1 bernilai bernila i 0 dan carry of input bernilai 1 maka hasil pertambahan adalah 1 dengan carry of output bernilai 0 untuk full adder berikutnya, yaitu bit X2 dan Y2 3. X2 bernilai 0 dan Y2 bernilai bernila i 1 dan carry of input bernilai 0 maka hasil pertambahan adalah 1 dengan carry of output bernilai 0 untuk full adder berikutnya, yaitu bit X3 dan Y3 4. X3 bernilai 1 dan Y3 bernilai bernila i 0 dan carry of input bernilai 0 maka hasil pertambahan adalah 1 dengan carry of output bernilai 0 5. Hasil akhir dari pertambahan pert ambahan adalah S3=1; S2=1; S1=1; dan S0=0 yaitu bilangan binary 1110









Demikian juga sebaliknya (negatif ke positif) dapat dilakukan dengan algoritma yang sama Tetapi cara ini terdapat dua anomali dalam sistem Komplemen Dua, yaitu pengubahan integer integer 0 dan d an -128 seperti dijelaskan di jelaskan dibawah ini dengan contoh word 8 bit

0000 0000 = 0 dibalik menjadi menjadi

1111 1111

jika ditambah sama dengan

+1 10000 0000 overflow dapat diabaikan 1000 0000 = -128

dibalik menjadi

jika ditambah sama dengan

0111 1111 0000 0001+ 1000 0000 sama dengan -128

Proses pengurangan diatas dapat digambarkan seperti berikut:









1011

multiplicant (11)

1100 x

multiplier (12)

0000 0000 1011 1011 10000100

Contoh Pembagian: Desimal: 13 11 / 147 143 4 Biner: 1101 1011 / 10010011 1011

+ product (132)









1.2.3

Register Register merupakan simpanan kecil yang mempunyai kecepatan tinggi,

lebih cepat 5-10 kali dibandingkan dengan kecepatan perekaman atau pengambilan data di memori utama. Register digunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang diproses oleh CPU, sedang instruksi-instruksi dan data yang lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan dimemori utama. Secara analogi register ini dapat diibaratkan dengan ingatan diotak bila kita melakukan pengolahan data secara manual. Konsep penting yang mempengaruhi kecepatan dari prosesor adalah ukuran dari register . Istilah word bit, size menggambarkan ukuran dari operand register yang berkisar dari 8-64 bit, misalnya operand register mempunyai word size 32 bit, maka prosesor tersebut disebut dengan 32-bit processor. Di dalam CPU terdapat sekumpulan register yang tingkatan memorynya berada di atas hirarki memori utama dan cache. Menurut fungsinya, fungsinya, register CPU dapat dibagi menjadi: 1. User Visible Register ( Register Register yang terlihat pemakai) Register ini memungkinkan program bahasa mesin dan bahasa assembler

serta meminimalkan refrensi

main

memory

dengan

cara

mengoptimasi











Register Alamat Register ini dapat berisi alamat data di memori utama, alamat instruksi di memori

utama, dan bagian alamat yang digunakan dalam perhitungan alamat lengkap. Contohnya: a. Register indeks (index register ) Pengalamatan berindex merupakan salah satu mode pengalamatan popular. Pengalamatan melibatkan penambahan index ke nilai dasar untuk memperoleh alamt efektif. b. Register penunjuk segmen ( segment pointer register ) Pada pengalamatan bersegmen, memori dibagi menjadi segmen-segmen. Segmen berisi satu blok memori yang panjangnya dapat bervariasi. Untuk mengacu memori bersegmen digunakan pengacuan terhadap segmen dan









hanya dapat diperbaharui oleh pemroses sebagai dampak operasi yang dijalankan.

2. Control and Status Register (Register untuk kendali status) Register ini digunakan oleh unit kontrol untuk mengontrol operasi CPU dan oleh program sistem operasi untuk mengontrol eksekusi program. Sebagiannya dapat diakses dengan instruksi mesin yang dieksekusi dalam mode kotrol atau kernel sistem operasi. Register untuk kendali status, antara lain: Register untuk alamat dan buffer

Register untuk alamat dan buffer, terdiri t erdiri dari: a. Memory Address Register (MAR) : terisi alamat lokasi dalam memori. MAR menetapkan alamat di dalam memori untuk operasi membaca









b. Zero : Flag ini mencatat apakah operasi sebelumnya menghasilkan nilai nol. c. Carry : Flag ini mencatat apakah dihasilkan carry (kondisi) dimana operasi penjumlahan atau perkalian menghasilkan hitungan yang tidak dapat ditampung register akumulator. d. Equal : Flag ini mencatat apakah operasi menghasilkan kondisi sama dengan. e. Overflow : Flag ini mencatat apakah kondisi menghasilkan overflow. f. Interupt enable/disable : Flag ini mencatat apakah interupt sedang dapat diaktifkan atau tidak. g. Supervisor : Flag ini mencatat mode eksekusi yang dilaksanakan yaitu mode supervisor atau bukan. Pada mode supervisor maka seluruh









2. Memindahkan data dari satu register ke antarmuka eksternal (misalnya: bus sistem) 3. Memindahkan Memindahka n data dari antarmuka eksternal ke register 4. Melaksanakan Melaksanakan suatu operasi perhitungan atau logika, logika, dengan menggunakan menggunakan register untuk masukan atau keluaran









BIODATA PENULIS

Nama

: Putu Rusdi Ariawan

TTL

: Denpasar. 19 April 1990

Agama

: Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email : [email protected] www.facebook.com/turusdi

Cpu ( Central Processing Unit )

Recommend Documents