Struktur dan Fungsi CPU

CPU atau sebutan lainnya adalah Prosessor 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, seperti terlihat pada gambar komponen CPU dan struktur internal CPU. CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu :

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 arithmetika dan unit logika boolean, yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
Control Unit, bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol computer 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, adalah media penyimpan 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, 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.

Komponen CPU dan Struktur Internal CPU

Fungsi CPU

Menjalankan program - program yang di simpan dalam memori utama dengan cara mengambil intruksi - intruksi, menguji intruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.
Pandangan paling sederhana proses eksikusi program adalah dengan mengambiul pengolahan intruksi dari 2 langkah, yaitu : operasi pembacaan intruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan (execute).

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.

Saat sebuah program dieksekusi, data mengalir dari RAM ke sebuah unit yang disebut dengan bus, yang menghubungkan antara CPU dengan RAM. Data kemudian didekode dengan menggunakan unit proses yang disebut sebagai pendekoder instruksi yang sanggup menerjemahkan instruksi. Data kemudian berjalan ke unit aritmatika dan logika (ALU) yang melakukan kalkulasi dan perbandingan. Data bisa jadi disimpan sementara oleh ALU dalam sebuah lokasi memori yang disebut dengan register supaya dapat diambil kembali dengan cepat untuk diolah. ALU dapat melakukan operasi-operasi tertentu, meliputi penjumlahan, perkalian, pengurangan, pengujian kondisi terhadap data dalam register, hingga mengirimkan hasil pemrosesannya kembali ke memori fisik, media penyimpan, atau register apabila akan mengolah hasil pemrosesan lagi. Selama proses ini terjadi, sebuah unit dalam CPU yang disebut dengan penghitung program akan memantau instruksi yang sukses dijalankan supaya instruksi tersebut dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan sesuai.

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 inrtuksi untuk pengontrol fungsi pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya intruksi pengubahan urusan eksekusi.

Skema rangkaian CPU dan peripheral dalam komputer

Hal-hal yang dilakukan CPU adalah sebagai berikut :

Fetch instruction (mengambil instruksi) yaitu CPU membaca instruksi dari memori
Interpret instruction (menterjemahkan instruksi) yaitu CPU menerjemahkan instruksi untuk menentukan langkah yang diperlukan.
Fetch data (mengambil data) yaitu eksekusi instruksi yang mungkin memerlukan pembacaan data dari memori datau dari modul I/O
Process data (mengolah data) yaitu eksekusi instruksi yang memerlukan operasi aritmatik
Write data (menulis data) yaitu hasil eksekusi yang mungkin memerlukan penulisan data ke memori datau ke modul I/O.

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.

Control Unit

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.
Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandinganlogika serta mengawasi kerja.
Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:

Menentukan elemen dasar prosesor
Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor
Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:

Clock / pewaktu

Pewaktu adalah cara unit control dalam menjaga waktunya. Unit control menyebabkan sebuah operasi mikro (atau sejumlah operasi mikro yang bersamaan) dibentuk bagi setiap pulsa waktu.Pulsa ini dikenal sebagai waktu siklus prosesor.

Opcode instruksi saat itu digunakan untuk menentukan operasi mikro mana yang akan dilakukan selama siklus eksekusi.

Flag

Flag ini diperlukan oleh unit control untuk menentukan status prosesor dan hasil operasi ALU sebelumnya.

Sinyal control untuk mengontrol bus

Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyal-sinyal interupsi dan acknowledgement.

Keluaran-keluaran unit control:
Sinyal control didalam prosesor terdiri dari dua macam:

Sinyal-sinyal yang menyebabkan data dipindahkan dari register yang satu keregister yang lainnya,
Sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu.

Register

Berikut adalah susunan proses dalam pengambilan instruksi dan proses eksekusi melalui register-register CPU:

Internal CPU BUS

Processor akan mengambil instruksi berdasarkan tanda dari PC register, kemudian diletakkan ke dalam IR register, IR ← [[PC]],
Kemudian alamat instruksi memori di dalam PC akan bertambah sejumlah 1, sehingga formatnya menjadi PC ← [PC] + 1, dan,
Selanjutnya, CPU akan mengerjakan instruksi yang tersimpan pada IR Register.

Di dalam CPU, terdapat sekumpulan register yang tingkatan memorinya berada di atas hirarki memori utama dan cache.

Register dalam CPU memiliki dua fungsi:

1. User-visible Register

User-visible Register adalah register yang dapat direferensikan dengan menggunakan bahasa mesin yang dieksekusi CPU, User-visible terdiri dari :

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 (untuk menyimpan alamatalamat yang terindeks)
Stack Pointer (register yang dedicated menunjuk kebagian teratas stack)

c. Register Data

Digunakan untuk menampung data

d. Register Kode Status Kondisi (Flag)

Kode yang menggambarkan hasil operasi sebelumnya

2. Control and Register

Control and register adalah register-register yang digunakan oleh unit kontrol untuk mengontrol operasi CPU dan oleh program sistem operasi untuk mengntrol eksekusi program. Terdapat empat register yang penting adalah :

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 memorid.

d. Memori Buffer Register (MBR)

Berisi data yang dibaca dari memori atau yang diyliskan ke memori

e. Memori Data Register (MDR)

Merupakan register yang digunakan untuk menampung data atau instruksi hasil pengiriman dari memori utama ke CPU atau menampung data yang akan direkam ke momori utama dari hasil pengolahan CPU.

Media Informasi Online