CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU)

Arsitektur dasar mesin tipe Von Neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. 3 bagian fundamental tersebut adalah :

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 address kemudian 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 control dengan sinyal kendali yang dikirimkan oleh CPU dan sinyal acknowledgment serta sinyal interupsi yang diterima oleh CPU.

1.      Sistem BUS

Sistem Bus yaitu Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus ialah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat dipakai secara bersamaan. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer. Suatu Komputer terdiri dengan beberapa unsur penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. setiap computer saling terhubung dan membentuk saling terkait fungsinya. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antara komputer sangatlah terkait dengan mendominasikan  kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan di sebuah memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui bantuan sistem bus, dengan demikian kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan sistem bus.

Cara Kerja Sistem BUS

1.      Pada sistem komputer akan lebih maju, jika arsitektur komputernya  diciptakan dengan lebih kompleks, sehingga tingkatannya lebih  performa, dan di pakai beberapa buah bus. Bus tersebut merupakan jalur akses data antara beberapa device yang berbeda.

2.      Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dikaitkan oleh Otak bus dengan tegangan yang atau biasa disebut dengan sebutan FSB (Front Side Bus) .

3.      Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang tegangannya lebih rendah yang terkait dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke Otak bus. Untuk komunikasi antar bus ini dapat digunakan sebuah bridge.

Jenis Sistem BUS

Sedangkan jenis-jenis bus itu sendiri juga dikelompokkan berdasarkan masingmasing kriteria, tapi disini akan di jelaskan Jenis Bus menurut fungsinya masing - masing . Langsung saja berikut Jenis-jenis Bus Berdasarkan Fungsi :

§  Data Bus :
- Berfungsi untuk mengirim data, membawa data dari dan ke perangkat atau periferal
- Terdiri atas bagian tertentu atau jalur penghantar, 8, 16, 32 dan 64 bahkan lebih jalur paralel
- Data ditransmisikan dalam dua jalur, yaitu dari CPU atau mesin proseses ke unit memori atau modul I/O dan sebaliknya.
- Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat dikirim sewaktu - waktu.

§  Control Bus:
- Berfungsi untuk mensinkronkan proses penerimaan dan pengiriman data.
- Untuk menentukan memori atau port agar siap ditulis atau dibaca.
- Sinyal Kontrol: RD, WR, IO/M
- Sinyal Read dan write : untuk mencari data dari perangkat

§  Address Bus:
- Membawa informasi agar dapat mengetahui tempat suatu perangkat atau periferal
- Untuk memilih tempat memori atau port yang akan ditulis atau dibaca
- Untuk mengatur rute data, muncul dari mana, tujuannya ke mana.
- Bersifat searah, cpu memberikan alamat yang bertujuan untuk mengatur periferal mana yang dituju. Contoh memori mana yang dicari atau I/O mana yang dituju.
- Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi tempat yang dapat di temukan.
- Jumlah alamat yang dapat dicari pada Bus alamat yaitu sebanyak jumlah yang di tentukan.

2.      ALU (Aritmatik Logic unit)

unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.

Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (≠ ), kurang dari (<), kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan ( ≥).

3.      CONTROL UNIT
Unit kendali / 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 bagian lainnya dari perangkat CPU.

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). CU, juga berfungsi untuk bersinkronasi antar komponen.

Tugas CU :

1.                  Mengatur dan mengendalikan alat input dan output

2.                  Mengatur dan mengendalikan instruksi-instruksi dari memori utama

3.                  Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses

4.                   Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmetika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.

5.                  Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Macam-macam CU :

1.                  Single Cycle CU : Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2.                  Multi Cycle CU : Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya.

4.      Set register

Register prosesor merupakan memory yang dapat diakses secara cepat untuk central processing unit (CPU). Register biasanya terdiri dari sejumlah kecil penyimpanan cepat, meskipun beberapa register memiliki fungsi hardware tertentu, dapat berupa read-only atau menulis-hanya. Register biasanya ditangani oleh mekanisme lain dari memori utama, tetapi mungkin dalam beberapa kasus menjadi pemetaan memori.

Register prosesor biasanya berada di bagian atas hirarki memori, dan menyediakan cara tercepat untuk mengakses data. register prosesor biasanya mengacu hanya untuk kelompok register yang secara langsung dikodekan sebagai bagian dari instruksi, seperti yang didefinisikan oleh set instruksi. Namun, CPU modern dengan kinerja tinggi sering memiliki duplikat dari "register arsitektur" dalam rangka meningkatkan kinerja melalui daftar penamaan register, yang memungkinkan eksekusi paralel. desain x86 modern mengakuisisi teknik ini sekitar tahun 1995 dengan rilis dari Pentium Pro, Cyrix 6x86, Nx586, dan AMD K5.
Register dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

·         User Accessible Register

1.                  Data Register

2.                  Address Register

3.                  General Purpose Register

4.                  Status Register

5.                  Floating Point Register

6.                  Constant Register

7.                  Vector Register

8.                  Special Purpose Register

·         Internal Register

1.                  Instruction Register

2.                  Register yang terhubung dengan informasi dari ram : Memory Buffer Register, Memory Data Register, Memory Address Register

Pada gambar (a) diatas menunjukkan kumpulan register pada mikroprosesor intel 8085. Pada CPU ini, register A berfungsi sebagai sebuah akumulator 8 bit. CPU juga mencakup sebuah program counter (PC), sebuah stack pointer (SP), sebuah flag register dan enam register pengalamatan 8 bit. Pada gambar (b) diatas, register 8 bit biasanya digunakan secara berpasangan. Register A bersama-sama dengan flag register, membentuk program status word (PSW). Tiga pasangan lainnya digunakan untuk tujuan pengalamatan, pasangan H merupakan pasangan yang sangat umum digunakan. Pasangan ini bisa dirujuk secara bersama-sama atau terpisah, yang menyebabkan tersedianya berbagai variasi intruksi.

refrensi:

ricky.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/21939/5+CPU.doc

http://www.blognovi.com/2016/04/apa-itu-sistem-bus-dalam-komputer.html

hasanudin.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/32415/Central+Processing+Unit.doc

https://en.wikipedia.org/wiki/Central_processing_unit

https://en.wikipedia.org/wiki/Processor_register