Post on 11-Oct-2020
Pertemuan 5
Central Processing Unit
(CPU)
Gambar Unit Komputer
CPU
I. Komponen Utama CPU
CPU merupakan tempat pemrosesan instruksi program.
Untuk memahami organisasi CPU ada beberapa hal yang
dilakukan CPU, antara lain:
Mengambil instruksi: CPU membawa instruksi dari memori
Interpret instruksi: Instruksi dikodekan untuk menentukan tindakan apa yang diperlukan
Mengambil data: Eksekusi suatu instruksi dapat memerlukan pembacaan data dari memori atau modul I/O
Mengolah data: Eksekusi suatu instruksi dapat memerlukan pembentukan beberapa operasi aritmatika atau operasi logika
Menulis data: hasil suatu eksekusi dapat memerlukan penulisan data ke memori
Gambar Komponen Komputer Von-Neumonn
Komponen Utama CPU lanjutan
Komponen Internal CPU:
1. Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas melakukan
perhitungan aktual dan pengolahan data komputer.
ALU terdiri dari Unit arithmetika dan Unit logika boolean
2. Control Unit (CU), bertugas mengontrol pergerakan data
dan instruksi ke dalam dan ke luar CPU, dan megontrol
operasi ALU.
3. Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang
digunakan saat proses pengolahan data, dan bersifat
sementara.
4. CPU Interconnections, adalah sistem koneksi dan bus
yang menghubungkan komponen internal CPU dan bus-
bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem
lainnya, seperti memori utama dan piranti I/O.
Gambar Komponen Internal CPU
I.1. ALU
ALU melakukan semua perhitungan aritmatika dengan
dasar penambahan.
Selain itu ALU bertugas melakukan keputusan dari operasi
logika sesuai dengan instruksi program.
Operasi logika yang dilakukan menggunakan operator
logika, seperti:
Sama dengan (=)
Tidak sama dengan (<>)
Kurang dari (<)
Kurang dari atau sama dengan (<=)
Lebih besar dari (>)
Lebih besar dari atau sama dengan (>=)
1.2. Control Unit (CU)
Control Unit merupakan bagian CPU yang mengendalikan
semua peralatan yang ada pada sistem komputer.
Tugas CU:
Mengatur dan mengendalikan alat I/O
Mengambil instruksi-instruksi dari memori
Mengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh
proses
Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan
aritmatika atau logika
Menyimpan hasil proses ke main memory
1.3. Register
Register pada CPU membentuk dua peran:
Register terlihat oleh pengguna
Register Kontrol dan Status
A. Register Terlihat oleh Pengguna
Memungkinkan programmer dengan bahasa mesin atau
assembly untuk memperkecil acuan memori utama dengan
mengoptimalkan penggunaan memori.
Beberapa kategori register ini adalah: Register bertujuan
Umum, Register Data, Register Alamat, dan Register Kode
Kondisi.
Register Terlihat oleh Pengguna lanjutan
A.1. Register Bertujuan Umum
Register ini digunakan untuk berbagai macam fungsi,
dan dapat juga digunakan untuk fungsi pengalamatan.
A.2. Register Data
Register ini hanya dapat digunakan untuk menampung
data dan tidak dapat digunakan dalam kalkulasi alamat
operand.
Register Terlihat oleh Pengguna lanjutan
A.3. Register Alamat
Register ini digunakan untuk menampung
pengalamatan data, seperti:
Pointer Segmen untuk menampung alamat segmen
Register Indeks untuk menampung alamat indeks
Pointer Stack untuk menyimpan alamat stack yang
memungkinkan pengalamatan tersembunyi, seperti
push dan pop.
A.4. Register Kode Kondisi
Kode kondisi adalah set bit oleh CPU sebagai hasil
operasi, atau disebut juga sebagai flag.
B. Register Kontrol dan Status
Digunakan oleh unit kontrol untuk mengontrol operasi CPU
dan S/O dalam mengontrol eksekusi program.
Register untuk eksekusi instruksi adalah:
1. Program Counter (PC): berisi alamat instruksi yang
diambil
2. Instruction Register (IR): berisi instruksi yang paling
akhir diambil
3. Memory Address Register (MAR): berisi alamat lokasi
dalam memori
4. Memory Buffer Register (MBR): berisi data word yang dituliskan ke memori atau word yang terakhir dibaca.
Gambar Siklus Instruksi pada Register
II. Fungsi CPU
CPU merupakan komponen terpenting dari sistem
komputer.
CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan
instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya.
Fungsi CPU adalah menjalankan program-program yang
disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil
instruksi-instruksi, menguji instruksi tersebut dan
mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.
Pengolahan instruksi pada CPU terdiri dari dua langkah,
yaitu: operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi
pelaksanaan instruksi (execute).
Gambar Alat-Alat Pemroses
Gambar Siklus Instruksi
II.1. Siklus Fetch - Eksekusi
Setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca
instruksi dari memori.
Register dalam CPU berfungsi mengawasi dan
menghitung instruksi selanjutnya, disebut Program
Counter (PC) yang akan menambah satu hitungannya
setiap kali CPU membaca instruksi.
Instruksi yang dibaca akan dibuat dalam Instruction
Register (IR) yang berbentuk kode-kode biner, kemudian
dilakukan aksi yang diperlukan.
Siklus Fetch – Eksekusi lanjutan
Aksi-aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori:
a. Perpindahan data dari CPU ke memori dan
sebaliknya.
b. Perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan
sebaliknya.
c. Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi
aritmatika dan logika terhadap data.
d. Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.
II.2. Fungsi Interupsi
Fungsi 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.
Tujuan interupsi secara umum untuk manejemen
pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien
antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.
Fungsi Interupsi lanjutan
Macam-macam kelas sinyal interupsi:
a. Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan
beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi
program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian
nol, operasi ilegal.
b. Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan
dalam prosesor.
c. I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O
sehubungan pemberitahuan kondisi error dan
penyelesaian suatu operasi.
d. Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan
oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.
Mekanisme interupsi
Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat
digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain.
Saat modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap
menerima tugas berikutnya maka modul ini akan
mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.
Prosesor akan menghentikan eksekusi yang
dijalankannya untuk menjalankan interupsi.
Mekanisme interupsi lanjutan
Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua
kemungkinan tindakan, yaitu interupsi
diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak.
Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan
melakukan:
1. Prosesor menangguhkan eksekusi program yang
dijalankan dan menyimpan konteksnya (menyimpan
alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan
data lain).
2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat
awal routine interrupt handler.
Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.
Gambar Prosesor