hana hanifah: CENTRAL PROCESSING UNIT ( CPU)

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.

Organisasi CPU

Gambar diatas disebut jalur data dan berisi register-register (terutama 1 sampai 32), ALU (Arithmetic Logic Unit) dan beberapa bus yang menghubungkan bagian-bagian tersebut. Register-register tersebut melengkapi dua register untuk input ALU, yang dalam gambar diberi label A dan B. Register-register ini menyimpan input ALU sementara ALU menjalankan fungsi perhitungan.

KUMPULAN 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.

ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

Ide mengenai satu adder umum yang mampu menambahkan dua register bersama-sama dan menyimpan hasilnya dalam register lainnya merupakan prinsip yang mendasar pada ALU. Sehingga ALU didefinisikan sebagai sebuah unit yang berisi sirkuit untuk menjalankan sekumpulan operasi mikro aritmatika dan logika. Sebuah contoh dari dua fungsi ALU ditunjukkan sebagai berikut,

Sejumlah n baris input dari A dan B dihubungkan dengan blok fungsi f1 dan f2. Kemudian sejumlah n baris output pada blok tersebut dihubungkan dengan sejumlah n multiplexer (MUX). Tergantung dari operasi mikro tertentu yang harus dijalankan maka baris seleksi akan di-set untuk memilih baris output fungsi yang semestinya untuk sejumlah n baris dari R1, yaitu hasil operasi ALU. Jumlah baris seleksi yang diperlukan tergantung pada jumlah fungsi di dalam ALU, pada bagian ini ada dua input n-bit, yaitu A dan B, dan sebuah output n-bit, yaitu R1.

Fungsi Aritmatika pada sebuah ALU biasanya mencakup integer, floating-point (real) dan desimal berkode biner. Disini operasi yang terjadi adalah penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian.

Fungsi Logika pada ALU lebih sederhana. Untuk segala operasi logika yang ingin diterapkan, maka hanya perlu memuat sejumlah n gerbang logika tertentu untuk operasi tersebut (satu untuk setiap pasangan bit input). Selain itu pula ALU dapat digunakan sebagai Pergeseran, dengan menerapkan sirkuit geser kombinasional yang dikenal sebagai skalar posisi. Karena kita ingin menjalankan pergeseran bersamaan dengan fungsi aritmatika atau logika, seperti pada perkalian atau pengepakan string, maka akan lebih efisien untuk men-set penggeser diluar ALU. Dengan cara ini dapat ditambahkan dua angka dan menggeser seluruh hasil dalam satu langkah daripada meneruskan hasilnya ke input ALU lagi dan kemudian mensetup ALU untuk menggeser angka tersebut. Terlihat pada gambar dibawah ini:

CONTROL LOGIC UNIT (CLU)

CLU pada komputer memasukkan informasi tentang instruksi dan mengeluarkan baris kendali yang diperlukan untuk mengaktifkan operasi-mikro yang semestinya. CLU terbentuk atas sebuah prosesor instruksi (IP atau instruction processor) yang berfungsi untuk mengendalikan fetch, perhitungan alamat dan siklus interupsi, kemudian prosesor aritmatika (AP atau arithmatic processor) yang berfungsi untuk mengendalikan siklus eksekusi bagi operasi aritmatika dan logika.

Konfigurasi CPU

Komponen CPU dapat tersusun dalam berbagai cara, sangat tergantung pada jumlah bus data internal yang digunakan. Dua contoh diantaranya adalah Organisasi bus tunggal dan organisasi triple bus.

Organisasi triple bus

Penggunaan tiga bus data internal, seperti gambar diatas akan melonggarkan beberapa batasan yang dibebankan oleh susunan bus-tunggal. Dalam hal ini, bus-bus yang terpisah dapat digunakan untuk dua input ALU termasuk juga untuk output ALU. Jika register dari kumpulan register adalah edge-trigerred, maka akan mungkin untuk menjalankan jenis operasi-mikro R1 ← (R2) + (R3) pada satu sinyal waktu.

Organisasi Bus-Tunggal

ALU memerlukan input register Y dan register Z secara bersamaan. Dengan hanya sebuah bus data tunggal, sebuah operand akan disimpan dalam Y dan yang lainnya dapat disimpan dalam bus. Sewaktu ALU menghitung hasilnya, input tersebut harus tetap konstan pada bus. Karena itu, kadang-kadang hasilnya disimpan dalam Z sampai operasi selesai dan kemudian ditransfer melalui bus ke tempat dimana harus disimpan. Dalam hubungan yang sama, CLU memerlukan informasi dari register khusus (special purpose) secara bersamaan untuk menghasilkan fungsi pengendalian yang tepat. Oleh karena itu, register-register tersebut dihubungkan secara langsung ke CLU selain dihubungkan dengan bus data untuk komunikasi umum.

MEMORI

CPU hanya dapat menyimpan data dan instruksi di register yang berukuran kecil sehingga tidak dapat menyimpan semua informasi yang dibutuhkan untuk keseluruhan proses program. Untuk mengatasi hal ini, maka CPU harus dilengkapi dengan alat penyimpan yang berkapasitas lebih besar yaitu memori utama. Unit ini dapat dibayangkan sebagai sekumpulan kotak-kotak yang masing-masing dapat menyimpan sepenggal informasi baik berupa data maupun instruksi. Tiap-tiap lokasi dari kotak ditunjukkan oleh suatu alamat (address), yaitu berupa nomor yang menunjukkan lokasi tertentu dari kotak memori.

Ukuran memori ditunjukkan oleh satuan byte, misalnya 1 Mb, 4 Mb, 8 Mb, atau bahkan adayang sampai 256 Mb. Pada umumnya 1 byte memori terdiri dari 8 – 32 bit (binary digit), yaitu banyaknya digit biner (0 atau 1) yang mampu disimpan dalam satu kotak memori.

Random Access Memory (RAM)

Semua data dan program yang dimasukkan melalui alat input akan disimpan terlebih dahulu di memori utama, khususnya RAM, yang dapat diakses secara acak (dapat diisi/ditulis, diambil, atau dihapus isinya) oleh pemrogram. Struktur RAM terbagi menjadi empat bagian utama, yaitu:

Input storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan melalui alat input.
Program storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi-instruksi program yang akan diakses.
Working storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil pengolahan.
Output storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang akan ditampilkan ke alat output.

Input yang dimasukkan melalui alat input akan ditampung terlebih dahulu di input storage. Bila input tersebut berupa program maka akan dipindahkan ke program storage, dan bila berbentuk data maka akan dipindahkan ke working storage. Hasil dari pengolahan juga ditampung terlebih dahulu di working storage dan bila akan ditampilkan ke alat output maka hasil tersebut dipindahkan ke output storage.