STRUKTUR CPU

STRUKTUR CPU

CPU merupakan komponen yang terpenting dari system computer.Tanpa CPU

komputer tidak akan berfungsi.Fungsi CPU adalah menjalankan program-program yang

disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi- instruksi,menguji instruksi

tersebut dan mengeksekusinya sat persatu sesuai alur perintah.Untuk memahami fungsi CPU dan

caranya berinteraksi dengan komponen lain,perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program.

 Pandangan yang paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil

pengolahan instruksi yang terdiri dua langkah yaitu:operasi pembacaan instruksi (fetch) dan

operasi pelaksanaan instruksi (execute).Siklus instruksi yang terdiri dari siklus fetch dan siklus

eksekusi yang diperlihatkan pada gambar berikut :

a. KOMPONEN-KOMPONEN CPU

ARITHMATIC LOGIC UNIT (ALU)

 PENGERTIAN

Arithmatic Logical Unit (ALU), adalah salah satu bagian/komponen dalam sistem di dalam

sistem komputer yang berfungsi melakukan operasi/perhitungan aritmatika dan logika (Contoh

operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi

logika adalah logika AND dan OR. ALU bekerja besama-sama memori, di mana 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 PADA ALU

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. 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 aritmatika ini disebut adder.

 TUGAS DAN FUNGSI ALU

Tugas dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi

program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika

dengan menggunakan operator logika, yaitu :

a. sama dengan (=)

b. tidak sama dengan (<>)

c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=)

Control Unit bertugas untuk menggontrol operasi CPU.

Registar adalah media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat proses penggolahan

data.

CPU interconnection adalah system koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal

CPU dan registar-registar dan juga bus-bus eksternal CPU yang menhubungkan dengan system

lainya,seperti memori utama,piranti masukan/keluaran

 CU (control Unit)

Control Unit

Unit kontrol (bahasa Inggris: 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).

Tugas CU sebagai berikut:

1. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

2. Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

3. Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

4. Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan

logika serta mengawasi kerja.

5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:

1. Menentukan elemen dasar prosesor

2. Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor

3. Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan

pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:

1. Clock / pewaktu

Pewaktu adalah cara unit control dalam menjaga waktunya. Unit control menyebabkan sebuah operasi

mikro (atau sejumlah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu. Pulsa ini dikenal

sebagai waktu siklus prosesor.

2. Register instruksi

Opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama

siklus eksekusi.

3. Flag

Flag ini diperlukan oleh unit control untuk menentukan status prosesor dan hasil operasi ALU

sebelumnya.

4. Sinyal control untuk mengontrol bus

Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyal-sinyal interupsi

dan acknowledgement.

Keluaran-keluaran unit control:

• Sinyal control didalam prosesor: terdiri dari dua macam: sinyal-sinyal yang menyebabkan data

dipindahkan dari register yang satu

keregister yang lainnya, dan sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu.

 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.

Contoh internal CPU sebai berikut:

B. FUNGSI CPU

 Menjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan cara

mengambil instruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu

sesuai alur perintah.Sehingga langkah-langkah pada operasi CPU , yaitu : operasi :

a. Pembacaan instruksi (fetch) dan

b. Pelaksanaan instruksi (execute)

C. AKSI CPU

CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

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

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

pengubahan urusan eksekusi.

D. SIKLUS FETCH-EKSEKUSI

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.

Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya,

yang disebut Program Counter (PC).

PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR)

Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU

kemudian dilakukan aksi yang diperlukan

SIKLUS INSTRUKSI

KETERANGAN:

Instruction Address Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi

berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat

instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki

panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya.

Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.

Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis

operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan

apabila melibatkan referensi operand pada memori.

Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.

Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.

Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.

E. FUNGSI INTERUPT

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

F. Jenis interrupt

a. Program Dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi sebagai hasil dari suatu eksekusi

instruksi, seperti arithmetic overflow, pembagian dengan nol, usaha mengeksekusi instruksi

mesin yang illegal dan referensi ke luar memori pengguna yang diperbolehkan.

b. Timer Dibangkitkan oleh timer di dalam processor. Memungkinkan sistem operasi menjalankan

fungsi-fungsi tertentu secara regular.

c. I/O Dibangkitkan oleh I/O controller. Untuk memberi signal penyelesaian normal suatu operasi

atau memberi signal berbagai kondisi error.

d. Hardware failure Dibangkitkan oleh kegagalan seperti kegagalan daya atau memory parity error