CPU (Central Procesing Unit)
1 KOMPONEN CPU
Diagram blok sederhana sebuah CPU.
Komponen CPU terbagi menjadi
beberapa macam, yaitu sebagai berikut.
- Unit
kontrol yang mampu mengatur jalannya
program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas
mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen
dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. termasuk dalam tanggung jawab
unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan
menentukan jenis instruksi tersebut. Bila ada instruksi untuk perhitungan
aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan mengirim
instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit
kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan
disajikan ke alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali ini
adalah:
- Mengatur dan mengendalikan
alat-alat masukan (input)
dan keluaran (output).
o Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
o Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk
diproses.
o Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika
atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.
o Menyimpan hasil proses ke memori utama.
·
Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan
akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau instruksi yang
sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk
menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Secara
analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita
melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak dapat diibaratkan
sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh
kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan
perbandingan logika.
- ALU unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika
dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut
mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu
unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki
spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua
perhitungan aritmatika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU
melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga
sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan
keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi
logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika
tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<),
kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau
sama dengan (³ ).
·
CPU
Interconnections adalah sistem koneksi dan bus yang
menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan
register-register dan juga dengan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan
dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan /keluaran.
2. Cara Kerja CPU
Saat
data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali
diletakkan di MAA (melalui Input-storage); apabila berbentuk instruksi
ditampung oleh Control Unit di Program-storage, namun apabila
berbentuk data ditampung di Working-storage). Jika register siap untuk
menerima pengerjaan eksekusi, maka Control Unit akan mengambil instruksi dari
Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat
memori yang berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter.
Sedangkan data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung
di General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register).
Jika berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah arithmatika dan
logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar
instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Akumulator. Apabila hasil
pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil
pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika
pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan menjemput
hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage.
Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan
ke output-devices.
3. Fungsi CPU
CPU berfungsi seperti kalkulator,
hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah
melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras,
seperti papan tombol, pemindai, tuas kontrol, maupun tetikus.
CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi perangkat lunak
komputer.
Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan membacanya dari
media penyimpan, seperti cakram keras,
disket,
cakram padat,
maupun pita perekam. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih
dahulu pada memori fisik (MAA), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik
yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data
pada MAA dengan menentukan alamat data yang dikehendaki.
Saat
sebuah program dieksekusi, data mengalir dari RAM ke sebuah unit yang disebut
dengan bus, yang menghubungkan antara CPU dengan MAA. Data kemudian
didekode dengan menggunakan unit proses yang disebut sebagai pendekoder
instruksi yang sanggup menerjemahkan instruksi. Data kemudian berjalan ke unit aritmatika dan logika
(ALU)
yang melakukan kalkulasi dan perbandingan. Data bisa jadi disimpan sementara
oleh ALU
dalam sebuah lokasi memori yang disebut dengan register supaya dapat
diambil kembali dengan cepat untuk diolah. ALU dapat melakukan operasi-operasi
tertentu, meliputi penjumlahan, perkalian, pengurangan, pengujian kondisi
terhadap data dalam register, hingga mengirimkan hasil pemrosesannya kembali ke
memori fisik, media penyimpan, atau register apabila akan mengolah hasil
pemrosesan lagi. Selama proses ini terjadi, sebuah unit dalam CPU yang disebut
dengan penghitung program akan memantau instruksi yang sukses dijalankan
supaya instruksi tersebut dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan sesuai.
4. Percabangan instruksi
Pemrosesan instruksi dalam CPU
dibagi atas dua tahap, Tahap-I disebut Instruction Fetch, sedangkan Tahap-II
disebut Instruction Execute. Tahap-I berisikan pemrosesan CPU dimana Control
Unit mengambil data dan/atau instruksi dari main-memory ke register, sedangkan
Tahap-II berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit menghantarkan data
dan/atau instruksi dari register ke main-memory untuk ditampung di MAA, setelah
Instruction Fetch dilakukan. Waktu pada tahap-I ditambah dengan waktu pada
tahap-II disebut waktu siklus mesin (machine cycles time).
Penghitung program dalam CPU umumnya
bergerak secara berurutan. Walaupun demikian, beberapa instruksi dalam CPU,
yang disebut dengan instruksi lompatan, mengizinkan CPU mengakses
instruksi yang terletak bukan pada urutannya. Hal ini disebut juga percabangan
instruksi (branching instruction). Cabang-cabang instruksi tersebut
dapat berupa cabang yang bersifat kondisional (memiliki syarat tertentu) atau
non-kondisional. Sebuah cabang yang bersifat non-kondisional selalu berpindah
ke sebuah instruksi baru yang berada di luar aliran instruksi, sementara sebuah
cabang yang bersifat kondisional akan menguji terlebih dahulu hasil dari
operasi sebelumnya untuk melihat apakah cabang instruksi tersebut akan
dieksekusi atau tidak. Data yang diuji untuk percabangan instruksi disimpan
pada lokasi yang disebut dengan flag.
5. Bilangan yang dapat ditangani
Kebanyakan CPU dapat menangani dua
jenis bilangan, yaitu fixed-point dan floating-point. Bilangan fixed-point memiliki nilai digit spesifik
pada salah satu titik desimalnya. Hal ini memang membatasi jangkauan nilai yang
mungkin untuk angka-angka tersebut, tetapi hal ini justru dapat dihitung oleh
CPU secara lebih cepat. Sementara itu, bilangan floating-point merupakan
bilangan yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, di mana sebuah angka
direpresentasikan sebagai angka desimal yang dikalikan dengan pangkat 10
(seperti 3,14 x 1057). Notasi ilmiah seperti ini merupakan cara yang
singkat untuk mengekspresikan bilangan yang sangat besar atau bilangan yang
sangat kecil, dan juga mengizinkan jangkauan nilai yang sangat jauh sebelum dan
sesudah titik desimalnya. Bilangan ini umumnya digunakan dalam
merepresentasikan grafik dan kerja ilmiah, tetapi proses aritmatika terhadap
bilangan floating-point jauh lebih rumit dan dapat diselesaikan dalam
waktu yang lebih lama oleh CPU karena mungkin dapat menggunakan beberapa siklus
detak CPU. Beberapa komputer menggunakan sebuah prosesor sendiri untuk
menghitung bilangan floating-point yang disebut dengan FPU (disebut juga math co-processor)
yang dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat penghitungan
bilangan floating-point. FPU saat ini menjadi standar dalam
banyak komputer
karena kebanyakan aplikasi saat ini banyak beroperasi menggunakan bilangan floating-point.
