CPU DAN ALU

CPU (Central Processing Unit) & ALU (Aritmathic logic unit)

• Pengertian CPU

Pengertian CPU dapat kita ketahui secara ringkas dari kepanjangan CPU itu sendiri. CPU merupakan singkatan dari Central Processing Unit atau Pengolah pusat. Secara awam kita sering menyebutnya sebagai processor, karena merupakan pusat pengolahan data dalam sebuah komputer. CPU dapat diibaratkan sebagai sebuah otak dari computer itu sendiri. Cepat atau lambatnya kinerja dari sebuah computer cukup ditentukan oleh kualitas dan teknologi dari CPU yang digunakan.

• Definisi CPU

CPU, singkatan dari Central Processing Unit adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Prosesor sering digunakan untuk menyebut CPU pada umumnya. Adapun mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu, seringkali dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan CPU.

·         ALU (Aritmathic Logic Unit)

ALU merupakan bagian dari CPU 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 aritmatika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) 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.

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.

·         Fungsi ALU

Sudah dijelaskan sebelumnya bahwa komponen ALU atau Arithmetic and Logic Unit lebih berfokus pada fungsi dasar operasi aritmatika dan fungsi logika. Untuk melakukan tugas pengoperasian matematika, maka ALU melibatkan suatu sirkuit khusus yang disebut Adder.

Karena dibuat khusus untuk proses perhitungan aritmatika maka sirkuit Adder ini seringkali disebut rangkaian kombinasional aritmetika. Terdapat beberapa macam yakni Half Adder yang difungsikan untuk menjumlahkan dua bit, lalu Full Adder yang dapat menjumlahkan tiga bit dan yang terakhir adalah Paralel Adder yang dapat menjumlahkan banyak bit. Penjelasan lebih detailnya ada dibawah ini :

1.        Half Adder

Rangkaian half adder merupakan dasar penjumlahan bilangan Biner dengan hanya dua bit, seringkali juga disebut Penjumlah Tak Lengkap. Contoh pengoperasiannya adalah jika A = 0 dan B = 1 dijumlahkan maka hasilnya (Sum) adalah 0. Dalam hal ini Half Adder memiliki 2 masukkan yakni A dan B serta memiliki keluaran yakni S atau Sum dan CY atau Carry Out (nilai pindahan). Hal itu berlaku juga pada operasi aritmatika lain.

2.        Full Adder

Sama halnya seperti Half Adder, untuk Full Adder, proses penjumlahan dua bilangan juga dikonversi terlebih dahulu ke dalam bilangan biner. Masing – masing posisi pada bit dijumlahkan. Cara kerjanya juga hampir mirip dengan Full Adder, dan untuk outputnya terdiri atas Sum serta bit kelebihannya (Carry Out).

3.        Paralel Adder

Untuk Paralel Adder rangkaiannya tersusun dari Half Adder pada bagian Least Significant Bit (LSB) dan pada bit – bit berikutnya terdiri dari rangkaian Full Adder. Proses penjumlahannya dilakukan mulai dari Least Significant Bit (LSB) dan kemudian sampai pada Most Significant Bit (MSB).

Tugas lain dari komponen ALU adalah melakukan keputusan operasi logika sesuai dengan instruksi program yang dikeluarkan. Operasi logika ini melibatkan dua buah komponen pembanding seperti sama dengan (=), tidak sama dengan (≠), lebih besar dari (>), lebih besar sama dengan dari (≥), kurang dari (<), kurang sama dengan dari (<). Semua tugas itu berperan besar dalam penggunaan setiap operasi dasar komputer.

• Cara Kerja CPU

Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di RAM (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 Accumulator. 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.

• 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 ketik, 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 (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.

• Bagian-Bagian CPU

Di dalam CPU terdapat beberapa bagian dengan fungsinya masing-masing yang saling berkaitan. Diantaranya adalah sebagai berikut :

1.             Power Supply

Power Supply adalah sebuah perangkat yang ada di dalam CPU yang berfungsi untuk menyalurkan arus listrik ke berbagai peralatan computer. Perangkat ini memiliki 5 connector atau lebih, yang dapat disambungkan keberbagai peralatan seperti :

– Motherboard

– Harddisk

– Floppy Disk Drive

– CD – ROM

2.                  Motherboard

Motherboard ialah papan utama, atau papan sirkuit yang berfungsi untuk menghubungkan setiap komponen pada komputer. Motherboard yaitu papan PCB yang mempunyai jalur – jalur sistematis yang menghubungkan satu komponen dengan komponen lainnya. Motherboard bisa disebut juga Mainboard. Pada mainboard terdapat bagian – bagian input maupun output berupa socket ataupun slot. Seperti socket processor, slot memory, konektor IDE, socket Catu daya, Slot peripheral, I/O port, dll. Jadi semua tempat untuk komponen sudah tersusun rapi di dalam motherboard ini. Motherboard disimpan atau ditempatkan di Casing (Kotak Komputer).

3.                  Hardisk

Hardisk atau bisa disebut juga hard drive, fixed disk, HDD, atau cukup hard disk saja, adalah media yang digunakan untuk menyimpan file sistem dan data dalam komputer. Hard disk terdiri atas tiga bagian utama, yaitu piringan magnetik, bagian mekanis, serta head untuk membaca data. Piringan tersebut digunakan untuk menyimpan data, sedangkan bagian mekanis bertugas memutar piringan tersebut. Jenis-jenis Hardisk diantaranya :

– ATA

– SATA

– SCSI

4.                  Processor

Processor sering disebut sebagai otak dan pusat pengendali computer yang didukung oleh kompunen lainnya. Processor adalah sebuah IC yang mengontrol keseluruhan jalannya sebuah sistem komputer dan digunakan sebagai pusat atau otak dari komputer yang berfungsi untuk melakukan perhitungan dan menjalankan tugas. Processor terletak pada socket yang telah disediakan oleh motherboard, dan dapat diganti dengan processor yang lain asalkan sesuai dengan socket yang ada pada motherboard. Salah satu yang sangat besar pengaruhnya terhadap kecepatan komputer tergantung dari jenis dan kapasitas processor.

5.                  VGA Card

Kartu VGA adalah komponen yang tugasnya menghasilkan tampilan secara visual dari komputer kalian. Hampir semua program menghasilkan keluaran visual, kartu VGA adalah hardware yang memberikan perintah kepada monitor untuk menampilkan keluaran visual yang dapat kita lihat.

6.                  CD Room

CD-ROM (singkatan dari Compact Disc – Read Only Memory) adalah sebuah piringan kompak dari jenis piringan optik (optical disc) yang dapat menyimpan data. Ukuran data yang dapat disimpan saat ini bisa mencapai 700 MB atau 700 juta bita.

CD-ROM bersifat read only (hanya dapat dibaca, dan tidak dapat ditulisi). Untuk dapat membaca isi CD-ROM, alat utama yang diperlukan adalah CD Drive. Perkembangan CD-ROM terkini memungkinkan CD dapat ditulisi berulang kali (Re Write / RW) yang lebih dikenal dengan nama CD-RW.

7.                  Kabel Data

Kabel data mempunyai fungsi penting juga yakni untuk menghubungkan 1 komponen komputer dengan komponen lainnya, sebagai contoh kabel data ini dapat menghubungkan antara motherboard dan hardisk, tujuannya adalah Hardisk kita dapat terbaca dan melewati sistem yang ada pada motherboard.

8.                  LAN Card (Local Area Network)

LAN Card mempunyai fungsi sebagai penghubung antara komputer 1 dengan komputer yang lainnya, selama kita mempunyai LAN Card ini sangat memungkinkan kita dapat terhubung dengan internet (tentunya jika kita mempunyai jaringan ADSL) ataupun bisa terkoneksi dengan komputer yang lainnya (jika terhubung ke dalam HUB/Switch).

9.                  Kabel UTP

Kabel UTP mempunyai fungsi untuk menghubungkan komputer 1 dengan komputer lainnya, jika kita memiliki LAN Card, tapi tidak memiliki kabel UTP maka sangatlah mustahil kita dapat melakukan koneksi antara 1 komputer dengan komputer yang lainnya

10.              RAM (Random Access Memory)

Memory adalah perangkat yang berfungsi mengolah data atau intruksi. Semakin besar memori yang disediakan, semakin banyak data maupun intruksi yang dapat mengolahnya. RAM adalah sebuah perangkat yang berfungsi untuk menyimpan data. RAM bersifat sementara atau data yang tersimpan dapat dihapus.lainhalnya dengan ROM.ROM mempunyai fungsi yang sama dengan RAM tetapi ROM bersifat permanen atau data yang tersimpan tidak dapat dihapus.

Sumber :

http://kangmoes.com/artikel-tips-trik-ide-menarik-kreatif.definisi/pengertian-cpu.html

http://azayluphna.blogspot.com/2013/01/pengertian-cpu-dan-fungsinya.html

http://awaluddinalfath.blogspot.com/2011/05/definisi-cpu-komputer.html

http://syziardiyansyah.blogspot.com/2014/01/pengertian-dan-definisi-cpu-central.html

william stallings organisasi dan arsitektur komputer edisi keenam

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

Arsitektur set instruksi

§  Pengertian Set Instruksi

Set instruksi merupakan kumpulan dari berbagai instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh komputer. Instruksi-instruksi yang dilaksanakan akan menentukan operasi komputer . Instruksi ini biasa disebut sebagai instruksi komputer atau instruksi mesin.

ISA kadang-kadang digunakan untuk membedakan kumpulan karakteristik yang disebut di atas dengan mikroarsitektur prosesor, yang merupakan kumpulan teknik desain prosesor untuk mengimplementasikan set instruksi (mencakup microcode, pipeline, sistem cache,manajemen daya, dan lainnya). Komputer-komputer dengan mikroarsitektur berbeda dapat saling berbagi set instruksi yang sama. Sebagai contoh, prosesor Intel Pentium dan prosesor AMD Athlon mengimplementasikan versi yang hampir identik dari set instruksi Intel x86, tetapi jika ditinjau dari desain internalnya, perbedaannya sangat radikal. Konsep ini dapat diperluas untuk ISA-ISA yang unik seperti TIMI yang terdapat dalam IBM System/38 dan IBM IAS/400.

TIMI merupakan sebuah ISA yang diimplementasikan sebagai perangkat lunak level rendah yang berfungsi sebagai mesin virtual. TIMI didesain untuk meningkatkan masa hidup sebuah platform dan aplikasi yang ditulis untuknya, sehingga mengizinkan platform tersebut agar dapat dipindahkan ke perangkat keras yang sama sekali berbeda tanpa harus memodifikasi perangkat lunak (kecuali yang berkaitan dengan TIMI). Hal ini membuat IBM dapat memindahkan platform AS/400 dari arsitektur mikroprosesor CISC ke arsitektur mikroprosesor POWER tanpa harus menulis ulang bagian-bagian dari dalam sistem operasi atau perangkat lunak yang diasosiasikan dengannya.

• Jenis-Jenis Instruksi

1. Data procecessing: Arithmetic dan Logic Instructions

Data processing adalah jenis pemrosesan yang dapat mengubah data menjadi informasi atau pengetahuan.Setelah diolah, data ini biasanya mempunyai nilai yang informative, maka istilah pemrosesan data sering dikatakan sebagai sistem informasi.

2. Data storage: Memory instructions

Sering disebut sebagai memori komputer, merujuk kepada komponen komputer, perangkat komputer, dan media perekaman yang mempertahankan data digital yang digunakan untuk beberapa interval waktu. Dalam penggunaan kontemporer, memori komputer merujuk kepada bentuk media penyimpanan berbahan semikonduktor, yang dikenal dengan sebutan Random Access Memory (RAM).Akan tetapi, istilah “computer storage” sekarang secara umum merujuk kepada media penyimpanan massal seperti halnya hard disk.

3. Data Movement: I/O instructions
Proses data movement ini adalah memindahkan (dapat dikatakan membackup juga) data – data dari database yang berupa data, indeks, grand, schema, dan lain – lain ketempat baru. Data movement terdiri dari 2 bagian besar yaitu: Load & Upload dan Export & Import. Load berfungsi untuk memasukan data / transaksi ke sebuah table. Sedangkan upload berfungsi untuk membuat dari data table ke fisik / file.

4. Control: Test and branch instructions
CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store).Control Unit – CU) adalah salah satu bagian dari CPU yang bertugas untuk memberikan arahan/kendali/ kontrol terhadap operasi yang dilakukan di bagian ALU (Arithmetic Logical Unit) di dalam CPU tersebut.

• Teknik Pengalamatan

A.    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 :
– Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand
– Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhanakan akan cepat

Kekurangan :
– Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field

Contoh :
– ADD 7 ; tambahkan 7 pada akumulator

B.     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 :
– Field alamat berisi efektif address sebuah operand

Kekurangan :
– Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

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

C.  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 :
– Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Kekurangan :
– 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

D.    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 :
– Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

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

Kerugian :

– Ruang alamat menjadi terbatas

E.     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

F.     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

G.    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:

1. Kelengkapan set instruksi
2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas : Source code compatibility dan Object code Compatibility

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

1. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya .
2. Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
3. Register: Banyaknya register yang dapat digunakan
4. Addressing: Mode pengalamatan untuk operand.

§  Format Set Instruksi 

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format). Jenis-Jenis Operand antara lain :

1.     Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
2.   Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
3.   Characters : – ASCII – EBCDIC
4.   Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

§   Transfer Data 

                a) Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.

                b) Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.

                c) Menetapkan panjang data yang dipindahkan.

                d) Menetapkan mode pengalamatan.

                e) Tindakan CPU untuk melakukan Transfer Data adalah  Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.

               Apabila memori dilibatkan :

1.        Menetapkan alamat memori.
2.        Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3.        Mengawali pembacaan / penulisan memori

           f) Operasi set instruksi untuk Transfer Data :

1.         MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan.
2.         STORE : memindahkan  word dari prosesor ke memori.
3.         LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
4.         EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
5.         CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.   
6.         SET : memindahkan word 1 ke tujuan.     
7.         PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.      
8.         POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber Aritmatika dan Logika   

  

Sumber:

      -http://eprints.binadarma.ac.id/883/1/ARSITEK%20KOMPUTER%205.pdf

      -http://adi-lecture.blogspot.co.id/2013/02/set-instruksi-dan-pengalmatan.html

      -https://mazzeko.wordpress.com/2014/11/29/arsitektur-dan-dessain-set-instruksi/

      -https://id.scribd.com/doc/128084677/arsitektur-set-instruksi-pdf

      -http://setia.lecturer.pens.ac.id/Modul/ArKom/Pertemuan%2004.pdf

      -buku organisasi arsitektur komputer edisi 6 william stalings