Arsitektur & Organisasi Komputer (Struktur & Fungsi CPU)

Arsitektur & Organisasi Komputer

Struktur & Fungsi CPU

Anggota Kelompok :

·        Ambrizal Suryadinata (15101563)

·        Ahmad Wahyudi (15101526)

·        Megi Ari Susanto (15101514)

·        Muhammad Ramadhan (1510155)

·        Safitri Nikmatullah (15101427)

·        Yunita Berliana (15101535)

Organisasi Processor

CPU

                CPU adalah singkatan dari Central Processing Unit merupakan komponen terpenting dari sistem komputer. komponen pengolah data berdasarkan intruksi yang diberikan kepadanya, dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen diantaranya :

1.       Arithmetic and Logic Unit (ALU)

2.       Control Unit

3.       Registers

4.       CPU Interconnections

Arithmetic And Logic Unit

                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 komputer 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

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.

Hal-hal yang dilakukan CPU :

1.       Fetch Instruction(Mengambil instruksi) :CPU membaca instruksi dari memory

2.       Interpret Instruction(Menterjemahkan instruksi) : CPU menterjemahkan instruksi untuk menentukan aksi yang  diperlukan.

3.       Fetch Data (Mengambil data) : eksekusi instruksi mungkin memerlukan pembacaan data dari memory atau dari modul I/O

4.       Process Data (Mengolah data) : eksekusi instruksi memerlukan operasi aritmatik atau logika.

5.       Write data (Menulis data) :Hasil eksekusi mungkin memerlukan penulisan data ke memory atau ke modul I/O

Untuk melakukan tindakan ini prosesor kebutuhan beberapa cara untuk menyimpan instruksi dan data sementara. Sebuah representasi sederhana dari sebuah prosesor dapat ditampilkan sebagai berikut

Jika melihat lebih dekat pada organisasi internal prosesor, Anda akan melihat bahwa sangat mirip dengan pembuatan komputer.

Organisasi Register

Dalam prosesor ada satu set register yang berfungsi sebagai tingkat memori atas memori utama dan cache dalam hirarki / register tersebut dalam prosesor melakukan dua peran

1. User Visible register : register yang isinya dapat diketahui oleh pemrogram, register ini juga dapat meminimalkan referensi ke main memory
2. Control and Status register : register yang digunakan oleh CU, kontrol operasi CPU dan oleh sistem operasi untuk kontrol eksekusi program.

User Visible Register

Register ini memungkinkan pemrogram bahasa mesin dan bahasa assembler meminimalkan referensi main memori dengan cara mengoptimasi penggunaan register. Register ini adalah register yang dapat direfensikan dengan menggunakan bahasa mesin yang dieksekusi CPU.

Secara virtual semua rancangan CPU modern memiliki sejumlah user-visible register, yang merupakan kebalikan akumulator tunggal. Kita dapat membedakannya dengan kategori-kategori berikut ini :

·       Register General Purpose

·       Register Data

·       Register Alamat

·       Register Kode Kondisi

General-Purpose register dapat di-assign ke berbagai fungsi oleh pemrogram. General-Purpose register dapat berisi operand sembarang opcode. Dapat digunakan untuk fungsi-fungsi pengalamatan (misal : register indirect, displacement).

Register Data hanya dapat dipakai untuk menampung data dan tidak dapat digunakan untuk kalkulasi dan alamat operand.

Register alamat menyerupai general-purpose register, atau register-register tersebut dapat digunakan untuk mode pengalamatan tertentu. Contohnya :

·       Segment pointer => pada sebuah mesin yang memiliki pengalamatan bersegmen, register segmen menyimpan alamat basis segmen.

·       Register index => register ini digunakan untuk alamat-alamat yang terindeks dan mungkin autoindexed.

·       Stack pointer => apabila terdapat pengalamatan stack yang user-visible, maka biasanya stack berada di dalam memori dan terdapat register dedicated yang menunjuk ke bagian atas stack. Hal ini memungkinkan pengalamatan implisit, yaitu: push, pop dan instruksi stack lainnya tidak perlu operand stack eksplisi.

Register yang harus menampung alamat sedikitnya harus dapat menampung alamat yang terpanjang. Register-register data harus dapat menampung nilai-nilai sebagian besar jenis data.

Register kode kondisi adalah bit-bit yang disetel perangkat keras CPU sebagai hasil operasi.

Control & Status Registers

            Register yang digunakan oleh CU, kontrol operasi CPU dan oleh sistem operasi untuk control eksekusi program. Ada berbagai register prosesor yang digunakan untuk mengendalikan operasi prosesor.  Sebagian besar tidak terlihat oleh pengguna tetapi beberapa dapat terlihat oleh instruksi mesin, dieksekusi dalam kontrol atau mode sistem operasi .

Register yang penting bagi eksekusi instruksi :

·       Program Counter (PC) : alamat instruksi yang akan diambil

·       Instruction Register (IR) : instruksi yang terakhir diambil

·       Memory Address Register (MAR) : alamat lokasi dalam memori

·       Memory Buffer Register (MBR) : kata data yang akan ditulis ke memori atau kata yang paling baru dibaca

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 32-bit”, register 64-bit” dan lain-lain.

Siklus Instruksi

Proses dimana komputer akan mengambil Program instruksi dari perusahaan memori, 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.

Sirkuit yang digunakan dalam CPU selama siklus adalah:

• Program Counter (PC)

ü  counter incrementing yang melacak alamat memori dari instruksi yang akan dieksekusi selanjutnya .

·         Memory Address Register (MAR)

ü  menyimpan alamat dari sebuah blok memori untuk dibaca dari atau ditulis

·         Memori Data Register (MDR)

ü  register dua arah yang menyimpan data diambil dari memori (dan siap untuk CPU untuk proses) atau data yang menunggu untuk disimpan dalam memori

• Instruksi mendaftar (IR) 

ü  tempat memegang sementara untuk instruksi yang baru saja diambil dari memori

• Control Unit (CU) 

ü  menerjemahkan instruksi program di IR, memilih sumber daya mesin seperti daftar sumber data dan operasi aritmatika tertentu, dan mengkoordinasikan aktivasi sumber daya

• Aritmatika logika Unit (ALU)

ü  melakukan operasi matematis dan logisSiklus instruksi CPU Setiap komputer dapat memiliki siklus yang berbeda berdasarkan set instruksi yang berbeda, tetapi akan mirip dengan siklus berikut:

·         Fetch instruksi

ü  Instruksi berikutnya diambil dari alamat memori yang tersimpan saat ini dalam Kontra Program (PC), dan disimpan dalam Instruksi mendaftar (IR). Pada akhir operasi fetch, poin PC ke instruksi berikutnya yang akan dibaca pada siklus berikutnya.

·         Decode instruksi

ü  Decoder menafsirkan instruksi. Selama siklus ini instruksi di dalam IR (instruksi pendaftaran) akan diterjemahkan.

Memulai Siklus :

·         Siklus dimulai segera pada saat listrik dialirkan ke sistem menggunakan PC nilai awal yang ditetapkan untuk arsitektur sistem (dalam Intel IA-32 CPU, misalnya, nilai PC yang telah ditetapkan adalah0xfffffff0 ). Biasanya poin alamat ini dengan instruksi dalam memori hanya-baca (ROM) yang memulai proses loading sistem operasi . (Itu proses loading ini disebut booting)

1.       FETCH SIKLUS

ü  Langkah 1 dari Siklus Instruksi disebut Siklus Fetch. Langkah-langkah ini sama untuk setiap instruksi. Siklus fetch memproses instruksi dari kata instruksi yang berisi opcode

2.       DECODE

ü  Langkah 2 Siklus instruksi disebut membaca sandi tersebut. Opcode diambil dari memori sedang diterjemahkan untuk langkah berikutnya dan pindah ke register yang sesuai.

3.       BACA ALAMAT EFEKTIF

ü  Langkah 3 adalah memutuskan yang operasi itu. Jika ini adalah operasi memori – dalam langkah ini komputer memeriksa apakah ini adalah operasi memori langsung atau tidak langsung:

ü  Memori instruksi langsung – Tidak sedang dilakukan.

ü  Memori instruksi tidak langsung – Alamat efektif sedang dibaca dari memori.

ü  Jika ini adalah I / O atau instruksi Daftar – komputer memeriksa jenisnya dan mengeksekusi instruksi.

4.       JALANKAN SIKLUS

ü  Langkah 4 dari Siklus Instruksi adalah Siklus Execute. Langkah-langkah ini akan berubah dengan setiap instruksi. Langkah pertama dari siklus eksekusi adalah Proses-Memori. Data ditransfer antara CPU dan modul I / O. Berikutnya adalah Data-Pengolahan menggunakan operasi matematika serta operasi logis dalam referensi data. Perubahan Tengah adalah langkah berikutnya, adalah urutan operasi, misalnya operasi melompat. Langkah terakhir adalah operasi gabungan dari semua langkah lainnya.