CPU, Sistem BUS, ALU

CPU

Pengertian CPU atau Central Processing Unit adalah perangkat keras komputer yang memiliki tugas untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Karena merupakan pusat pengolahan data dalam sebuah komputer, CPU sering disebut juga sebagai processor. Cepat atau lambatnya kinerja dari sebuah computer cukup ditentukan oleh kualitas dan teknologi dari CPU yang digunakan.

CPU memiliki berbagai macam komponen didalamnya, diantaranya sebagai berikut :

1. Unit Kontrol

Unit kontrol merupakan bagian dari prosesor yang mengatur jalannya program. Komponen ini terdapat dalam semua CPU. Salah satu tugas dari unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. operasinya. Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output. Dengan demikian unit kontrol dapat mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsinya.

2. Register

Register merupakan alat penyimpanan berukuran relatif kecil namun memiliki kecepatan akses cukup tinggi dengan fungsi untuk menyimpan data atau instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya di gunakan untuk menyimpan data saat sedang di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

3. Aritmathic Logic Unit

Aritmathic Logic Unit atau dapat disingkat dengan ALU merupakan bagian dari CPU yang memiliki tugas untuk melakukan operasi aritmatika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut juga sebagai mesin bahasa karena ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit aritmatika 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.

Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang diberikan melalui beberapa perangkat keras. CPU hampir sama seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kompleks dalam melakukan pemrosesan dari intruksi-intruksi yang diberikan. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu pada RAM, setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada RAM dengan menentukan alamat data yang dipilih.

SISTEM BUS

Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai sub sistem.

Ø  Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen Komputer dalam menjalankan tugasnya.

Ø  Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus.

Cara Kerja Sistem Bus

Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitektur komputernya akan lebih kompleks, sehingga untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus. Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) . Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge.

Jenis - Jenis Bus

Ø  Dedicated Bus : bus yang khusus menyalurkan data tertentu, contohnya paket data saja, atau alamat saja.

Ø  Multiplexed Bus : bus yang dilalui informasi yang berbeda baik data, alamat, dan sinyal kontrol dengan metode multipleks data.

Kekurangan multiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga menghemat tempat tapi kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimultipleks.

Struktur Bus

Ø  Sebuah bus sistem terdiri dari 50 hingga 100 saluran yang terpisah.

Ø  fungsi saluran bus dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok, yaitu :

◦saluran data

◦saluran alamat, dan

◦saluran kontrol.

Contoh-Contoh BUS

1.    Bus ISA

Industri komputer personal lainnya merespon perkembangan ini dengan mengadopsi standarnya sendiri, bus ISA (Industry Standar Architecture), yang pada dasarnya adalah bus PC/AT yang beroperasi pada 8,33 MHz.

Keuntungannya adalah bahwa pendekatan ini tetap mempertahankan kompatibilitas dengan mesin-mesin dan kartu-kartu yang ada.

2.    Bus PCI

Peripheral Component Interconect (PCI) adalah bus yang tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus mezzanine atau bus peripheral. Standar PCI adalah 64 saluran data pada kecepatan 33MHz, laju transfer data 263 MB per detik atau 2,112 Gbps. Keunggulan PCI tidak hanya pada kecepatannya saja tetapi murah dengan keping yang sedikit.

3.    Bus USB

Semua perangkat peripheral tidak efektif apabila dipasang pada bus kecepatan tinggi PCI, sedangkan banyak peralatan yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer. Sebagai solusinya tujuh vendor computer (Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northen Telecom) bersama-sama meranccang bus untuk peralatan I/O berkecepatan rendah. Standar yang dihasilkan dinamakan Universal Standard Bus (USB).

4.    Bus SCSI

Small Computer System Interface (SCSI) adalah perangkat peripheral eksternal yang dipopulerkan oleh macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan interface standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, hard disk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuan besar. SCSI menggunakan interface paralel dengan 8,16, atau 32 saluran data.

5.    Bus P1394 / Fire Wire

FireWire (P1393 standard IEEE) memiliki kelebihan dibandingkan dengan interface I/O lainnya, yaitu sangat cepat, murah, dan mudah untuk diimplementasikan. Pada kenyataan P1394 tidak hanya popular pada sistem komputer, namun juga pada peralatan elektronik seperti pada kamera digital, VCR, dan televisi.

Kelebihan lain adalah penggunaan transmisi serial sehingga tidak memerlukan banyak kabel.

ALU

            ALU (Arithmetic and Logic Unit) Unit Aritmetika  dan Logika  merupakan bagian pengolah bilangan dari sebuah  komputer. Di dalam operasi aritmetika ini sendiri terdiri dari berbagai macam operasi  diantaranya adalah operasi penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Mendesain  ALU  juga memiliki cara  yang  hampir sama  dengan mendesain enkoder, dekoder, multiplexer, dan demultiplexer. Rangkaian utama  yang  digunakan untuk  melakukan perhitungan ALU adalah Adder.

Ø  Adder Rangkaian ALU (Arithmetic  and  Logic  Unit) yang  digunakan untuk  menjumlahkan  bilangan  dinamakan dengan Adder. Karena Adder digunakan  untuk  memproses operasi aritmetika,  maka Adder juga  sering  disebut rangkaian kombinasional  aritmetika

 Ada 2 jenis Adder : 

1. Rangkaian Adder yang hanya menjumlahkan dua bit disebut Half Adder.

2. Rangkaian Adder yang menjumlahkan tiga bit disebut Full Adder.

3. Rangkaian Adder yang menjumlahkan banyak bit disebut paralel Adder 

DAFTAR PUSTAKA

http://www.immersa-lab.com/pengertian-cpu-dan-fungsinya.htm

http://sidiq.mercubuana-yogya.ac.id/wp-content/uploads/2012/05/Kel-6-BUS-I.pdf

https://kauni07.files.wordpress.com/2009/03/modul_4_-_alu.pdf

Arsitektur Set Instruksi

SET INSTRUKSI

          Set instruksi terdiri dari instruksi arimatika dan logika, instruksi transfer data, instruksi input/output, instruksi cabang, dan instruksi control. Semua mikroposesor mendukung hampir semua tipe instruksi tersebut, tetapi serangkaian instruksi sangat bervariasi dari mikroprosesor ke mikroprosesor lainnta, seperti dalam format instruksi. Setiap pembuar mikroprosesor akan menyediakan pemakai dengan daftar berbagai variasi instruks yang ada dan formatnya.

            Instruksi-instruksi dibuat dengan (penggabungan) angka byte. Bagian dari instruksi yang menentukan apa yang disebut dengan operation code (opcode). Bagian dari instruksi yang berisi informasi, data, atau alamat yang diperlukan untuk kelengkapan suatu pembuatan instruksi disebut dengan operand. Instruksi-instruksi mungkin bervariasi panjangnya, tetapi masing-masing mempunyai format yang samal opcode selalu diikuti dengan satu operand atau lebih. Instruksi yang memerlukan lebih dari suatu operand disebut dengan instruksi multi-operand. Untuk memberikan lokasi dan pemasukkan suatu operand, mikroprosesor akan menggunakan satu dari berbagai addressing mode yang ada.

            Jika setiap instruksi diulang seperti pola bit, maka memungkinkan untuk memprogram mikroprosesor dengan emnuliskan kode biner dari setiap instruksi. Ini disebut dengan machine language programming. Secara jelas, bahwa proses ini memerlukan waktu, cenderung mempunyai kesalhan , dan tidak bisa diharapkan untuk sejumlah besar instruksi. Namun demikian, biasanya suatu alternative penekatan pemoregaman tingkat rendah, yang disebut dengan assembly language programming, telah digunakan. Dalam assembly language, setiap instruksi bahasa mesin ditunjukkan dengan symbol yang disebut dengan mnemonic, bukannya dengan pola bit. Translasi one to one antara instruksi bersimbol tersebut dengan assembler. Ada dua tipe dari assembler, yaitu sel-assembler, yang berjalan pada mikrokomputer untuk membuat kode bahasa mesin, dan cross-assembler, yang berjalan pada komputer yang berbeda dengan yang pertama deimana kode mesin yang membuat akan dibuat.

JENIS-JENIS INSTRUKSI

            Instruksi Aritmatika. Instruksi ini menyediakan untuk manipulasi data aritmatika. Instruksi khusus daam jenis ini adalah ADD, ADDWITH CARRY, COMPLEMENT 1dan2, dan MULTIPLY dan DEVIDE. Opcode pada masing-masing instruksi tersebut diikuti, biasanya dengan alamat sumber dan tjuan register dimana operand yang berhubungan dengan instruksi yang disimpan. Misalnya, intruski INCREMENT akan meningkatkan dengan 1 isi sumber register dan menyimpan hasil dalam register tujuan. Demikian juga, instruksi COMPLEMENT 2 akan mengurangi isi sumer register dari 2 (dimana n merupakan panjang kata) dan menempatkan hasilnya ke dalam register tujuan.

            Instruksi Logika. Jenis instruksi ini menyediakan manipulasi untuk data logika. Instruksi khusus jenis ini adalah AND,OR,XOR,NOT,ROTATE,SHIFT, dan COMPARE. Format dari instruksi ini sama dengan instruksi aritmatika. Misalnya, insruksi AND akan secara logika AND (bit demi bit) isi sumber tujuan register dan menyimpan hasilnya dalam register tujuan. Instruksi ROTATE-LEFT n BITS akan memutasr isi register tujuan kepada sebelah kiri dengan bit n dan menyimpan hasilnya kembali dalam register tujuan. Bit terlahir yang diputar akan diperoleh dalam bit flag carry dari register status . Perbedaan antara instruksi ROTATE dan SHIFT dalam gambar dibawah ini. Instruksi COMPARE akan menetukan (dengan pengurangan) apakah isi register tujuan lebih besar atau sama atau kurang dari register sumber dan mengatur status flag yang semestinya untuk merefleks hasilnya.

            Instruksi transfer data. Memungkinkan transfer antara informasi antara dua register MPU atau antara lokasi memori utama dam resgister MPU. Instruksi ini termasuk MOVE, EXCHANGE DATA, dan LOAD. 

            Instruksi input/output. Jenis ii menyediakan untuk mentrasfer informasi antara MPU dan port input atau output. Instruksi ini secara khusus mencakup input data dan output data dan operasi data bus selama I/O.

            Instruksi cabang. Menunjukkan suatu bagian penting dari serangkaian instruksi. Instruksi ini menyediakan pemakai dengan arti memberikan alternative srangkaian yang normal dari pembuatan instruksi, kemungkinan sebagai hasil dari mekanisme pembuatan keputusan, Instruksi cabang secara khusus merupakan lompatan kondisioanl dan nonkondisional, instruksi rutin, dan interupsi perangkat lunak.

            Instruksi control. Mencakup instruksi interupsi, no operation (NOP), dan HLAT atau (WAIT). Interup hardware, merupakan kebalikan dari interp software, tidak disebebkan olen intruksiprogram tetapi oleh bagian yang memerlukan komunikasi dengan MPU. Jikan terjadi interup, maka cabang mikroprosesor kan keluar dari program dan memasukkan subrutin yang khusus ditulis untuk menangani adanya interup.

Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing (Pengalamatan Segera)

• Pengalamatan yang paling sederhana.
• Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari intsruksi
• Operand sama dengan field alamat
• Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk complement dua
• Bit paling kiri sebagai bit tanda
• Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

Keuntungan :

a.       Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand

b.      Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :

a.       Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh :
ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

2. Direct Addressing (Pengalamatan Langsung)

• Teknik ini banyak digunakan pada komputer lama dan komputer kecil
• Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Kelebihan :

a.       Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :

a.       Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Contoh :
ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

3. Indirect Addressing (Pengalamatan tak langsung)
Merupakan mode pengalamatan tak langsung

• Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori, yang pada gilirannya akan berisi alamat operand yang panjang

Kelebihan :

a.       Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan :

b.      Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat proses operasi

Contoh :
ADD (A) ; tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

4. Register addressing (Pengalamatan Register)

• Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung
• Perbedaanya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama
• Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

Keuntungan :

a.       Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori.

b.      Akses ke register lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat.

Kerugian :

a. Ruang alamat menjadi terbatas

5. Register indirect addressing (Pengalamatan tak-langsung register)

Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung
Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register

• Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register
• Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung
• Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak
• Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung

6. Displacement addressing

• Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung
• Mode ini mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit
• Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register
  Tiga model displacement
• Relative addressing : register yang direferensi secara implisit adalah Program Counter (PC)
• Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat
• Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya

Base register addressing : register yang direferensi berisi sebuah alamat memori dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu

• Referensi register dapat eksplisit maupun implisit
• Memanfaatkan konsep lokalitas memori

Indexing  : field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

• Merupakan kebalikan dari mode base register
• Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing
• Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-pprogram iteratif

Contoh :
Field eksplisit bernilai A dan field imlisit mengarah pada register

7. Stack addressing

• Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-firs-out
• Stack merupakan blok lokasi yang terbaik
• Btir ditambahkan ke puncak stack sehingga setiap blok akan terisi secara parsial
• Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakan alamat bagian paling atas stack
• Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack
• Stack pointer tetap berada dalam register
• Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung.

Desain Set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah :

Ø  Kelengkapan set instruksi

Ø  Ortogonalitas (sifat independensi)

Ø  Kompabilitas (source code compatibility dan object code compatibility).

Ø  Selain melibatkan ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

Ø  Operation repertoire: berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, banyaknya alamat, dsb.

Ø  Data types: tipe/jenis data yang dapat olah instruction format: panjangnya, banyak alamat, dsb.

Ø  Register: banyaknya register yang dapat digunakan.

Ø  Addressing: mode pengalamatan untuk operand.

Ø  Format instruksi

Ø  Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).

DAFTAR PUSTAKA

https://mfahrulrozi14.wordpress.com/2017/11/06/arsitektur-set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan/

http://amirmukhlis06.blogspot.com/2016/11/arsitektur-set-instruksi.html

Soeparlan, Soepono. 1995. Pengantar Organisasi Komputer . Jakarta. Penerbit Gunadarma