CPU, SISTEM BUS, dan ALU

CPU, SISTEM BUS, dan ALU

• Pengertian CPU

      Pada buku Pengantar Teknologi Informasi dikatakan bahwa pengertian CPU adalah salah satu perangkat keras yang terdapat pada sebuah komputer yang memiliki kemampuan untuk memahami dan melaksanakan setiap perintah yang dikirim oleh perangkat lunak atau software. CPU adalah singkatan dari Central Processor Unit, dimana CPU merupakan bagian perangkat keras terpenting dari semua komponen yang ada pada sebuah komputer, karena dapat dikatakan CPU adalah otak daripada sebuah komputer. CPU juga dikenal dengan istilah Processor atau Prosesor. Prosesor berarti perangkat untuk menjalankan sebuah proses.

Seperti halnya otak manusia yang terbagi kepada dua bagian, begitupun dengan CPU. CPU terdiri dari dua bagian yang dibedakan menurut fungsi operasionalnya. Yang pertama adalah ALU Arithmetical Logical Unit dan CU Control Unik. ALU berfungsi sebagai pusat dari pengolahan data yang dikirim dari perangkat lunak, sedangkan CU bertugas sebagai pengontrol kerja dari sebuah komputer, sehingga dapat mengatur dan mengurutkan proses-proses yang dilakukan oleh komputer.

Ada yang lucu namun sudah menjadi hal yang lumrah khsusunya di negara kita dalam menunjuk sebuah benda bernama CPU. Kita sering mendengar orang menyebut CPU pada sebuah benda yang berbentuk kotak persegi panjang, yang padahal itu merupakan casing yang di dalamnya terdapat komponen-komponen komputer. Padahal bentuk CPU yang sebenarnya terdapat di dalam casing tersebut, dan pada umumnya tidak bisa terlihat secara langsung karena terhalang oleh kipas pendingin CPU. Berikut ini contoh bentuk dari CPU.

• Fungsi CPU

          Sebagai komponen utama dalam sebuah komputer, CPU memiliki beberapa fungsi penting. Diantara fungsi-fungsi tersebut antara lain :

1. Fetching

      Fetching adalah suatu istilah yang digunakan dalam ilmu komputer dan diartikan sebagai proses pengambilan atau pemanggilan data. Dalam sebuah perangkat komputer, data disimpan dalam harddisk pada CPU dengan sebuah alamat.

Diibaratkan data didalam prosesor atau CPU disusun dalam kumpulan alamat dan ketika suatu program dijalankan CPU akan mengambil data dari alamat yang tersimpan dalam komponennya tersebut.

2. Decoding

     Dalam suatu sistem CPU, sebuah program yang akan dijalankan atau yang dieksekusi, harus sesuai dengan kode instruksi yang nantinya akan diterjemahkan agar CPU dapat mengenalinya dalam kode instruksi biner. Dapat disimpulkan bahwa decoding adalah suatu proses penterjemahan suatu program ke dalam bahasa yang dimengerti oleh CPU.

Decoding terjadi di dalam CPU dan semua program yang berjalan dalam perangkat komputer harus melalui proses decoding terlebih dahulu.

3. Executing

    Saat suatu program dijalankan maka CPU akan mengeksekusi program tersebut. Maksudnya adalah CPU akan melakukan satu hal yakni melakukan kalkulasi atau perhitungan dengan menggunakan suatu komponen didalamnya yang disebut dengan ALU atau Arithmetical Logical Unit.

Kompenen ALU sendiri bertanggung jawab dalam semua proses perhitungan matematika dan logika dalam komputer. Selain itu fungsi eksekusi dari suatu CPU juga berarti sebagai proses pemindahan suatu data dari suatu perangkat memori menuju perangkat memori yang lainnya.

4. Storing

   Storing atau menyimpan data adalah salah satu fungsi lainnya dari CPU. Saat seseorang menggunakan komputer maka ia membutuhkan perangkat untuk menyimpannya baik secara sementara maupun secara permanen.

Jika seseorang membutuhkan data dengan cepat dan memyimpannya secara sementara maka CPU akan menyimpannya dalam RAM sementara data yang disimpan secara permanen akan masuk ke dalam harddisk. Kedua fungsi tersebut dilakukan dan dikendalikan sepenuhnya oleh CPU.

 Cara kerja CPU

Untuk menjalankan fungsi-fungsi tersebut CPU tidak hanya mengandalkan perangkat prosesor akan tetapi juga melibatkan beberapa perangkat lain diantaranya harddisk, motherboard, RAM, Floppy drive, Sound card, USB port, VGA Card  dan lain sebagainya. Kesemua bagian tersebut tersusun sedemikian rupa dan saling terhubung satu sama lain. Semakin cepat CPU bekerja, semakin baik juga performanya.

• SISTEM BUS 

         Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai subsistem. Karakteristik penting sebuah bus adalah bahwa bus merupakan media transmisi yang dapat digunakan bersama. Sistem komputer terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen pada bermacam-macam tingkatan hirarki sistem komputer.

Suatu Komputer tersusun atas beberapa komponen penting seperti CPU, memori, perangkat Input/Output. setiap computer saling berhubungan membentuk kesatuan fungsi. Sistem bus adalah penghubung bagi keseluruhan komponen computer dalam menjalankan tugasnya. Transfer data antar komponen komputer sangatlah mendominasi kerja suatu computer. Data atau program yang tersimpan dalam memori dapat diakses dan dieksekusi CPU melalui perantara bus, begitu juga kita dapat melihat hasil eksekusi melalui monitor juga menggunakan system bus.

BUS SLOTS     JENIS BUS BERDASARKAN FUNGSI :    DATA BUS - Berfungsi untuk mentransfer data, membawa data dari dan ke perangkat atau periferal - Terdiri atas beberapa jalur penghantar, 8, 16, 32 bahkan 64 bahkan lebih jalur paralel - Data ditransmisikan dalam dua arah, yaitu dari CPU atau mikroprosesor ke unit memori atau modul I/O dan sebaliknya. - Semakin lebar bus maka semakin besar data yang dapat ditransfer sekali waktu.   CONTROL BUS - Berfungsi untuk mensinkronkan proses penerimaan dan pengiriman data. - Untuk mengatur memori atau port agar siap ditulis atau dibaca. - Sinyal Kontrol: RD, WR, IO/M - Sinyal Read dan write : untuk mengakses data ke dan dari perangkat   ADDRESS BUS - membawa informasi untuk mengetahui lokasi suatu perangkat atau periferal - Untuk memilih lokasi memori atau port yang akan ditulis atau dibaca - Untuk menentukan rute data, bersumber dari mana, tujuannya ke mana. - Bersifat searah, cpu memberikan alamat yang bertujuan untuk menentukan periferal mana yang dituju. Contoh memori mana yang dituju atau I/O mana yang dituju. - Semakin besar bus alamat, akan semakin banyak range lokasi yang dapat dialamati. - Jumlah alamat yang dapat dituju pada Bus alamat adalah sebanyak 2n. n jumlah jalur Bus alamat.     Beberapa BUS UTAMA di sistem komputer modern : - Bus Prosesor - Bus AGP - Bus PCI - Bus PCI - Express - Bus PCI - X - Bus ISA - Bus EISA - Bus USB     Pengertian ALU          ALU atau Arithmetic Logic Unit merupakan sebuah rangkaian digital yang dipakai untuk melakukan operasi aritmatika dan logika (Arithmetic and Logic). Namun dari pengertian lainnya, ALU ini adalah sebuah rangkaian elektronik digital yang melakukan operasi aritmatika dan bitwise pada suatu bilangan binner integer.   Rangkaian pada ALU Fungsi ALU            Sudah dijelaskan, bahwa komponen ALU itu hanya berfokus pada fungsi dasar operasi artimatika dan logika. Untuk melaksanakan pengoperasian tugasnya, maka ALU melibatkan suatu sirkuit khusus yang disebut dengan Adder. Adder ini dibagi beberapa kombinasi, ada Half Adder, Full Adder dan Paralel Adder, untuk lebih jelasnya silahkan baca ulasan dibawah ini. 1. Half Adder     Untuk rangkaian Half Adder ini pada dasarnya penjumlahan biner dengan dua bit, maksudnya hanya untuk menjumlahkan dua bit saja.   Half Adder 2. Full Adder     Kalau untuk Full Adder sama seperti halnya Half Adder, hanya saja Full Adder dapat menjumlahkan tiga bit. Full Adder 3. Paralel Adder     Untuk Paralel Adder rangkaiannya ia tersusun dari Half Adder dan pada bit-bit berikutnya terdiri dari Full Adder, kalau Paralel Adder ia dapat menjumlahkan banyak bit.  Parallel Adder DAFTAR PUSTAKA https://www.nesabamedia.com/pengertian-dan-fungsi-cpu/ https://www.septian.web.id/2015/11/jenis-dan-fungsi-macam-macam-bus.html https://www.feritekno.com/2017/12/pengertian-alu-arithmetic-logic-unit.html https://fauzyhanafi97.wordpress.com/2014/11/28/fungsi-alu-cu-register/

Arsitektur Set Instruksi

ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

• Pengertian Set Instruksi

        Set Instruksi 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).

• 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.

• Teknik Pengalamatan
  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-program 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.
  
  
  

  • 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 : Source code compatibility dan Object code Compatibility.

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. 

DAFTAR PUSTAKA

https://ikapurwati.wordpress.com/2013/01/10/jurnal-pengantar-arsitektur-komputer/
https://triazis13.wordpress.com/2016/11/06/arsitektur-set-instruksi/
https://sanusiadam79.wordpress.com/2015/12/30/set-instruksi-program-dan-jenis-jenis-instruksi/
https://anggapermana12.wordpress.com/2017/10/22/arsitektur-set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan/