Central Processing Unit

Central Processing Unit

2. Central Processing Unit, Meliputi :

Ø  SISTEM 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 dikatagorikan dalam tiga bagian, yaitu saluran data, saluran alamat dan saluran control. Saluran data(data bus) adalah 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 dengan tujuan agar mentransfer word dalam sekali waktu. Jumlah saluran dalam bus data dikatakan lebar bus, dengan satuan bit, misal lebar bus 16 bit.

KONEKSI BUS

Bus merupakan lintasan komunikasi yang menghubungkan dua atau lebih komponen komputer. Sifat penting dan merupakan syarat utama bus adalah media transmisi yang dapat digunakan bersama oleh sejumlah perangkat yang terhubung apadanya. Karena digunakan bersama,  iperlukan aturan main agar tidak terjadi tabrakan data atau kerusakan data yang ditransmisikan. Walaupun digunakan bersama namun dalam satu waktu hanya ada sebuah perangkat yang dapat menggunakan bus.

TIPE BUS

Berdasar jenis busnya, bus dibedakan menjadi bus yang khusus menyalurkan data tertentu, Misalnya paket data saja, atau alamat saja, jenis ini disebut dedicated bus. Namun apabila bus dilalukan informasi yang berbeda baik data, alamat maupun sinyal kontrol dengan metode mulipleks data maka bus ini disebut multiplexed bus. Keuntungan mulitiplexed bus adalah hanya memerlukan saluran sedikit sehingga dapat menghemat tempat, namun kerugiannya adalah kecepatan transfer data menurun dan diperlukan mekanisme yang komplek untuk mengurai data yang telah dimulitipleks. Saat ini yang umum, bus didedikasikan untuk tiga macam, yaitu bus data, bus alamat dan bus  kontrol.

Sumber : http://id.scribd.com/doc/20951460/Sistem-Bus-Komputer

Ø  ARITHMATIC LOGIC UNIT

ALU, singkatan dari Arithmetic And Logic Unit salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesoryang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan  aritmatika dan logika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan dan pengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR. tugas utama dari ALU (Arithmetic And Logic Unit)adalah melakukan semua perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatika yang lainnya. Seperti pengurangan, pengurangan, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebutadder. ALU melakukan operasi arithmatika dengan dasar pertambahan, sedang operasi arithmatika yang lainnya, seperti pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi arithmatika ini disebutadder. Tugas lalin 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 (>=)

Sumber : http://lookupmens.blogspot.com/2011/03/pengertian-dan-cara-kerja-arithmatic.html

·                     CENTRAL LOGIC UNIT

CU ( Control Unit )

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

1.    Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

2.    Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

3.    Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

4.    Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi  kerja.

5.    Menyimpan hasil proses ke memori utama.

MACAM-MACAM CU

Single-Cycle CU

Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control linehanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol 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). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya. Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

Multi-Cycle CU

Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. 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.

Ø  SET REGISTER

Set Register

            Register prosesor, dalam arsitektur komputer, adalah sejumlah kecil memori komputer yang bekerja dengan kecepatan sangat tinggi yang digunakan untuk melakukan eksekusi terhadap program-program komputer dengan menyediakan akses yang cepat terhadap nilai-nilai yang umum digunakan. Umumnya nilai-nilai yang umum digunakan adalah nilai yang sedang dieksekusi dalam waktu tertentu.

            Register prosesor berdiri pada tingkat tertinggi dalam hierarki memori : ini berarti bahwa kecepatannya adalah yang paling cepat; kapasitasnya adalah paling kecil; dan harga tiap bitnya adalah paling tinggi. Register juga digunakan sebagai cara yang paling cepat dalam sistem komputer untuk melakukan manipulasi data. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.

            Istilah register saat ini dapat merujuk kepada kumpulan register yang dapat diindeks secara langsung untuk melakukan input/output terhadap sebuah instruksi yang didefinisikan oleh set instruksi. untuk istilah ini, digunakanlah kata "Register Arsitektur". Sebagai contoh set instruksi intel x86 mendefinisikan sekumpulan delapan buah register dengan ukuran 32-bit, tapi CPU yang mengimplementasikan set instruksi x86 dapat mengandung lebih dari delapan register 32-bit.

sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Register_prosesor

Ø  Cache Memory 

Cache memory merupakan media penyimpanan data sekunder berkecepatan tinggi, dimana tempat menyimpan data atau informasi sementara yang sering digunakan atau diakses oleh komputer.

Fungsi Cache Memory

--> Mempercepat Akses data pada komputer

--> Meringankan kerja prosessor

--> Menjembatani perbedaan kecepatan antara cpu dan memory utama.

--> Mempercepat kinerja memory

Letak Cache MemorY

       1.       Terdapat di dalam Processor (on chip )

       Cache internal diletakkan dalam prosesor sehingga tidak memerlukan bus eksternal, maka waktu aksesnya akan sangat cepat sekali

       2.       Terdapat diluar Processor(off chip)

          berada pada MotherBoard, memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat cepat,
           meskipuntidak secepat chache memori jenis pertama

   Jenis Cache Memory

1.   L1 cache L1 Cache adalah Sejumlah kecil SRAM memori yang digunakan sebagai cache yang terintegrasi menyatu pada prosesor.

-     Berguna untuk menyimpan secara sementara instruksi dan data, dan memastikan bahwa prosesor memiliki supply data yangstabil untuk diproses sementara memori mengambil dan menyimpan data baru.

-     L1 cache (Level 1 cache) disebut pula dengan istilah primary cache, first cache, atau level one cache.

-     transfer data dari L1 cache ke prosesor terjadi paling cepat Kecepatannya mendekati kecepatan register

2.  L2 cache Arti istilah L2 Cache adalah Sejumlah kecil SRAM memori yang berada di motherboard dekat dengan posisi dudukan prosesor.

- Berguna untuk menyimpan sementara instruksi dan data, dan memastikan bahwa prosesor memiliki supply data yangstabil untuk diproses sementara memori mengambil dan menyimpan data baru

     - (Level 2 cache) secondary cache, second level cache, atau level two cache.

- L2 cache memiliki ukuran lbih besar dibandingkan L1 namun kecepatan transfernya sedikit lebih lama dari L1cache.

3.  L3 cache jarang sekali ada, hanya ada di komputer tertentu.

         -  Berguna ketika terdapat cache yang hilang ”missing” pada cache L1&L2

         - L3 cache memiliki ukuran lbih besar dibandingkan L1 dan L2 namun kecepatan

           transfernya lebih lama dari L1cache dan L2 Cache. 

  

Cara Kerja Cache Memori

        1. CPU membaca word memori  

       2. Periksa di Cache Memory,

       3. Jika ada akan dikirim ke CPU

       4. Jika tidak ada akan dicari ke Memory Utama 

       5. Dikirim ke Cache Memory lalu dikirim ke CPU

         sumber : http://www.kiosbisnis.com/2012/04/cache-memory-memory-internal-dan-memory.html

Ø  VIRTUAL MEMORY

Virtual Memory 

Virtual Memori adalah sebuah sistem yang digunakan oleh sistem operasi untuk menggunakan sebagian dari Memori Sekunder yaitu Harddisk seolah-olah ia menggunakannya sebagai memori internal/utama (RAM) fisik yang terpasang di dalam 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 memori di windows umumnya dapat dilihat di Task manager.

sumber :  http://yurizone.wordpress.com/2009/11/15/apa-itu-virtual-memori/

Arsitektur Set Instruksi

Arsitektur Set Instruksi

1. Arsitektur Set Instruksi, meliputi:

·         Jenis Instruksi

Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yangdilaksanakan atau dijalankannya. Instruksi ini sering disebutsebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksikomputer (computer instructions).

Elemen-elemen dari instruksi mesin (set instruksi) :

·        Operation Code(opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan

·        Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan

·        Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan

·         Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi

berikutnya setelah instruks yang dijalankan selesai .

jenis-jenis struktur.

1.   Pengolahan data ( data processing)

Meliputi operasi-operasi aritmetika dan logika. Operasi aritmetika memiliki kemampuan komputasi untuk pengolahan data numeric. Sedangkan instruksi logika beroperasi terhadpa bit-bit word sebagai bit, bukannya sebagai bilangan, sehingga instruksi ini memiliki kemampuanuntuk pengolahan data lain.

2.  Perpindahan data ( data movement)

 berisi instruksi perpindahan data antar register maupun modul I/O untuk dapat diolah oleh CPU maka diperlukan instruksi-instruksi yang bertugas memindahkan data operand yang diperlukan.

3. Penyimpanan data ( data storage)

 berisi instruksi-instruksi penyimpan ke memori. Instruksi penyimpanan sangat penting dalam operasi komputasi, karena data tersebut akan digunakan untuk operasi berikutnya, minimal untuk ditampilkan pada layar harus diadakan penyimpanan walaupun sementara.

4. Kontrol aliran program ( program flow control)

 berisi instruksi pengontrolan operasi dan percabangan ke   set instruksi lain.

Lokasi Set Instruksi :

Sourcedan result operands dapat berupa salah satu diantara

tiga jenis berikut ini:

1.      Main or Virtual Memory

2.      CPU Register

3.      I/O Device

Sumber : 

http://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Kendali  

http://id.wikipedia.org/wiki/Register_prosesor

http://tiaaliasrendy.blogspot.com/2010/12/apa-seh-sebenernya-set-instruksi-itu.html

·      Teknik Pengalamatan

Mode pengalamatn Pentium

Pentium dilengkapi bermacam-macam mode pengalamatan untuk memudahkan bahasa-bahasa tingkat tinggi mengeksekusinya secara efisien.

Macam-macam mode pengalamatanpentium :

ž  Mode Immediate

ð  Operand berada di dalam intruksi.

ð  Operand dapat berupa data byte, word atau doubleword.

ž  Mode Operand Register

yaitu operand adalah isi register.

ð  Register 8 bit (AH, BH, CH, DH, AL, BL, CL, DL)

ð  Register 16 bit (AX, BX, CX, DX, SI, DI, SP, BP)

ð  Register 32bit (EAX, EBX, ECX, ESI, EDI, ESP, EBP)

ð  Register 64 bit yang dibentuk dari register 32 bit secara berpasangan.

4

ð  Register 8, 16, 32 bit merupakan register untuk penggunaan umum (general purpose register).

ð  Register 14 bit biasanyan untuk operasi floating point.

ð  Register segmen (CS, DS, ES, SS, FS, GS)

ž  Mode Displacement

ð  alamat efektif berisi bagian-bagian intruksin dengan displacement 8, 16, atu 32 bit.

ð  dengan segmentasi, seluruh alamat dalam intruksi mengacu ke sebuah offset di dalam segmen.

ð  dalam Pentium, mode ini digunakan untuk mereferensi variable-variabel global.

ž  Mode Base

ð  pengalamatan indirect yang menspesifikasi saru register 8, 16 atau 32 bit berbasis alamat   efektifnya.

Sumber : http://rynaldobisnis.blogspot.com/2011/09/teknik-pengalamatan.html

·         ·Desain Set Instruksi

Instruksi pelaksanaannya diatur Setiap set instruksi yang diberikan dapat diimplementasikan dalam berbagai cara. Semua cara melaksanakan instruksi set yang sama memberikan model pemrograman , dan mereka semua mampu menjalankan executable biner yang sama. Berbagai cara menerapkan set instruksi memberikan timbal balik yang berbeda antara biaya,, konsumsi kinerja daya, ukuran, dll.

Ketika merancang mikroarsitektur prosesor, insinyur menggunakan blok dari "terprogram" elektronik sirkuit (sering dirancang secara terpisah) seperti penambah, multiplexer, counter, register, ALUS dll Beberapa jenis bahasa mentransfer mendaftar yang kemudian sering digunakan untuk menggambarkan decoding dan urutan setiap instruksi dari ISA menggunakan mikroarsitektur fisik. Ada dua cara dasar untuk membangun sebuah unit kontrol untuk melaksanakan deskripsi ini (walaupun banyak desain menggunakan cara-cara tengah atau kompromi:

1. Desain komputer awal dan beberapa komputer RISC sederhana "terprogram" instruksi menyelesaikan set decoding dan sekuensing (seperti sisa mikroarsitektur tersebut).

2. Desain lain menggunakan microcode rutinitas dan / atau tabel untuk melakukan ini-biasanya seperti pada ROM chip dan / atau Plas (walaupun RAM terpisah telah digunakan historis).
Ada juga beberapa desain CPU baru yang mengkompilasi set instruksi untuk dapat ditulis RAM atau lampu kilat di dalam CPU (seperti Rekursiv prosesor dan Imsys Cjip ), [2] atau FPGA ( reconfigurable komputasi ). Para Western Digital MCP-1600 adalah contoh yang lebih tua, menggunakan ROM, khusus terpisah untuk microcode.

·      Desain Set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah :
1. kelengkapan set instruksi
2. ortogonalitas (sifat indepedensi instruksi)
3. kompatibilitas :
- source code compatibility
- object code compatibility
Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :
a. Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit
operasinya
b. Data Types : tipe/jenis data yang dapat diolah.
c. Instruction Format : panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
d. Register : Banyaknya register yang dapat digunakan .
e.Addressing : Mode pengalamatan untuk operand.

sumber :  http://abiew-wb.blogspot.com/2011/10/arsitektur-set-instruksi.html

Sumber 1.       Ganssle, Jack. "Debugging Proaktif" . Diterbitkan 26 Februari 2001.2
Sumber :. http://cpushack.net/CPU/cpu7.html

1.Evolusi Arsitektur Komputer :

Perspektif Historis

Komputer adalah barang yang umum dan sering kita temui saat ini. Bahkan sekarang sudah hampir setiap orang, khusunya pelajar, mahasiswa dan praktisi pendidikan sudah memiliki komputer sendiri. Komputer yang pada awalnya dibuat sebagai alat bantu hitung kini berkembang dengan sangat pesat. Game, software dan aplikasi – aplikasi digital kini dapat dilakukan dengan alat yang disebut komputer ini.

Klasifikasi Arsitektur Komputer

Pada komputer terdapat berbagai klasifikasinya dalam hal appaun. Setiap komputer tentunya memilik klasifikasi masing-masing. Disini membahas mengenai klasifikasi arsitekturnya menurut Von Neumann dan Non Von Neumann.

Kriteria mesin Von Neumann :

1. Mempunyai subsistem hardware dasar yaitu sebuah CPU, sebuah memori dan sebuah I/Osistem

2. Merupakan stored-program computer

3. Menjalankan instruksi secara berurutan

4. Mempunyai jalur (path) bus antara memori dan CPU

Kualitas Arsitektur Komputer

1.Generalitas, Generalitas adalah ukuran besarnya jangkauan aplikasi yang bisa cocok dengan arsitektur. dan computer yang terutama digunakan untuk aplikasi bisnis menggunakan aritmetik decimal. Sistem umum memberikan dua jenis aritmetik.Salah satu pembahasan utama oleh kalangan peneliti komputer selama tabun 1980-an adalah persoalan bagusnya generalitas.

2.DayaTerap(Applicability), Daya terap (applicability) adalah pemanfaatan arsitektur untuk penggunaan yang telah direncanakannya. Buku ini membahas komputer yang terutama dirancang untuk satu dari dua area aplikasi utama : (1) aplikaSi ihniah dan teknis dan (2) aplikasi komersil biasa. Aplikasi ilmiah dan teknis adalah aplikasi yang biasanya untuk memecahkan persamaan kompleks dan untuk penggunaan aritmetik floating point ekstensif.

3.Efesiensi, Efisiensi adalah ukuran rata-ratajumlah hardware dalam komputer yang selalu sibuk selama penggunaannya biasa. Arsitektur yang efisien memungkinkan (namun tidak memastikan) terjadinya implementasi yang efisien. Salah satu sifat arsitektur yang efisien adalah bahwa ia secara relative cenderung sederhana. Karena untuk merancang sistem yang kompleks secara benar begitu sulit, maka kebanyakan komputer mempunyai sebuah komputer inti (core computer) efisien yang sederhana,yaitu CU.

4.KemudahanPenggunaan, Kemudahan penggunaan arsitektur adalah ukuran kesederhanan bagi programmer sistem untuk mengembangkan atau membuat software untuk arsitektur tersebut, misalnya sistem pengoperasiannya atau compilemya. Oleh karena itu, kemudahan penggunaan ini merupakan fungsi ISA dan berkaitan erat dengan generalitas.

5.DayaTempa(Maleability), Dua ukuran yang terakhir daya tempa dan daya kembang umumnya berlaku untuk implementasi computer dalam satu rumpun. Daya terap arsitektur adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk mengimplementasikan komputer (yang mempunyai arsitektur itu) dalam jangkauan yang luas. Pada Apple Macintosh atau IBM PC AT, spesifIkasi arsitektumya jauh lebih lengkap, sehingga semua implementasi hampir sama.

6.DayaKembang(Expandibility), Daya kembang (expandability) adalah ukuran kemudahan bagi perancang untuk meningkatkan kemampuan arsitektur,misalnya kemampuan ukuran memori maksimumnya atau kemampuan aritmetiknya. Dalam hal ini, daya kembang juga berkaitan dengan jumlah CPU yang dapat digunakan oleh system secara efektif.

Sebagaimana arsitektur bangunan, kualitas atau mutu arsitektur komputer tidak mudah diukur. Banyak arsitek komputer menggunakan atribut yang dijelaskan pada bagian berikut ini untuk mengevaluasi mutu arsitektur. Seperti halnya atribut yang menjadikan arsitektur bangunan bermum, sebagian besar atribut berikut sulit dihitung. Pada hakekatnya, suatu arsitektur yang baik untuk satu aplikasi mungkin saja jelek untuk aplikasi yang lain, dan sebaliknya. Pada bagian ini, kita akan membahas enam atribut mutu arsitektur: generalitas (keumuman), daya terap, efisiensi, kemudahan penggunaan, daya tempa, dan daya kembang (ekpandabilitas).

Keberhasilan Arsitektur Komputer

Adabeberpa faktor yang mempengaruhi keberhasilan arsitekturkomputer, tiga diantaranya adalah :

1. Manfaat Arsitektural

2. Kinerja Sistem

3. Biaya Sistem

2. Struktur Dasar Komputer dan Organisasi Komputer

Suatu sistem komputer terdiri darilima unit struktur dasar, yaitu:

Unit masukan (Input Unit) yaitu dimana terdapat perintah atau instruksi yang dilakukan kepada komputer oleh pengguna

Unit kontrol (Control Unit) merupakan suatu unit yang berfungsi untuk mengontrol atau mengendalikan semua yang terdapat dalam komputer

Unit logika dan aritmatika (Arithmetic & Logical Unit / ALU) adalah suatu unit dimana berisi fungsi-fungsi logika dan matematika atau perhitungan

Unit memori/penyimpanan (Memory / Storage Unit) yaitu unit penyimpanan dana yang dilakukan komputer

Unit keluaran (Output Unit) merupakan suatu hasil yang diharapkan dari suatu inputan yang telah dimasukkan

Organisasi Komputer

            Organisasi Komputer adalah bagian yang terkait erat dengan unit–unit operasional dan interkoneksi antar komponen penyusun sistem komputer dalam merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek organisasional adalah teknologi hardware, perangkat antarmuka,teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol. Arsitektur Komputer lebih cenderung pada kajian atribut–atribut sistem komputer yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.Sebagai contoh apakah suatu komputer perlu memiliki instruksi pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan secara langsung ataukah melalui mekanisme cache adalah kajian organisasional.