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