CPU (Central Processing Unit)

Dalam suatu rangkaian terpadu dalam sebuah personal komputer, mungkin kita kadang bertanya, bagaimanakah komputer dapat mengolah suatu data dengan sangat cepat dan juga tepat. Seperti halnya manusia, komputer mempunyai “otak”, yaitu yang disebut CPU (Central Processing Unit). CPU merupakan sebuah unit proses yang paling utama dalam sebuah perangkat komputer. Istilah CPU terkadang dinyatakan sebagai sebuah kotak atau casing yang di dalamnya terdapat beberapa perangkat keras, seperti motherboard, hardisk, RAM, kartu VGA, kabel (power supply), dan lain-lain. Padahal CPU sebenarnya adalah perangkat keras (hardware) yang terdapat di dalam casing tersebut dan terdapat pada bagian motherboard. Central Processing Unit (CPU) atau yang juga disebut prosesor pada komputer merupakann salah satu jenis perangkat keras komputer (hardware) yang merupakan suatu komponen atau rangkaian elektronika yang berfungi sebagai alat pemroses atau pengolah data yang paling utama pada komputer. CPU mengolah seluruh proses atau program dalam komputer. CPU terdiri dari satu atau lebih chip processor yang terletak pada socket yang telah disediakan pada motherboard. Di dalam mikroprosesor tersebut terdapat jutaan komponen elektronika yang berukuran sangat kecil (mikro) yang dirancang sedemikian rupa untuk melakukan fungsi-fungsi pengolahan data tertentu.

Gambar 1. Diagram Blok Komputer

Gambar diatas menunjukkan blok diagram komputer dengan alur dan kerjanya dari satu ke yang laninya.

ALU (Arithmetic Logical Unit)

Dalam proses CPU terdapat ALU yang merupakan salah satu bagian /komponen dalam sistem didalam sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (seperti penjumlahan, pengurangan dan beberapa logika lain). ALU bekerja sama dengan memori, dimana hasil dari perhitungan di dalam ALU di simpan ke dalam memori. Perhitungan dalam ALU menggunakan kode biner, yang merepresentasikan instruksi yang akan dieksekusi (opcode) dan data yang diolah (operand). ALU biasanya menggunakan sistem bilangan biner (two’s complement). ALU mendapat data dari register. Kemudian data tersebut diproses dan hasilnya akan disimpan dalam register tersendiri yaitu ALU.

Operasi didalam ALU sering dikatakan sebagai operasi aritmatika, operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya seperti pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder. ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi aritmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika

Gambar 2. Diagram Blog ALU

Tugas dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Arithmatic Logical Unit (ALU) Juga Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri. Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.

Control Logic Unit (CLU)

Unit kontrol 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 control (control store). Control unit mempunyai fungsi yang bervariasi. Pada prosesor biasa, unit kontrol berfungsi untuk mengeksekusi instruksi x86 sebagai bagian asli dari unit control yang bertugas melakukan tugas untuk mengambil, decoding, mengelola pelaksanaan dan kemudian menyimpan hasilnya. Pada prosesor x86 dengan inti RISC, unit kontrol bekerja lebih signifikan untuk melakukan penjabaran instruksi x86 ke instruksi mikro, mengelola penjadwalan instuksi mikro antara berbagai unit pelaksana, membuat output dari unit-unit untuk memastikan mereka berakhir dimana mereka harus pergi.

Gambar 3. Peran Control Unit Dalam Suatu Sistem

Dua bagian utama dari CPU adalah CU dan ALU. CU menyimpan microcode CPU, yang berisi instruksi untuk melakukan semua tugas CPU. CU berperan sebagai kontrol yang mengatur kerja prosesor, dan CU juga yang mengatur kapan ALU memproses dan mengolah data. Adapun manipulasi data sesungguhnya terjadi di ALU. ALU berperan dalam mengolah data secara matematik (penambahan, pengurangan, perkalian, pembagian dan I nstruksi kompleks matematik) dan mengolah data yang berhubungan dengan logika seperti membandingkan data. Bagian ini terhubung pada suatu set register (daerah memori pada CPU yang menyimpan data dan instruksi program sementara data dan instruksi tersebut diproses).  CPU berjalan dengan langkah-langkah tertentu yang disebut machine cycle dalam melaksanakan instruksi yang diperintahkan. Dengan menggunakan teknik yang disebut pipelining, banyak CPU dapat memmroses lebih dari satu instruksi tiap saat.

Sistem Bus

Bus adalah jalur di antara komponen-komponen pada computer. Data dan instruksi berjalan pada jalur ini. Lebar jalur data dapat mempengaruhi beberapa banyak bit yang dapat ditransmisikan antar-komponen computer.

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitektur komputernya akan lebih kompleks, sehingga untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGAAGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB(Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke busutama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge.

Gambar 4. Sistem Bus

Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah. Masing-masing saluranditandai dengan arti dan fungsi khusus. Walaupun terdapat sejumlah rancangan bus yangberlainan, fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu salurandata, saluran alamat, dan saluran kontrol. Selain itu, terdapat pula saluran distribusi dayayang memberikan kebutuhan daya bagi modul yang terhubung

1. Saluran Data

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Saluran inisecara kolektif disebut bus data. Umumnya bus data terdiri dari 8, 16, 32 saluran, jumlahsaluran diakitakan denang lebar bus data. Karena pada suatu saat tertentu masing-masingsaluran hanya dapat membawa 1 bit, maka jumlah saluran menentukan jumlah bit yang dapatdipindahkan pada suatu saat. Lebar bus data merupakan faktor penting dalam menentukankinerja sistem secara keseluruhan. Misalnya, bila bus data lebarnya 8 bit, dan setiap instruksipanjangnya 16 bit, maka CPU harus dua kali mengakses modul memori dalam setiap siklusinstruksinya.

2. Saluran Alamat

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data.Misalnya, bila CPU akan membaca sebuah word data dari memori, maka CPU akan menaruhalamat word yang dimaksud pada saluran alamat. Lebar bus alamat akan menentukan

kapasitas memori maksimum sistem. Selain itu, umumnya saluran alamat juga dipakai untuk mengalamati port-port input/outoput. Biasanya, bit-bit berorde lebih tinggi dipakai untuk memilih lokasi memori atau port I/O pada modul.

3. Saluran Kontrol

Saluran kontrol digunakan untuk mengntrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data dansaluran alamat. Karena data dan saluran alamat dipakai bersama oleh seluruh komponen,maka harus ada alat untuk mengontrol penggunaannya. Sinyal-sinyal kontrol melakukantransmisi baik perintah maupun informasi pewaktuan diantara modul-modul sistem. Sinyal-sinyal pewaktuan menunjukkan validitas data dan informasi alamat. Sinyal-sinyal perintahmespesifikasikan operasi-operasi yang akan dibentuk. Umumnya saluran kontrol meliputi :memory write, memory read, I/O write, I/O read, transfer ACK, bus request, bus grant,interrupt request, interrupt ACK, clock, reset.

Set Register

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di dalam memori utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan kecepatan tinggi karena berada pada CPU. Control dan Status Register :

Register ini digunakan oleh unit control untuk mengontrol operasi cpu dan oleh program system operasi untuk mengontrol eksekusi program.

Micro operasi yaitu suatu komputer menjalankan suatu program, suatu komputer itu melakukan siklus proses memasukkan dan mengambil data atau melakukan eksekusi.  Tiap step pada micro-operations berupa langkah – langkah kecil  micro-operations merupakan operasi atomic dari CPU

Dalam operasi ini ada 4 register yang digunakan yaitu

·         Memory Address Register (MAR)

Ø  Terkoneksi dengan address bus

Ø  MAR melakukan spesifikasi address untuk operasi baca atau tulis

·         Memory Buffer Register (MBR)

Ø  Terkoneksi dengan data bus

Ø  Menyimpan data untuk di tulis atau menyimpan data terakhir yang dibaca (Holds data to write or last data read)

·         Program Counter (PC)

Ø  Menyimpan address instruksi berikutnya yang akan diakses (Holds address of next instruction to be fetched)

·         Instruction Register (IR)

Ø  Menyimpan address instruksi terakhir yang diakses (Holds last instruction fetched)

Gambar 5. Blok Diagram Main Memory

Daftar Pustaka

• https://id.wikipedia.org/wiki/Register_prosesor
• https://www.scribd.com/doc/88554206/Pengertian-Dan-Karakteristik-Sistem-Bus-Komputer
• https://www.scribd.com/doc/200717941/Makalah-CPU