Central Processing Unit (CPU)

CPU Merupakan bagian utama dari komputer karena processor berfungsi untuk mengatur semua aktifitas yang ada pada komputer. CPU berfungsi seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmetika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan.

Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut:

Sistem Bus 

Sistem Bus dalam arsitektur komputer merujuk pada bus yang digunakan oleh sistem komputer untuk menghubungkan semua komponennya dalam menjalankan tugasnya. Sebuah bus adalah sebutan untuk jalur di mana data dapat mengalir dalam komputer. Jalur-jalur ini digunakan untuk komunikasi dan dapat dibuat antara dua elemen atau lebih. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi oleh CPU melalui perantara sistem bus.

Jenis-jenis Bus:

- 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.

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

- Control Bus
Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. Terdiri atas 4 samapai 10 jalur paralel.v

 Sruktur Sistem BUS diantaranya: 

- Saluran data

Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Lebar bus data perupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan.

- Saluran Alamat

Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data.

- Saluran Kontrol

Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data.

ALU 

Adalah salah satu bagian dalam dari sebuah mikroprosesor yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmetika dan logika. Contoh operasi aritmetika 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 aritmetika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. 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 disebut adder. 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: Buku Pengenalan Komputer, Hal 154-155, karangan Prof.Dr.Jogiyanto H.M, M.B.A.,Akt.)

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.

Central Logic Unit

Bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada di sistem komputer, yaitu :
- mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output
- mengambil instruksi-instruksi dari memori utama
- mengambil data dari memori utama untuk diproses
- mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta
mengawasi kerja dari ALU
- mengirim hasil proses ke memori utama untuk disimpan dan pada saatnya disajikan ke alat
output.

Set Register

Salah satu perbedaan pokok antara satu komputer dengan komputer lainnya adalah pada sifat set registernya.
Set register dapat dibedakan menjadi dua:
- set register tujuan khusus (special purpose)
- set register tujuan umum (general purpose)
Instruction Register (IR) atau Program Counter (PC) – untuk menyimpan alamat instruksi yang sedang dijalankan. Memory Address Register (MAR) untuk menyimpan alamat memori yang akan diakses. Memory Buffer Register (MBR) untuk menampung data pada saat operasi pemuatan maupun penyimpanan data. Indexs Register (IR) untuk menyimpan indeks, misalnya untuk mengakses elemen dalam array. Flag Register atau Processor-Status Bits, misalnya untuk menyimpan indikasi hasil operasi aritmatika dan logika,
seperti:
- P (hasil Positif)
- Z (hasil Zero/Nol)
- N (hasil Negatif)
- C (Carry out)
- V (Over Flow)
- Dan lainnya

Referensi:

http://jamilah.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/35151/ARKOM.pdf
http://aguspri.dosen.st3telkom.ac.id/wp-content/uploads/sites/19/2015/12/4.2-Struktur-CPU.pdf
https://id.wikipedia.org/wiki/Bus_sistem

https://id.wikipedia.org/wiki/Unit_Pemroses_Sentral

 

 

Karakteristik Dan Fungsi Set Instruksi
Set Instruksi (bahasa Inggris: Instruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram, atau dengan kata lain Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set). Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya. Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi komputer (computer instructions)Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

Tipe Atau 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.

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 

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

Jenis-Jenis Operand
a. Addresses

b. Numbers:
Integer or fixed point
Floating point
Decimal (BCD)

c. Characters:
ASCII
EBCDIC

d. Logical Data: Bila data berbentuk binary “0” dan “1” 

Rancangan Set Instruksi

a. Aspek paling menarik dalam arsitektur komputer adalah perancangan set instruksi, karena rancangan ini berpengaruh banyak pada aspek lainnya.
b. Set instruksi menentukan banyak fungsi yang harus dilakukan CPU.
c. Set instruksi merupakan alat bagi para pemrogram untuk mengontrol kerja CPU.
d. Pertimbangan kebutuhan pemrogram menjadi bahan pertimbangan dalam merancang set instruksi.

Teknik Pengalamatan

1. Immediate Addressing
2. Direct Addressing
3. Indirect Addressing
4. Register addressing
5. Register indirect addressing
6. Displacement addressing
7. Stack addressing

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






Referensi:
- Puspanda Hatta dan Agus Tri Haryanto. 2014. Sistem Komputer. Jakarta: Politeknik Negeri Media Kreatif.
- Diagram siklus Instruksi Komputer (Stallings, W.1990, hal. 293)
- http://eprints.binadarma.ac.id/883/1/ARSITEK%20KOMPUTER%205.pdf

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, 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.

Sebuah komputer moderen/digital dengan program yang tersimpan di dalamnya merupakan sebuah sistem yang memanipulasi dan memproses informasi menurut kumpulan instruksi yang diberikan. Sistem tersebut dirancang dari modul-modul hardware seperti :

1. Register

2. Elemen aritmatika dan logika

3. Unit pengendali

4. Unit memori

5. Unit masukan/keluaran (I/O)

Komputer dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu :

1. Unit pengolahan pusat (CPU)

2. Unit masukan/keluaran (I/O)

3. Unit memori

Organisasi dasar dari sebuah komputer dapat ditunjukan pada blok diagaram pada gambar di bawah ini :   

Struktur Dasar Komputer

Fungsi komputer didefinisikan sebagai operasi masing-masing komponen sebagai bagian dari struktur. Adapun fungsi dari masing-masing komponen dalam struktur di atas adalah sebagai berikut:

I/O Ports

      a.       I/O Ports

Bagian ini digunakan untuk menerima ataupun mengirim data ke luar sistem. Peralatan input dan output di atas terhubung melalui port ini. IO port seperti USB ports

      b.      Unit masukan (Input Device)

Berfungsi untuk menerima masukan kemudian membacanya dan diteruskan ke memory/penyimpanan. Contoh unit masukan : keyboard, mouse, joystick, mic, scanner.

      c.       Unit keluaran (Output Unit)

Berfungsi untuk menerima hasil pengolahan data dari CPU melalui memory. Seperti halnya pada unit masukan maka unit keluaran dikenal juga istilah peralatan keluaran (output device) dan media keluaran (output media).

CPU

Control Unit dan ALU membentuk suatu unit tersendiri yang disebut Central Processing Unit (CPU). Didalam CPU inilah semua kerja komputer dilakukan. Maka CPU sangatlah penting didalam sebuah perangkat komputer. 

a.    Unit kontrol (Control Unit)

Berfungsi untuk melaksanakan tugas pengawasan dan pengendalian seluruh sistem komputer. CU disebut juga sebagai pengatur rumah tangga pada suatu komputer. Tugas dari kontrol unit adalah:

-          Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output

-          Mengambil instruksi-instruksi dari main memory

-          Mengirim instruksi ke aritmatika dan logic unit

-          Menyimpan hasil proses ke main memory 

b.     Unit logika dan aritmatika (Arithmetic & Logical Unit /ALU) 

Berfungsi untuk melaksanakan pekerjaan perhitungan atau aritmatika dan logika seperti menambah, mengurangi, mengalikan, membagi dan memangkatkan. Selain itu juga melaksanakan pekerjaan seperti pemindahan data, penyatuan data, pemilihan data, membandingkan data dll. Sehingga ALU merupakan bagian inti dari suatu sistem komputer.

c.     Registers

Fungsi :

-          Media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.

-          Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

-          Mempercepat Proses operasi intruksi pada CPU.

d.    CPU Interconnection

Fungsi :

-          Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus – bus

eksternal CPU

-          Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register.

-          Komponen eksternal CPU :sistem lainnya, seperti main memori, piranti

masukan/keluaran (I/O)

Memori 

Unit memori/penyimpanan (Memory/Storage Unit) berfungsi untuk menampung data/program yang ditrerima dari unit masukan sebelum diolah oleh CPU dan juga menerima data setelah diolah oleh CPU yang selanjutnya diteruskan kesuatu unit keluaran. Pada bagian ini terdapat dua buah memory yaitu RAM (Random Access Memory) yaitu bagian memory yang dapat melaksanakan membaca dan menulis, sedangkan ROM (Read Only Memory) yaitu bagian memory yang hanya dapat membaca tanpa bisa menulis. Memory dibagi dalam dua bagian yaitu memory utama dan cadangan.

Data Bus

Adalah jalur-jalur perpindahan data dalam sistem komputer. Sifatnya dua arah, artinya CPU dapat membaca dan menirma data melalui data bus ini.

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.

Control Bus

Control Bus digunakan untuk mengontrol penggunaan serta akses ke Data Bus dan Address Bus. Terdiri atas 4 sampai 10 jalur paralel.

Referensi:

http://debyo.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31390/handout4Organisasi+Komputer+Dasar.pdf 

http://adiputra17.it.student.pens.ac.id/kelas1smt1/organ_dan_arsitektur_komputer/Buku.pdf