CPU
(Central Processing Unit)
Pengertian CPU
CPU berfungsi sebagai pusat
pengolahan dan eksekusi data berdasarkan routine-routine program yang diberikan
padanya. CPU mengendalikan seluruh sistem komputer sehingga sebagai
konsekuensinya memiliki koneksi ke seluruh modul yang menjadi bagian sistem
komputer.
ALU
(Arithmatic and Logical Unit)
ALU
melaksanakan seluruh perhitungan (penambahan, pengurangan, perkalian atau
pembagian) dan operasi logika. ALU berfungsi melakukan operasi aritmatik dan
logika yang terbagi menjadi 4 kelas, yaitu desimal arithmatic, fixed point
arithmatic, floating point arithmatic, dan logic operation. Terdapat 2 macam bilangan
yang ditangani oleh prosesor, yaitu bilangan fixed point dan bilangan floating
point.
Tugas ALU antara
lain:
1. Bertugas
untuk membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer
2. ALU
sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan
instruksi-instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya
3. ALU
terdiri dari dua bagian, yaitu unit aritmatika dan unit logika boolean, yang
masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
Bilangan Fixed
Point
Bilangan
fixed point adalah bilangan yang memiliki nilai digit spesifik pada salah satu
titik desimalnya. Hal ini akan membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk
angka-angka tersebut. Namum, hal ini justru dapat dihitung oleh prosesor.
Bilangan Floating Point
Bilangan
floating point adalah bilangan yang diwujudkan dalam notasi ilmiah. Yaitu
berupa angka pecahan desimal dikalikan dengan angka 10 pangkat bilangan
tertentu, misalnya: 705,2944 x 109, atau 4,3 x 10-7. Cara
penulisan angka seperti ini merupakan cara singkat untuk menuliskan angka yang
nilainya sangat besar maupun sangat kecil. Bilangan seperti ini banyak
digunakan dalam pemrosesan grafik dan kerja ilmiah. Proses arithmatika bilangan
floating point memang lebih rumit dan prosesor membutuhkan waktu yang lebih
lama untuk mengerjakannya, karena mungkin akan menggunakan beberapa siklus
detak (clock cycle) prosesor.
Oleh
karena itu, beberapa jenis komputer menggunakan prosesor sendiri untuk
menangani bilangan floating point. Prosesor yang khusus menangani bilangan
floating point disebut Floating Point Unit (FPU) atau disebut juga dengan nama
math co-processor. FPU dapat bekerja secara pararel dengan prosessor. Dengan
demikian proses perhitungan bilangan floating point dapat berjalan lebih cepat.
Keberadaan FPU integrated (bersatu dengan prosessor) sudah menjadi kebutuhan
standart komputer masa kini, karena banyak sekali aplikasi-aplikasi yang
beroperasi menggunakan bilangan floating point.
CU
(Control Unit)
Unit
kontrol adalah bagian dari prosessor yang mampu mengatur jalannya program.
Komponen ini terdapat dalam semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer
sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan
fungsi-fungsi operasinya. Tanggungjawab unit kontrol adalah mengambil
instruksi-instruksi 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 (Arithmatic Logic Unit).
Hasil dari pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk
disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output.
Tugas dari unit
kendali (control unit) ini adalah:
a) Mengatur
dan mengendalikan alat-alat input dan output
b) Mengambil
instruksi-instruksi dari memori utama
c) Mengambil
data dari memori utama (jika diperlukan)untuk diproses
d) Mengirim
instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika
e) Mengawasi
kerja ALU
f) Menyimpan
hasil proses ke memori utama
Macam-macam CU
(Control Unit):
1. Single-Cycle CU (Control Unit)
Proses di CU ini hanya terjadi dalam satu
clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle. Maka dari itu tidak
memerlukan state. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap
jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit control ini, yaitu proses men-decode
opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang
AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu
gerbang OR). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.
Empat jenis
instruksi ini adalah:
· R-format ( berhubungan dengan
register)
· lw ( membaca memori)
· sw (menulis memori)
· beg (branching)
2. Multi-Cycle CU (Control Unit)
Berbeda dengan unit control yang
single-cycle, unit control multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan
memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output
control line dapat ditentukan. Masing-masing akan menjadi fungsi dari 10 buah
input logic. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan
melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang
selanjutnya akan dijalankan CPU, bukan instruksi cycle selanjutnya.
REGISTER
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
diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Jika dianalogikan, register
ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan
data secara manual, sehingga otak bisa diibaratkan sebagai CPU, yang berisi
ingatan-ingatan, suatu kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan
mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
a. Set register
Apabila bit ini bernilai 0, maka register
data dapat diupdate setiap detiknya, namun apabila bit ini bernilai 1, maka
register data tidak dapat diupdate. Bit ini tidak akan berpengaruh terhadap
kondisi RESET
b. Register-register kontrol
Register-register
untuk komunikasi dengan unit-unit diluar CPU:
· MAR (Memory Address Register)
Digunakan
untuk menyatakan alamat lokasi operand dalam memori yang akan dibaca atau
ditulis oleh CPU
· MBR / MDR (Memory Buffer atau
Data Register)
Merupakan
tempat penyimpanan (sementara) data yang baru saja dibaca atau data yang akan
dituliskan ke memori
· PC (Program Counter)
Digunakan
untuk menyatakan alamat lokasi instruksi yang akan dibaca oleh CPU dari memori
Jenis-jenis
register:
a) Register data
Digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam
bilangan bulat (integer)
b) Register alamat
Digunakan untuk menyimpan alamat-alamat
memori dan juga untuk mengakses memori
c) Register general purpose
Digunakan untuk menyimpan angka dan alamat
secara sekaligus
d) Register floating point
Digunakan untuk mnyimpan angka-angka bilangan
titik mengambang (floating point)
e) Register konstanta (constant register)
Digunakan untuk menyimpan angka-angka tetap
yang hanya dapat dibaca (bersifat read – only)
f) Register vektor
Digunakan untuk menyimpan hasil pemprosesan
vektor yang dilakukan oleh prosesor SIMD)
g) Register special purpose
Digunakan untuk menyimpan data internal
prosesor, seperti halnya instruction pointer, stack pointer, dan status
h) Register yang spesifik terhadap model mesin (mechine
specific register)
digunakan untuk menyimpan data internal
prosesor atau pengaturan yang berkaitan dengan prosesor itu sendiri
CACHE
MEMORY
Cache
berasal dari kata cash yakni sebuah tempat penyimpanan atau tempat penyimpanan
sementara. Sesuai definisi tersebut Cache Memory adalah tempat menyimpan data
sementara. Cache Memory ini terletak antara register dan memory utama sehingga
pemrosesan data tidak langsung mengacu pada memory utama. Penggunaan cache digunakan
untuk meminimalisir terjadinya bottleneck dalam aliran data antara prosesor dan
RAM. Sedangkan dalam terminologi software, istilah ini merujuk pada tempat
penyimpanan sementara untuk beberapa file yang sering diakses (biasanya
diterapkan dalam network).
Jenis-jenis cache
memory
Cache umumnya terbagi menjadi beberapa jenis
seperti L1 cache, L2 cache dan L3 cache. Che yang dibangun kedalam CPU itu
sendiri disebut sebagai level 1 (L1) cache. Cache yang berada dalam sebuah chip
yang terpisah yang terpisah disebelah CPU disebut Level 2 (L2) cache. Beberapa
CPU memiliki keduanya, L1 cache dan L2 built-in dan menugaskan chip terpisah
sebagai cache Level 3 (L3) cache. Cache yang dibangun dalam CPU lebih cepat
daripada cache yang terpisah. Namun, cache terpisah masih sekitar dua kali
lebih cepat dari Random Access Memory (RAM). Cache lebih mahal daripada RAM
tetapi mother board dengan built-in cache sangat baik untuk memaksimalkan
kinerja sistem.
Fungsi dan manfaat
cache memory
Cache
berfungsi sebagai tempat penyimpanan sementara untuk data atau instruksi yang
diperlukan oleh prosessor. Cache juga berfungsi untuk mempercepat akses data
pada komputer karena cache menyimpan data/informasi yang telah diakses oleh
suatu buffer, sehingga meringankan kerja prosesor. Manfaat lain dari cache
memory adalah bahwa CPU tidak harus menggunakan sistem bus motherboard untuk
mentransfer data.setiap kali data harus melewati bus sistem, kecepatan transfer
data memperlambat kemampuan motherboard. CPU dapat memproses data lebih cepat
dengan menghindari hambatan yang diciptakan oleh sistem bus.
VIRTUAL
MEMORY
Virtual memory adalah sebuah sistem yang
digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakannya sebagai memori sekunder
yaitu hard-disk seolah-olah ia menggunakannya sebagai memori internal/utama
(RAM) fisik yang terpasang didalam sebuah sistem komputer. Sistem ini
beroperasi dengan cara memindahkan beberapa kode yang tidak dibutuhkan ke
sebuah berkas di dalam hard drive yang disebut dengan page file. Proses
pemakaian virtual memory di windows umumnya dapat dilihat di task manager.
SISTEM
BUS
Inti sebuah Motherboard (chipset)
adalah beberapa bus yang menghantarkan sinyal antar masing-masing komponen. Bus
dapat disebut sebagai lintasan umum / bersama yang digunakan untuk transfer
data. Untuk komunikasi data, jalur ini dapat juga untuk komunikasi dua buah
komputer atau lebih. Prosesor, memori utama, dan perangkat I/O dapat
diinterkoneksikan dengan menggunakan bersama, yang fungsi utamanya adalah menyediakan
jalur komunikasi untuk transfer data. Bus tersebut menyediakan jalur yang
diperlukan untuk mendukung interupt dan arbitrasi.
1. Penghubung
keseluruh komponen komputer dalam menjalankan tugasnya
2. Komponen
komputer:
· CPU
· Memori
· Perangkat
I/O
· BUS
Bus adalah jalur
komunikasi suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai
sub sistem.
Bus Arbitrasi
Bus arbitrasi adalah proses memilih perangkat
berikutnya sebagai bus master (perangkat yang diijinkan untuk menginisiasi data
pada bus setiap saat) dan menstransfer bus mastership kepsds perangkat
tersebut, bus arbiter dapat berupa prosesor atau unit terpisah yang terhubung
ke bus. Terdapat dua pendekatan yang dapat diterapkan untuk bus arbi trasi.
Pertama, Centralized Arbitration merupakan sebuah bus arbital tunggal melakukan
arbitration yang diperlukan. Kedua, Distributed Arbitration yakni semua
perangkat berpartisipasi dalam pemilihan bus master berikutnya.
Bus Prosesor
Bus yang diidentifikasikan oleh sinyal pada
sinyal chip prosesor tersebut. Perangkat yang memerlukan koneksi dengan cepat
dengan kecepatan sangat tinggi ke prosesor, seperti main memory dapat
dihubungkan langsung ke bus ini. Motherboard biasanya menyediakan bus lain yang
lebih banyak perangkat. Dua bus yang dapat diinterkoneksikan oleh satu circuit
yaitu bridge yang mentranslasikan sinyal dan protokol satu bus menjadi lainnya.
Struktur bus terikat erat dengan arsitektur prosesor, serta juga tergantung
pada karakteristik chip prosesor.
Interkoneksi Bus –
Struktur Bus
Sebuah
bus biasanya terdiri atas beberapa saluran. Sebagai contoh: bus data terdiri
atas 8 saluran sehingga dalam satu waktu dapat mentransfer data 8 bit. Secara
umum fungsi saluran bus dikategorikan dalam tiga bagian, yaitu:
· Saluran data
· Saluran alamat
· Saluran kontrol
Saluran Data
Lintasan
bagi perpindahan data antar modul. Secara kolektif lintasan ini disebut bus
data. Umumnya, jumlah saluran terkait dengan panjang word, misalnya 8, 16, 32
saluran. Tujuan: agar
mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus dapat dikatakan
lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit.
Saluran Alamat
(Address Bus)
a) Digunakan
untuk menspesifikasikan sumber dan tujuan data pada bus data
b) Digunakan
untuk mengirim alamat word pada memori yang akan diakses CPU
c) Digunakan
untuk saluran alamat perangkat modul komputer saat CPU mengakses suatu modul
d) Semua
peralatan yang terhubung dengan sistem komputer, agar dapat diakses harus
memiliki alamat
Contoh: mengakses port I/O,
maka port I/O harus memiliki alamat hardwarenya
Saluran Kontrol
(Control Bus)
Digunakan
untuk mengontrol bus data, bus alamat dan seluruh modul yang ada. Karena bus
data dan bus alamat digunakan oleh semua komponen maka diperlukan suatu
mekanisme kerja yang dikontrol melalui bus
kontro l
ini.
Sinyal-sinyal
kontrol terdiri atas:
· Sinyal
pewaktuan berfungsi untuk menandakan validitas data dan alamat
· Sinyal
perintah berfungsi membentuk suatu operasi
Type Bus
1. Dedicated
Penggunaan alamat terpisah dari jalur
Keuntungan :
Throughtput yang tinggi, karena kemacetan lalu lintas kecil
Kerugian :
meningkatnya ukuran dan biaya sistem
2. Multiplexed
Penggunaan saluran yang sama untuk berbagai
keperluan
Keuntungan :
memerlukan saluran yang lebih sedikit, menghemat ruang dan biaya
Kerugian :
diperlukan rangkaian yang lebih komplek untuk setiap modul
