CPU

Komponen Utama CPU

CPU  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 3.1 dan struktur detail internal CPU terlihat

pada gamber  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 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, 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.

Gambar 1 Komponen internal CPU

Gambar 2 Struktur detail internal CPU

  Fungsi CPU

Fungsi CPU adalah penjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama

dengan cara  mengambil  instruksi  – instruksi, menguji  instruksi  tersebut  dan mengeksekusinya

satu persatu sesuai alur perintah. 

Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu kita tinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program

adalah dengan mengambil  pengolahan instruksi  yang  terdiri  dari  dua  langkah, yaitu :  operasi

pembacaan instruksi  (fetch)  dan operasi  pelaksanaan instruksi  (execute). Siklus  instruksi  yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi diperlihatkan pada gambar 3 berikut. 

Gambar 3 Siklus instruksi dasar 

  Siklus Fetch - Eksekusi

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat

register  dalam  CPU  yang  berfungsi  mengawasi  dan menghitung  instruksi  selanjutnya, yang

disebut Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca

instruksi. 

Instruksi  – instruksi  yang  dibaca  akan dibuat  dalam  register  instruksi  (IR). Instruksi  –

instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian

dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :

• 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 instruksi  untuk  pengontrolan fungsi  atau kerja. Misalnya  instruksi

pengubahan urusan eksekusi. 

Perlu diketahui  bahwa  siklus  eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah

referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O.

Perhatikan gambar 3.4 yang merupakan detail siklus operasi pada gambar 3.3, yaitu : 

•  Instruction Addess  Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi  atau menentukan alamat  instruksi

berikutnya  yang  akan dieksekusi. Biasanya  melibatkan penambahan bilangan tetap ke  alamat

instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit padahal memori memiliki

panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya. 

• Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU. 

•  Instruction Operation Decoding (IOD),yaitu menganalisa  instruksi  untuk  menentukan jenis

operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.  

•  Operand Address  Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat  operand, hal  ini  dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori. 

• Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O. 

• Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi. 

• Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori. 

Gambar 4 Diagram siklus instruksi

 Fungsi Interrupt

Fungsi  interupsi  adalah mekanisme  penghentian atau pengalihan pengolahan instruksi

dalam  CPU  kepada  routine  interupsi. Hampir  semua  modul  (memori  dan I/O)  memiliki

mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU. 

Tujuan interupsi  secara  umum  untuk  menejemen pengeksekusian routine  instruksi  agar

efektif  dan efisien antar  CPU  dan modul  – modul  I/O  maupun memori. Setiap komponen

komputer  dapat  menjalankan tugasnya  secara  bersamaan, tetapi  kendali  terletak  pada  CPU

disamping  itu kecepatan eksekusi  masing  – masing  modul  berbeda  sehingga  dengan adanya

fungsi  interupsi  ini  dapat  sebagai  sinkronisasi  kerja  antar  modul. Macam – macam kelas sinyal

interupsi :

•  Program, yaitu interupsi  yang  dibangkitkan dengan beberapa  kondisi  yang  terjadi  pada  hasil

eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal. 

• Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan

sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler. 

• I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error

dan penyelesaian suatu operasi. 

•  Hardware  failure,        adalah interupsi  yang  dibangkitkan oleh kegagalan daya  atau kesalahan paritas memori. 

Dengan adanya  mekanisme  interupsi, prosesor  dapat  digunakan untuk  mengeksekusi

instruksi – instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima

tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian

prosesor  akan menghentikan eksekusi  yang  dijalankannya  untuk  menghandel  routine  interupsi.

Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.

Saat  sinyal  interupsi  diterima  prosesor  ada  dua  kemungkinan tindakan, yaitu interupsi

diterima/ditangguhkan dan interupsi  ditolak. Apabila  interupsi  ditangguhkan, prosesor  akan

melakukan hal – hal dibawah ini :

1. Prosesor  menangguhkan eksekusi  program  yang  dijalankan dan menyimpan konteksnya.

Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain

yang relevan. 

2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler. 

Gambar 5 berikut menjelaskan siklus eksekusi oleh prosesor dengan adanya fungsi interupsi.

Gambar 5 Siklus eksekusi instruksi dengan interrupt

Untuk  sistem  operasi  yang  kompleks  sangat  dimungkinkan adanya  interupsi  ganda

(multiple  interrupt). Misalnya  suatu komputer  akan menerima  permintaan interupsi  saat  proses

pencetakan dengan printer  selesai, disamping  itu dimungkinkan dari  saluran komunikasi  akan

mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Dalam hal ini prosesor harus menangani

interupsi ganda. 

Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini. Pertama adalah

menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian

setelah prosesor  selesai  menangani  suatu interupsi  maka  interupsi  lain baru di  tangani.

Pendekatan ini disebut  pengolahan interupsi berurutan / sekuensial. Pendekatan ini cukup baik

dan sederhana karena interupsi ditangani dalam ututan yang cukup ketat. Kelemahan pendekatan

ini  adalah metode  ini  tidak  memperhitungkan prioritas  interupsi. Pendekatan ini  diperlihatkan

pada gambar 6a. 

Pendekatan kedua  adalah dengan mendefinisikan prioritas  bagi  interupsi  dan interrupt

handler mengizinkan interupsi  berprioritas  lebih tinggi ditangani terlebih dahulu. Pedekatan ini

disebut pengolahan interupsi bersarang. Metode ini digambarkan pada gambar 6b.  

 

Gambar 6 Transfer pengendalian pada interupsi ganda

Sebagai  contoh untuk  mendekatan bersarang, misalnya  suatu sistem  memiliki  tiga

perangkat  I/O:  printer, disk, dan saluran komunikasi, masing  – masing  prioritasnya  2, 4 dan 5. Pada  awal  sistem  melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi  sehingga  modul  komunikasi  meminta  interupsi. Proses  selanjutnya  adalah pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan. Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka  interupsi disk ditangguhkan. Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi  yang  memiliki  prioritas  lebih tinggi, yaitu disk. Bila  interupsi  disk  selesai  dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama. 

sumber:  http://www.elearning.amikom.ac.id/.../20091211_...