CENTRAL PROCESSING UNIT

CENTRAL PROCESSING UNIT

CPU (Central Processing Unit) atau sering dikenal dengan sebutan Processor adalah sebuah komponen berupa chip atau IC berbentuk persegi empat yang merupakan komponen utama pada sistem komputer sebagai pengendali proses kinerja komputer, dengan dibantu oleh komponen lainnya.

Pada dasarnya 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. Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu: operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).

1.      PengenalanProsesor

CPU merupakan komponen terpenting dari sistemk omputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Pada dasarnya fungsi CPU adalah menjalankan program-program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menguj iinstruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah. Dalam mewujudkan dan menjalankan fungsi serta tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen-komponen yang saling terhubung antara satu dengan yang lainnya yang terdiri dari Aritmeticand Logic Unit, Control Unit, Register, danCPU Interconnections.Berikut ini gambar stuktur dari internal CPU.

1.1 Aritmetic and Logic Unit

Aritmetic and Logic Unit adalah komponen yang bertugas membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer. ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi-instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. Seperti istilahnya, ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing–masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

Tugas utama ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan intruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder. Tugas selanjutnya ALU adalah melakukan keputusan operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan, kurang dari (<), kurang atau sama dengan (<=), lebih besar dari (>), dan lebih besar atau sama dengan (=>).

1.2 Control Unit

Control Unit, bertugas mengambil instruksi-instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut dan mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. Adapun fungsi-fungsi operasinya adalah:

1. Mengatur dan mengendalikan alat input dan output.

2. Mengambil instruksi memori utama.

3. Mengambil data memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.

4. Mengirim instruksi ke ALU jika terdapat perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja ALU.

5. Menyimpan hasil proses ke memori utama.

1.3 Registers

Registers adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

1.4 CPU Interconnections

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. MekanismeIntruksidalamProsesor

Pada dasarnya 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. Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu: operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute). Siklus instruksi yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi diperlihatkan padagambarberikut.

2.1 Intruksi Fetch

Pada setiap siklus instruksi, CPU awal nya 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 membacainstruksi. Instruksi-instruksi yang dibacaakan dibuat dalam register instruksi (IR). Instruksi-instruksi ini dalam bentuk kode-kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi-aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu:

1. CPU-Memori, perpindahan data dariCPU kememoridansebaliknya.

2. CPU-I/O, perpindahan data dari CPU kemodul I/O dansebaliknya.

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

4. Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.

2.2 IntruksiEksekusi

Bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi kememori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O. Berikut Siklus Eksekusi dari prosesor:

1. Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap kealamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 kealamat sebelumnya.

2. Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
3. Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.

4. Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand padamemori.

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

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

7. Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi kedalam memori.

2.3 MekanismeInterupsidalamProsesor

Fungs iinterupsi utamanya adalah mekanisme penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU kepada routine interupsi. Hampir semua modul (memoridan I/O) memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU.

2.3.1 TujuanInterupsidalamProsesor

Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisienantar CPU dan modul-modul I/O maupun memori. Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing-masing modul berbeda sehingga dengan adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul.

Disamping itu dalam mekanisme interupsi terbagi dalam beberapa kelas sinyal. Adapun bentuk kelas sinyal interupsi diantaranya adalah:

1. Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pem-bagian nol, oparasi ilegal.

2. Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini membuat sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.

3. I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pem-beritahuan kondisi error dan pe-nyelesaian suatu operasi.

4. Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.

Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk meng-eksekusi instruksi-instruksi lain.  Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian prosesor akan meng-hentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi. Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.

Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima atau ditangguhkan dan interupsi ditolak.Apabila adainterupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan hal-hal dibawah ini:

1. Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Dengan cara menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusidan data lain yang relevan.

2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handle.

3.2 Interupsi Ganda dalam Prosesor

Untuk sistemoperasi yang kompleks sangat dimungkinkan adanya interupsi ganda (multiple interrupt). Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasikan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba.

Dalam hal ini prosesor harus menangani interupsi ganda. Adapun pendekatan interupsi ganda adalah sebagai berikut:

1.      Pendekatan interupsi berurutan atau sekuensial. Pendekatan ini cukup baik dan sederhana karena interupsi ditangani dalam ututan yang cukup ketat. Kelemahan pendekatan ini adalah metode ini tidak memperhitungkan prioritas interupsi. Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani.

2.      Pedekatan interupsi bersarangyaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi dan interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu.

3.      Fungsi interupsi utamanya 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.

DAFTAR PUSTAKA

Stallings, William.1998. Organisasi danArsitektur Komputer. Jakarta: PT Prenhallindo

Fitriyana. 2010.OrganisasiKomputer.Indraprasta

Retno. 2012. Struktur CPU Pada Komputer. Universitas Indraprasta PGRI Vol.2

Syahrul. 2010. Arsitektur OrganisasiKomputer. Andi Pubhliser.