Processor Structure and Function

PROLOGUE

        Struktur komputer didefinisikan sebagai cara-cara dari tiap komponen saling terkait satu dengan yang lain. Sedangkan fungsi komputer didefinisikan sebagai operasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. 

Adapun fungsi komponen-komponen dalam struktur di atas adalah sebagai berikut :

 

1. Input Device (Alat Masukan)
Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi sebagai alat untuk memasukan data atau perintah ke dalam komputer.

2. Output Device (Alat Keluaran)
Adalah perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menampilkan keluaran sebagai hasil pengolahan data. Keluaran dapat berupa hard-copy (ke kertas), soft-copy (ke monitor), ataupun berupa suara.

3. I/O Ports
Bagian ini digunakan untuk menerima ataupun mengirim data ke luar sistem. Peralatan input dan output diatas terhubung melalui port ini.

4. CPU (Central Processing Unit)
CPU merupakan otak sistem komputer, dan memiliki dua bagian fungsi operasional, yaitu ALU (Arithmetical Logical Unit) sebagai pusat pengolah data, dan CU (Control Unit) sebagai pengontrol kerja komputer.

5. Memori
Memori terbagi menjadi dua bagian yaitu memori internal dan memori external. Memori internal berupa RAM (Random Accese Memory) yang berfungsi untuk menyimpan program yang kita olah untuk sementara waktu, dan ROM (Read Only Memory) yaitu memori yang hanya bisa dibaca dan berguna sebagai penyedia informasi pada saat komputer pada saat dinyalakan.

6. Data Bus
Adalah jalur-jalur perpindahan data antar modul dalam sistem komputer. Karena pada suatu saat tertentu masing-masing saluran hanya dapat membawah 1 bit data, maka jumlah saluran menetukan jumlah bit yang dapat ditransfer pada suatu saat. Lebar data bus ini menetukan kinerja sistem secara keseluruhan. Sifatnya bldirectional, artinya CPU dapat membaca dan menerima data melalui data bus ini. Data bus biasanya terdiri atas 8, 16, 32, atau 64 paralel.

7. Address Bus
Digunakan untuk menandakan lokasi sumber ataupun tujuan pada proses transfer data. Pada jalur ini, CPU akan mengirimkan alamat memori yang akan ditulis atau dibaca. Address bus biasanya terdiri atas 16, 20, 24, atau 32 jalur paralel.

8. Control Bus
Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. terdiri dari 4 sampai 10 jalur paralel.  

Struktur Utama Central Processing Unit

CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU.

CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu :

Arithmetic and Logic Unit

• Bertugas membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer.
• Arithmetic Logic Unit sering disebut dengan bahasa mesin (machine language) karena bagian ini mengerkjakan instruksi-instruksi bahasa mesin yang diberikan kepadanya.

• Arithmetic Logic Unit terdiri dari dua bagian yaitu unit arithmetic dan unit logika Boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

Control Unit [CU]

• 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-intstruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.

Registers [Top Level Memory]

• Media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
• Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk 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 dan keluaran.

    Detail CPU

Komponen Internal Central Processing Unit [CPU]

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 Instruksi

Terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi

                       

Siklus Fetch – Eksekusi

• Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.
• Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut dengan 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 ini dalam bentuk kode-kode biner yang dapat di interprestasikan 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 mengkalkulasikan atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.
• 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.
• Operator Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.
• Operand Fetch (OF), 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 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, 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 dijalankannya untuk menghandle routine interupsi.
• Setelah program interupsi selesai, maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya.
• Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditolak dan interupsi ditolak.

Interupsi ditangguhkan

Apa yang dilakukan prosesor?

• Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan kalamat 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 dua 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.

 

Instruction cycle (Instruksi Siklus)

Sebuah siklus instruksi (kadang disebut mengambil-dan-execute siklus, mengambil-decode-execute siklus, atau FDX) adalah siklus operasi dasar dari sebuah komputer.

 Ini adalah proses dimana komputer akan mengambil Program instruksi dari perusahaanmemori , menentukan tindakan apa instruksi membutuhkan, dan melakukan tindakan tersebut. Siklus ini diulang terus menerus oleh unit pengolah pusat (CPU), dari boot untuk saat komputer dimatikan.

      RESUME

CPU merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. CPU adalah komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU.