CPU merupakan komponen
terpenting dari sistem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan
instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. CPU terdiri dari dua bagian
utama yaitu unit kendali (control unit) dan unit aritmatika dan logika (ALU).
CPU atau Central Processing Unit dapat
dikatakan juga otak dari komputer itu sendiri.
Sebuah komputer paling canggih sekalipun tidak akan berarti tanpa adanya CPU
yang terpasang di dalamnya. Dalam kesehariannya CPU memiliki tugas utama untuk
mengolah data berdasarkan instruksi yang ia peroleh. CPU sendiri sebenarnya
masih terbagi atas beberapa komponen yang saling bekerja sama untuk membentuk
suatu unit pengolahan Disamping itu, CPU mempunyai beberapa alat penyimpan yang
berukuran kecil yang disebut register. Terdapat empat komponen utama penyusun
CPU, yaitu:
- Arithmetic and Logic Unit (ALU)
- Control Unit
- Registers
- CPU Interconnections
Komponen Internal CPU
1. Arithmetic
and Logic Unit (ALU)
Arithmetic and Logic Unit
atau sering disingkat ALU saja dalam bahasa Indonesia kira-kira berarti Unit
Logika dan Aritmatika. Bagian ini mempunyai tugas utama untuk membentuk
berbagai fungsi pengolahan data komputer. Sering juga disebut sebagai bahasa
mesin, karena terdiri dari berbagai instruksi yang menggunakan bahasa mesin.
ALU sendiri juga masih terbagi menjadi dua komponen utama, yaitu :
1) arithmetic
unit (unit aritmatika), bertugas untuk menangani pengolahan data yang
berhubungan dengan perhitungan, dan
2) boolean
logic unit (unit logika boolean), bertugas menangani berbagai operasi logika.
2. Control
Unit
Control Unit atau
Unit Kendali, mempunyai tugas utama untuk mengendalikan operasi dalam CPU dan
juga mengontrol komputer secara keseluruhan untuk menciptakan sebuah
sinkronisasi kerja antar komponen dalam melakukan fungsinya masing-masing. Di
samping itu, control unit juga bertugas untuk mengambil instruksi-instruksi
dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.
3. Registers
[Top Level Memory]
1) Media
penyimpanan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
2) Memori ini
bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun
data untuk pengolahan selanjutnya.
4. CPU
Interconections
CPU Interconnections merupakan sistem koneksi dan bus
yang menghubungkan komponen internal CPU dengan bus-bus eksternal CPU.
Sedangkan komponen eksternal CPU diantaranya
·
sistem
memori utama,
·
sistem
masukan/keluaran (input/output),
·
dan
sistem-sistem lainnya.
Struktur Detail Internal CPU
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 keyboard,
scanner, joystick, maupun mouse. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi
perangkat lunak komputer. Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU
dengan membacanya dari media penyimpan, seperti Harddisk, Flashdisk, CD, maupun
pita perekam. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu
pada memori fisik (RAM), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik
yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada RAM
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 RAM. 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. Selain
itu, Fungsi CPU juga untuk 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).
Aksi CPU
- CPU ó Memori
(RAM), perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
- CPU ó I/O,
perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.
- Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan
logika terhadap data.
- Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.
Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.
SIKLUS
INSTRUKSI
Siklus instruksi terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi.
Siklus fetch-eksekusi bisa dijelaskan sebagai berikut :
- Di awal setiap siklus, CPU akan membaca dari memori utama,
- Sebuah register, yang disebut Program Counter (PC), akan mengawasi
dan menghitung instruksi selanjutnya,
- Ketika CPU membaca sebuah instruksi, Program Counter akan menambah
satu hitungannya,
- Alu instruksi-instruksi yang dibaca tersebut akan dimuat dalam suatu
register yang disebut register instruksi (IR), dan akhirnya
- CPU akan melakukan interpretasi terhadap instruksi yang disimpan
dalam bentuk kode binari, dan melakukan aksi yang sesuai dengan instruksi
tersebut.
Siklus Eksekusi
Siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan
lebih dari sebuah referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi
dapat menentukan suatu operasi I/O. Perhatikan pada Gambar Diagram siklus
intruksi.
Siklus instruksi
- Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu
mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan
dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat
instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit
padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat
sebelumnya.
- Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil
instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
- Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu
menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk
dan operand yang akan digunakan.
- Operand Address Calculation (OAC), yaitu
menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi
operand pada memori.
- Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari
memori atau dari modul I/O.
- Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang
diperintahkan dalam instruksi.
- Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi
ke dalam memori.
FUNGSI INTERRUPT
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 menejemen pengeksekusian routine
instruksi agar efektif dan efisien antar 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. Macam – macam kelas sinyal interupsi :
- Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan
beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya:
arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal.
- Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan
dalam procesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi
tertentu secara reguler.
- I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul
I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
- Hardware failure, adalah interupsi yang
dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.
TUJUAN INTERUPSI
- Secara umum untuk manajemen pengeksekusian routine instruksi agar
efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.
- Setiap komponen computer dapat menjalankan tugasnya secara
bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan
eksekusi masing-masing modul berbeda.
- Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul
KELAS SINYAL INTERUPSI
- Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi
yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya : aritmatika overflow,
pembagian nol, operasi ilegal.
- Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan perwaktuan dalam
processor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi
tertentu secara reguler.
- I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan
pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
- Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan
daya atau kesalahan paritas memori.
PROSES INTERUPSI
- Dengan adanya mekanisme interupsi, procesor dapat digunakan untuk
mengeksekusi instruksi-instruksi lain.
- Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap
menerima tugas berikutnya, maka modul ini akan mengirimkan permintaan
interupsi ke procesor.
- Kemudian procesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya
untuk menghandle routine interupsi.
- Setelah program interupsi selesai, maka procesor akan melanjutkan
eksekusi programnya.
- Saat sinyal interupsi diterima procesor ada dua kemungkinan tindakan,
yaitu interupsi diterima/ditolak dan interupsi ditolak.
