CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU)

                     Central Processing unit atau lebih dikenal dengan CPU adalah otak dari computer yang merupakan tempat untuk memproses instruksi program. Digunakan Sejak 1970-an.

            CPU melakukan beberapa tugas antara lain :             

1.    Mengatur dan mengendalikan alat / output.

2.    Mengambil Instruksi yang dikodekan dari memori utama melakukan tindakan.

3.    Melakukan pengambilan data dari memori utama untuk diproses.

4. Mengirimkan instruksi kepada ALU untuk perhitungan aritmatika dan logika dan mengawasi sistem kerja ALU.

5.    Menyimpan semua proses ke memori utama

I.      Komponen Utama CPU :

     1.    Arithmetic And Logical Unit.

     2.    Control Unit.

     3.    Registers.

     4.    CPU Interconnections.

A.  Arithmetic And Logic Unit ( ALU )         

     Alu Bertugas mengolah data yang berhubungan dengan aritmatika. ALU sering disebut basa mesin karena mengerjakan instruksi bahasa mesin. ALU memiliki 2 Bagian yaitu Unit Arithmetic dan Unit Logika Boolean.

    Operasi logika yang dilakukan menggunakan operator logika, seperti:

·         Sama dengan (=)

·         Tidak sama dengan (< >)

·         Kurang dari (<)

·         Kurang dari atau sama dengan (<=)

·         Lebih besar dari (>)

·         Lebih besar dari atau sama dengan (>=)

            Fungsi-fungsi yang digunakan pada ALU adalah add (penjumlahan), sub (pengurangan), and, or, dll.

B.  Control Unit

CU adalah bagian CPU yang mengendalikan atau mengontrol ALU dan menghisilkan output yang mengatur aktifitas perangkat lainnya yang ada di CPU.

Tugas CU adalah :

·         Mengatur dan mengendalikan alat I/O

·         Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama

·         Mengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh proses

·         Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau logika

·         Menyimpan hasil proses ke main memory 

                  Macam-macam CU antara lain :

1.      Single-cycle CU (proses dalam satu clock cycle)

2.      Multi-cycle CU (memiliki banyak fungsi)

C.     REGISTER (top level memory)

yaitu salah satu media penyimpanan internal cpu untuk pengolahan data yang bersifat sementara dan biasanya untuk menyimpan data saat di olah.

Register pada CPU membentuk dua peran:

A.    Register terlihat oleh pengguna

Di bagi menjadi beberapa kategori yaitu :

·         Register Bertujuan Umum

Register ini digunakan untuk berbagai macam fungsi, dan dapat juga digunakan untuk fungsi pengalamatan.

·         Register Data

Register ini hanya dapat digunakan untuk menampung data dan tidak dapat digunakan dalam kalkulasi alamat operand.

·         Register Alamat

Register ini digunakan untuk menampung pengalamatan data, seperti:

ü  Pointer Segmen untuk menampung alamat segmen

ü  Register Indeks untuk menampung alamat indeks

ü  Pointer Stack untuk menyimpan alamat stack yang memungkinkan pengalamatan tersembunyi, seperti push dan pop.

·         Register Kode Kondisi

Kode kondisi adalah set bit oleh CPU sebagai hasil operasi, atau disebut juga sebagai flag.

B.     Register Kontrol dan Status

Bertugas mengontrol  proses CPU sistem operasi dalam mengeksekusi program.

Register untuk eksekusi instruksi adalah:

1.      Program Counter (PC): berisi alamat instruksi yang diambil

2.      Instruction Register (IR): berisi instruksi yang paling akhir diambil

3.      Memory Address Register (MAR): berisi alamat lokasi dalam memori

4.      Memory Buffer Register (MBR): berisi data word yang dituliskan ke memori atau word yang terakhir dibaca.

II.     Fungsi CPU

CPU merupakan komponen terpenting dari system computer yang merupakan otak komputer. karena tanpa CPU komputer tidak dapat mengolah data. Fungsi CPU adalah menjalankan program dari RAM melalui bus yang menghubungkan CPU dengan RAM kemudian data dikodekan melalui unit proses dan berjalan ke ALU untuk disimpan sementara.CPU melakukan dua langkah untuk melakukan eksekusi yaitu :

           a.       operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi

           b.      pelaksanaan instruksi (execute).

                A.    Siklus Fetch – Eksekusi

Ø  Setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.

Ø  Register dalam CPU berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, disebut Program Counter (PC) yang akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

Ø  Instruksi yang dibaca akan dibuat dalam Instruction Register (IR) yang berbentuk kode-kode biner, kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

   Aksi-aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori:

      a.       Perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.

      b.      Perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.

      c.       Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.

      d.      Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja.

                 A.    Fungsi Interupsi

              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 manejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.

Macam-macam kelas sinyal interupsi:

a.       Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal.

b.      Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor.

c.       I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.

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

Mekanisme interupsi

Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain. Saat modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Prosessor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menjalankan interupsi Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak. Apabila interupsi ditangguhkan, prosesor akan melakukan:

1.      Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya (menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain).

2.      Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler. Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali.