makalah struktur dan fungsi CPU

SISTEM KOMPUTER

(TEKNIK KOMPUTER DAN JARINGAN)

 

Disusun oleh:

    KELOMPOK PMR :

1.     FITRIANA SARI (15)

2.     LEKSI NILA SANTI (21)

3.     NOOR ZAHRATUL AYUNI (31)

4.     TITI FATMA SARI (36)

5.     UUN KARTIKA SARI (37)

                                  SEMESTER 1 TAHUN AJARAN 2014

KELAS XI TKJ 2

 

 

 TEKNIK KOMPUTER DAN JARINGAN

  SMK NEGERI 2 KUDUS

         Desa Rejosari, Kecamatan Dawe, Kabupaten Kudus 59353

         Telp. (0291) 3307724, Website: www.smkn2kudus.sch.id,

Struktur dan Fungsi CPU

CPU

• Central Processing Unit
• Merupakan komponen terpenting dari sistem komputer
• Komponen pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya
• Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen

Komponen Utama CPU

• Arithmetic and Logic Unit (ALU)
• Control Unit
• Registers
• CPU Interconnections

Arithmetic and Logic Unit (ALU)

• 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 aritmetika dan unit logika boolean, yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

Control Unit

• Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya.
• Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi-instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.

Registers

• Media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
• Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

CPU Interconnections

• Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus-bus eksternal CPU.
• Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register-register.
• Komponen eksternal CPU : sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran.

Fungsi CPU

• Menjalankan program-program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.
• 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 Fetch - Eksekusi

• Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.
• Terdapat registers dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC).
• PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.
• Instruksi-instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).
• Instruksi-instruksi ii dalam bentuk kode-kode binner yang dapat direpresentasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

Aksi CPU

• CPU - Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
• CPU - 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 Eksekusi

• Instruction Address 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 mengambil 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), yaitu 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 Interupsi

• 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 manajemen 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 di samping 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 dengan pewaktuan dalam prosesor. 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 partas memori.

Proses Interupsi

• Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor 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 prosesor.
• Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang sedang dijalankannya untuk meng-handle routine interupsi.
• Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.
• Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkina tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak.

Interupsi ditangguhkan :

Apa yang dilakukan prosesor ?

• Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan.
• Prosesor menyetel Program Counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.

Sistem Operasi Kompleks

• Interupsi ganda (multiple interrupt).
• Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba.
• Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini.

Pendekatan Interupsi Ganda

Ada 2 pendekatan :

• Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan/sekuensial.
• Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor.
• Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru ditangani.
• Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi.
• Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu.

Contoh Kasus

• Suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O : printer, disk dan saluran komunikasi, masing-masing prioritasnya 2, 4, dan 5. Bagaimana proses interupsinya ?
• Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi.
• Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi modul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan.
• Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan.
• Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk.
• Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama.

 

 

OPERASI PADA ALU

Operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya seperti  pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder. ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi aritmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika.

2.4. TUGAS DAN FUNGSI ALU

Tugas dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika (logical operation) meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu :

 a. sama dengan (=)

 b. tidak sama dengan (<>)

 c. kurang dari (<)

d. kurang atau sama dengan dari (<=)

e. lebih besar dari (>)

f. lebih besar atau sama dengan dari (>=)

         Arithmatic Logical Unit (ALU) Juga 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. ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi dan tugas tersendiri. Fungsi-fungsi yang didefinisikan pada ALU adalah Add (penjumlahan), Addu (penjumlahan tidak bertanda), Sub (pengurangan), Subu (pengurangan tidak bertanda), and, or, xor, sll (shift left logical), srl (shift right logical), sra (shift right arithmetic), dan lain-lain.

Arithmetic Logical Unit (ALU) merupakan unit penalaran secara logic. ALU ini merupakan Sirkuit CPU berkecepatan tinggi yang bertugas menghitung dan membandingkan. Angka-angka dikirim dari memori ke ALU untuk dikalkulasi dan kemudian dikirim kembali ke memori. Jika CPU diasumsikan sebagai otaknya komputer, maka ada suatu alat lain di dalam CPU tersebut yang kenal dengan nama Arithmetic Logical Unit (ALU), ALU inilah yang berfikir untuk menjalankan perintah yang diberikan kepada CPU tersebut.

ALU sendiri merupakan suatu kesatuan alat yang terdiri dari berbagai komponen perangkat elektronika termasuk di dalamnya sekelompok transistor, yang dikenal dengan nama logic gate, dimana logic gate ini berfungsi untuk melaksanakan perintah dasar matematika dan operasi logika. Kumpulan susunan dari logic gate inilah yang dapat melakukan perintah perhitungan matematika yang lebih komplit seperti perintah “add” untuk menambahkan bilangan, atau “devide” atau pembagian dari suatu bilangan. Selain perintah matematika yang lebih komplit, kumpulan dari logic gate ini juga mampu untuk melaksanakan perintah yang berhubungan dengan logika, seperti hasil perbandingan dua buah bilangan.

Instruksi yang dapat dilaksanakan oleh ALU disebut dengan instruction set. Perintah yang ada pada masing-masing CPU belum tentu sama, terutama CPU yang dibuat oleh pembuat yang berbeda, katakanlah misalnya perintah yang dilaksanakan oleh CPU buatan Intel belum tentu sama dengan CPU yang dibuat oleh Sun atau perusahaan pembuat mikroprosesor lainnya. Jika perintah yang dijalankan oleh suatu CPU dengan CPU lainnya adalah sama, maka pada level inilah suatu sistem dikatakan compatible. Sehingga sebuah program atau perangkat lunak atau software yang dibuat berdasarkan perintah yang ada pada Intel tidak akan bisa dijalankan untuk semua jenis prosesor,kecuali untuk prosesor yang compatible dengannya

                               

 

 

                      

 

 

Register pada CPU

Sistem Komputer menggunakan hierarki memori. Dimana semakin menuju tingkatan teratas maka memori akan ke suatu wujud dimana lebih cepat, lebih kecil, dan pasti lebih mahal. CPU memiliki sekumpulan register dimana tingkatan memorinya berada di atas hirarki memori utama dan cache.

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara data dan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di dalam memori utama. Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan kecepatan tinggi karena berada pada CPU.

Register (jamak, dalam bahasa Indonesia menjadi register-register atau banyak register) merupakan media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat pengolahan data. Registers merupakan media penyimpanan yang bersifat sementara, artinya data hanya akan berada dalam registers saat data tersebut dibutuhkan selama komputer masih hidup, ketika suatu data tidak diperlukan lagi maka ia tidak berhak lagi berada didalam
registers, dan ketika komputer dimatikan maka semua data yang berada di dalamnya akan hilang.

User Visible Register

Berikut fungsi register :

User Visibel Register :

Register CPU yang dapat digunakan oleh pemrogram, dengan menggunakan set intsruksi memungkinkan satu buah register atau lebih untuk dispesifikasian sebagai operand atau alamat operand.

Register CPU yang dapat digunakan oleh pemrogram, dengan menggunakan set intsruksi memungkinkan satu buah register atau lebih untuk dispesifikasian sebagai operand atau alamat operand.

           a.      General Purpose Register

•  Digunakan untuk mode pengalamatan dan data. 
• Akumulator ( aritmatika, Shift, Rotate)  
• Base Register (Rotate,Shift, aritmatika)
• Counter Register ( Looping) 
• Data Register (menyimpan alamat I/O device).

           b.      Register Alamat

•  Digunakan untuk mode pengalamatan
• Segment Register (Code Segment, Data Segment, Stack Segment, Extra Segment)
• Register Index (Stack Index, Data Index)
• Stack Pointer

          c.       Register Data

•  Digunakan untuk menampung data

          d.      Register Kode Status Kondisi (Flag)

• Kode yang menggambarkan hasil operasi sebelumnya

      Control dan Status Register :

Register ini digunakan oleh unit control untuk mengontrol operasi cpu dan oleh program system operasi untuk mengontrol eksekusi program

Control Register

           a.      Program Counter (PC)

• Berisi alamat instruksi yang akan diambil

           b.      Instruction Register (IR)

• Berisi alamat instruksi terakhir

           c.       Memory Address Register (MAR)

• Berisi alamat penyimpanan dalam memori

           d.      Memori Buffer Register (MBR)

• Berisi data yang dibaca dari memori atau yang diyliskan ke memori.