Prosesor Paralel

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunaaan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya.

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanya diperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.

Pemrograman paralel adalah teknik pemrograman komputer yang memungkinkan eksekusi perintah/operasi secara bersamaan baik dalam komputer dengan satu (prosesor tunggal) ataupun banyak (prosesor ganda dengan mesin paralel) CPU. Tujuan utama dari pemrograman paralel adalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan. Komputasi paralel membutuhkan:

1. algoritma

2. bahasa pemrograman

3. compiler

    

Sebagaian besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari satu. Bahkan juga ada komputer dengan ribuan CPU. Komputer dengan satu CPU dapat melakukan parallel processing dengan menghubungkannya dengan komputer lain pada jaringan. Namun, parallel processing ini memerlukan software canggih yang disebut distributed processing software. Parallel processing berbeda dengan multitasking, yaitu satu CPU mengeksekusi beberapa program sekaligus. Parallel processing disebut juga parallel computing. Yang terdiri dari empat kelompok komputer. Keempat kelompok komputer tersebut adalah :

Komputer SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)

Komputer SSID

(http://thedestination-vaibhav.blogspot.co.id/2010/05/parallel-processing-sisdsimdmimdmisd.html)

Pada komputer jenis ini semua instruksi dikerjakan terurut satu demi satu, tetapi juga dimungkinkan adanya overlapping dalam eksekusi setiap bagian instruksi (pipelining). Pada umumnya komputer SISD berupa komputer yang terdiri atas satu buah pemroses (single processor). Namun komputer SISD juga mungkin memiliki lebih dari satu unit fungsional (modul memori, unit pemroses, dan lain-lain), selama seluruh unit fungsional tersebut berada dalam kendali sebuah unit pengendali. 

Komputer SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)

Komputer SIMD
(http://thedestination-vaibhav.blogspot.co.id/2010/05/parallel-processing-sisdsimdmimdmisd.html)

Pada komputer SIMD terdapat lebih dari satu elemen pemrosesan yang dikendalikan oleh sebuah unit pengendali yang sama. Seluruh elemen pemrosesan menerima dan menjalankan instruksi yang sama yang dikirimkan unit pengendali, namun melakukan operasi terhadap himpunan data yang berbeda yang berasal dari aliran data yang berbeda pula.

Komputer MISD (Multiple Instruction stream-Single Data stream)

Komputer MISD

(http://thedestination-vaibhav.blogspot.co.id/2010/05/parallel-processing-sisdsimdmimdmisd.html)

Komputer jenis ini memiliki n unit pemroses yang masing-masing menerima dan mengoperasikan instruksi yang berbeda terhadap aliran data yang sama, dikarenakan setiap unit pemroses memiliki unit pengendali yang berbeda. Keluaran dari satu pemroses menjadi masukan bagi pemroses berikutnya. Belum ada perwujudan nyata dari komputer jenis ini kecuali dalam bentuk prototipe untuk penelitian.

Komputer MIMD (Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)

Komputer MIMD
(http://thedestination-vaibhav.blogspot.co.id/2010/05/parallel-processing-sisdsimdmimdmisd.html)

Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara pemrosesan. Hal ini disebabkan seluruh aliran dari dan ke memori berasal dari space data yang sama bagi semua pemroses. Komputer MIMD bersifat tightly coupled jika tingkat interaksi antara pemroses tinggi dan disebut loosely coupled jika tingkat interaksi antara pemroses rendah.

Sumber 1

Sumber 2

Pipelining & RISC (Reduced Instruction Set Computer)

PIPELINING
 
Pipelining yaitu suatu cara yang digunakan untuk melakukan sejumlah kerja secara bersama tetapi dalam tahap berbeda yang jalankan secara kontinu pada unit pemrosesan. Dengan cara ini, maka unit pemrosesan selalu bekerja. Teknik pipeline ini dapat diterapkan pada berbagai tingkatan dalam sistemkomputer. Seperti pada instruksi yang dijalankan oleh microprocessor. Tanpa pipelining, prosesor komputer mendapatkan instruksi pertama dari memori, melakukan operasi yang diperintahkan, lalu melanjutkan mengambil instruksi selanjutnya dari memori, dan seterusnya. Saat mengambil instruksi bagian aritmatik dari prosesor dalam kondisi menunggu (idle). Bagian aritmatik akan tetap menunggu sampai instruksi selanjutnya. Dengan menggunakan pipelining, arsitektur komputer mengizinkan instruksi selanjutnya untuk dieksekusi ketika prosesor sedang melakukan operasi aritmatik, menyimpan instruksi yang akan dijalankan di dalam buffer yang dekat dengan prosesor sampai setiap operasi instruksi dijalankan. Proses pengambilan instruksi dilakukan secara kontinu. Dampak yang diberikan adalah jumlah instruksi yang dapat dijalankan lebih banyak dengan periode waktu yang lebih sedikit.

Tahapan Pipeline

• Mengambil instruksi dan mem-bufferkannya
• Ketika tahapan kedua bebas tahapan pertama mengirimkan instruksi yang dibufferkan tersebut
• Pada saat tahapan kedua sedang mengeksekusi instruksi, tahapan pertama memanfaatkan siklus memori yang tidak dipakai untuk mengambil dan membuffferkan instruksi berikutnya

Keuntungan Pipelining

• Waktu siklus prosesor berkurang, sehingga meningkatkan tingkat instruksi dalam kebanyakan  kasus( lebih cepat selesai).
• Beberapa combinational sirkuit seperti penambah atau pengganda dapat dibuat lebih cepat dengan menambahkan lebih banyak sirkuit. Jika pipelining digunakan sebagai pengganti, hal itu dapat menghemat sirkuit & combinational yang lebih kompleks.
• Pemrosesan dapat dilakukan lebih cepat, dikarenakan beberapa proses dilakukan secara bersamaan dalam satu waktu.

Kerugian Pipelining

• Pipelined prosesor menjalankan beberapa instruksi pada satu waktu. Jika ada beberapa cabang yang mengalami penundaan cabang (penundaan memproses data) dan akibatnya proses yang dilakukan cenderung lebih lama.
• Instruksi latency di non-pipelined prosesor sedikit lebih rendah daripada dalam pipelined setara. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa intruksi ekstra harus ditambahkan ke jalur data dari prosesor pipeline.
• Kinerja prosesor di pipeline jauh lebih sulit untuk meramalkan dan dapat bervariasi lebih luas di antara program yang berbeda.
• Karena beberapa instruksi diproses secara bersamaan ada kemungkinan instruksi tersebut sama-sama memerlukan resource yang sama, sehingga diperlukan adanya pengaturan yang tepat agar proses tetap berjalan dengan benar.
• Sedangkan ketergantungan terhadap data, bisa muncul, misalnya instruksi yang berurutan memerlukan data dari instruksi yang sebelumnya.
•  Kasus Jump, juga perlu perhatian, karena ketika sebuah instruksi meminta untuk melompat ke suatu lokasi memori tertentu, akan terjadi perubahan program counter, sedangkan instruksi yang sedang berada dalam salah satu tahap proses yang berikutnya mungkin tidak mengharapkan terjadinya perubahan program counter.

 RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Reduced Instruction Set Computer (RISC, bahasa Inggris untuk “Komputasi set instruksi yang disederhanakan”) adalah filosofi desain untuk prosesor komputer, yang lebih suka menggunakan instruksi mesin sederhana. Istilah ini diciptakan pada tahun 1980 oleh David A. Patterson und Carlo H. Séquin. Dengan pembatasan pada perintah sederhana ini, maka desain chip juga menjadi sederhana dan dimungkinkan detak clock yang tinggi (cepat) untuk Prosesor RISC. Lawan dari filosofi disain RISC adalah Complex Instruction Set Computer (CISC).

Sebuah set instruksi RISC dibebaskan dari perintah yang kompleks – terutama mereka pada saat menggabungkan akses memori (perlahan) dengan operasi aritmatika (cepat). Dengan demikian, tingkat pipa prosesor (processor pipeline) dapat disetel dengan baik, langkah menjadi lebih pendek, pipeline dapat di clock lebih cepat dan dimanfaatkan lebih berimbang, karena jumlah “penyumbatan” (stalls) berkurang. Alhasil, karakteristik ini menghasilkan keuntungan besar dalam efisiensi. Kecuali itu, perintah sederhana juga dapat dikodekan dengan lebar yang seragam, dan dibandingkan arsitektur CISC upaya dekoder menjadi lebih rendah, sehingga latensi pipeline jauh berkurang.

Set instruksi prosesor CISC biasanya diimplementasikan dalam bentuk microcode, sementara pada prosesor RISC, perintah diterapkan secara individu tertanam. Arsitektur RISC digunakan pada komputer dengan kinerja tinggi, seperti komputer vektor. Selain digunakan dalam komputer vektor, desain ini juga diimplementasikan pada prosesor komputer lain, seperti pada beberapa mikroprosesor Intel 960, Itanium (IA64) dari Intel Corporation, Alpha AXP dari DEC, R4x00 dari MIPS Corporation, PowerPC dan Arsitektur POWER dari International Business Machine. Selain itu, RISC juga umum dipakai pada Advanced RISC Machine (ARM) dan StrongARM (termasuk di antaranya adalah Intel XScale), SPARC dan UltraSPARC dari Sun Microsystems, serta PA-RISC dari Hewlett-Packard.

Referensi :
1. http://whatis.techtarget.com/definition/pipelining
2. http://iranwaysqorni.blogspot.co.id/2015/01/penjelasan-risc-dan-pipelining-risc.html
3. http://gudanglinux.com/glossary/risc-reduced-instruction-set-computer/
4. http://teguhmuhazir.blogspot.co.id/2016/12/pipelining-risc-reduced-instruction-set.html
5. http://4ib02celektro.blogspot.co.id/2016/12/pipelining-risc-reduce-instruction-set.html

Arsitektur Family Komputer IBM PC

Arsitektur Family Komputer IBM PC

IBM PC adalah sebutan untuk keluarga komputer pribadi buatan IBM. IBM PC diperkenalkan pada 12 Agustus 1981, dan “dipensiunkan” pada tanggal 2 April 1987.

A.   Famili IBM PC Dan Turunannya

Sejak diluncurkan oleh IBM, IBM PC memiliki beberapa keluarga, yakni

• IBM 4860 PCjr
• IBM 5140 Convertible Personal Computer (laptop)
• IBM 5150 Personal Computer (PC yang asli)
• IBM 5155 Portable PC (sebenarnya merupakan PC XT yang portabel)
• IBM 5160 Personal Computer/eXtended Technology
• IBM 5162 Personal Computer/eXtended Technology Model 286
• IBM 5170 Personal Computer/Advanced Technology

B.   Konfigurasi Mikrokomputer Dasar

Chipset adalah set dari chip yang mendukung kompatibel yang mengimplementasikan berbagai fungsi tertentu seperti pengontrol interupt, pengontrol bus dan timer.

Chip khusus yang di sebut koprosesor yang beroperasi bersama dengan CPU guna meningkatkan fungsionalitasnya.

C.   Komponen IBM PC

·         Sistem Kontrol BUS: Pengontrol BUS, Buffer Data, dan Latches Alamat

·         Sistem Kontrol Interrupt: Pengontrol Interrupt

·         Sistem Kontrol RAM dan ROM: Chip RAM dan ROM, Decoder Alamat, dan Buffer

·         Sistem Kontrol DMA: Pengontrol DMA

·         Timer: Timer Interval Programmable

·         Sistem Kontrol I/O: Interface Paralel Programmable

sumber :

http://dimaswibisono23.blogspot.co.id/2016/12/arsitektur-famili-komputer-ibm-pc_22.html
 http://teguhmuhazir.blogspot.co.id/2016/12/arsitektur-family-komputer-ibm-pc.html

unit input output

Pengertian dan Cara Kerja Sistem Bus

Bus adalah Jalur komunikasi yang dibagi pemakai Suatu set kabel tunggal yang digunakan untuk menghubungkan berbagai sub sistem. 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.

Cara Kerja Sistem Bus

• Pada sistem komputer yang lebih maju, arsitektur  komputernya akan lebih kompleks, sehingga untuk meningkatkan performa, digunakan beberapa buah bus.
•  Tiap bus merupakan jalur data antara beberapa device yang berbeda. Dengan cara ini RAM, Prosesor, GPU (VGA AGP) dihubungkan oleh bus utama berkecepatan tinggi yang lebih dikenal dengan nama FSB (Front Side Bus) .
• Sementara perangkat lain yang lebih lambat dihubungkan oleh bus yang berkecepatan lebih rendah yang terhubung dengan bus lain yang lebih cepat sampai ke bus utama. Untuk komunikasi antar bus ini digunakan sebuah bridge. 
  

  2. Standar I/O Interface

  Dibawah ini merupakan beberapa standar I/O Interface pada komputer:
  
• Parallel Interface (LPT)

Parallel port adalah port komunikasi dari komputer yang datanya dikirim dengan sistem parallel, artinya data 8 bit dikirim langsung bersama-sama dari bit 0 sampai bit 7. Parallel port juga dikenal dengan Printer Port atau Centronics Port. Parallel Port menggunakan koneksi jenis DB-25 Female. LPT sendiri diambil dari singkatan kata Line Printer.
Parallel Port pertama kali diperkenalkan pada tahun 1970 oleh Robert Howard and Prentice Robinson dari Centronics. Interfacing port dari Centronics ini kemudian dengan cepat menjadi standar industri. Parallel Port diimplementasikan pada komputer IBM pertama kali pada tahun 1981.
Parallel port dua arah mulai di pakai IBM pada tahun 1987, kemudian Hewlet Packard (HP) juga memperkenalkan versi dua arah yang dikenal sebagai Bitronics, yang dipakai pada LaserJet 4 di tahun 1992. Antarmuka Bitronics dan antarmuka Centronics kemudian digantikan oleh standar IEEE 1284 pada tahun 1994.
2.  Serial Interface (COM)
Serial port adalah port komunikasi dari komputer yang datanya dikirim dengan sistem serial, artinya data 8 bit dikirim bergantian dari bit 0 sampai bit 7. Dulu Serial Port menggunakan koneksi jenis DB-25 dan DB-9 Male, namun kini kebanyakan Serial Port menggunakan koneksi DB-9.
Serial Port menggunakan model transfer data serial dengan format UART (Universal Asyncronous Receiver Transmitter) yang artinya antara kedua sisi tidak ada clock sinkronisasi. Pada koneksi UART dikenal dengan 2 pin yang disebut Tx dan Rx. Tx adalah pin yang berfungsi sebagai pengirim data dan Rx adalah pin yang berfungsi sebagai penerima data.
3. USB Interface
Universal Serial Bus (USB) : Sebuah bus I/O (input/output) yang dapat mentransfer data hingga 12 megabit per detik.
Selamat tinggal port paralel dan serial yang lamban, kini jamannya Universal Serial Bus (USB). Lebih cepat, lebih kuat dan lebih fleksibel serta benar-benar berazaskan Plug and Play. Bahkan USB versi 2.0 yang baru saja dikeluarkan mampu memberikan tingkat kinerja dan kecepatan yang sebanding dengan bus berkecepatan tinggi semacam IEEE 1394.
Beberapa hal yang perlu Anda ketahui tentang USB:

1.    Lebih cepat dibanding port paralel atau serial dengan kecepatan transfer hingga 12 mbps (bahkan untuk versi terbaru, bisa mencapai kecepatan 480 mbps)
2. Dapat mengkoneksikan hingga 127 periferal
3. Diterima secara luas, baik dari sisi hardware, software (baca: sistem operasi), ataupun pengguna
4. Membutuhkan Windows 98 ke atas untuk kompatibilitas secara penuh.

4. PS/2 Interface
Konektor PS/2 adalah 6-pin mini-DIN konektor yang digunakan untuk menghubungkan beberapa keyboard dan mouse ke sistem komputer PC yang kompatibel. Namanya berasal dari IBM Personal System/2 series dari komputer pribadi, yang diperkenalkan pada tahun 1987.
Konektor mouse PS/2 ini menggantikan konektor DE-9 RS-232 yang lebih tua untuk serial mouse sedangkan konektor keyboard PS/2 menggantikan yang lebih besar 5-pin/180 ° konektor DIN digunakan dalam desain IBM PC/AT.
Interface PS/2 didesain untuk keyboard dan mouse elektrik dan menggunakan protokol komunikasi yang sama. Namun, keyboard sistem dan port mouse tidak dapat dipertukarkan karena dua perangkat ini menggunakan perintah yang berbeda.
5. VGA Interface
Port VGA ini tersusun atas 3 baris dan memiliki jumlah 15 pin betina (female connector) yang berguna untuk menghubungkan VGA Card ke Monitor.
6. Audio Interface
Port ini digunakan untuk menghubungkan perangkat seperti speaker, microphone, headset, dll.
7. LAN Interface
Port ini digunakan untuk komunikasi antar komputer, sehingga komputer dapat saling berbagi informasi dengan komputer lainnya.

3. Pengaksesan peralatan I/O

Pengaksesan I/O terdiri dari dua cara yaitu :

1. Memory mapped I/O

Dimana pirabti I/O dihubungkan sebagai lokasi memory virtual dimana port I/O tergantung pada memori utama
Karakteristik memory mapped I/O antara lain :

• Port I/O dihubungkan ke bus alamat
• Piranti input sebagai bagian memory yang memberikan data ke bus data. Piranti output ssebagai bagian memori yang memiliki data tersimpan di dalamnya.

2. I/O mapped I/O

Piranti I/O dihubungkan sebagai lokasi terpisah dengan lokasi memori, dimana port I/O tidak tergantung pada memori utama.
karakteristik I/O mapped I/O :

• Port I/O tidak tergantung memori utama
• Transfer informasi dilakukan di bawah kendali sinyal control yang menggunakan instruksi INPUT dan OUTPUT
• Operasi I/O tergantung sinyal kendali dari CPU
• Intruksi I/O mengaktifkan baris kendali read/write pada port I/O, sedangkan instruksi memori akan mengaktifkan baris kendali read/write pada memori
• Ruang memory dan ruang alamat I/O menyatu, sehingga dapat memiliki alamat yang sama.

Referensi:
https://sekaranindya.wordpress.com/2013/11/27/input-output/
https://id.wikipedia.org/wiki/Bus_sistem
http://souletz.blogspot.com/2013/12/pengertian-dan-jenis-io-port-computer.html
http://www.pintarkomputer.com/pengertian-dan-macam-macam-port-io/
http://hausenka.blogspot.co.id/2015/09/metode-pengaksesan-io.html
https://faiqsc.wordpress.com/2016/01/22/pengertian-dan-cara-kerja-sistem-bus/
https://triazis13.wordpress.com/2016/12/17/unit-input-output/

cpu

CPU, ALU, CU, Dan Register

a. Pengertian CPU

CPU  merupakan  singkatan  dari  Central  Prosessor  Unit  yang  sering  diartikan  oleh  manusia sebagai  tubuh  maupun  dari  otak  sikomputer.  Selain  dapat  mengolah  berbagai  hitungan Aritmatika,  CPU  juga  dapat  mengolah  data-data  yang  telah  masuk  kedalam  komputer  dan menyimpannya  kedalam  Hardisk  maupun  alat  penyimpanan  lainnya  melalui  perintah prosessor yang ada di CPU. CPU sendiri terbuat dari lempengan yang  berbahan silicon yang terdiri  atas  10  juta  transitor  yang  biasa  disebut  “chip”.  Perkembangan  CPU  dari  waktu  ke waktu  semakin  meningkat.  Awal  munculnya  processor,  yakni  hadir  dengan microprocessornya  yang  di  buat  oleh  INTEL,  satu-satunya  produsen  pada  masa  itu  untuk pembuatan  processor.  Namun,  sekarang  ini  sudah  banyak  perusahaan-perusahaan  yang membuat processor.

Control Unit
Unit  kontrol  (bahasa  Inggris:  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.  Output  dari  CU  ini  akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut. Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU  diimplementasikan  sebagai  sebuah  microprogram  yang  disimpan  di  dalam  tempat penyimpanan kontrol (control store).

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:
1.  Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
2.  Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
3.  Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.
4.  Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan
5.  logika serta mengawasi kerja.
6.  Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Proses tiga langkah karakteristik unit control:
1.  Menentukan elemen dasar prosesor
2.  Menjelaskan operasi mikro yang akan dilakukan prosesor
3.  Menentukan fungsi-fungsi yang harus dilakukan unit control agar menyebabkan pembentukan operasi mikro

Masukan-masukan unit control:
1.  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.

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

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

4.  Sinyal control untuk mengontrol bus
Bagian bus control bus system memberikan sinyal-sinyal ke unit control, seperti sinyalsinyal 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, dan sinyal-sinyal yang dapat mengaktifasi fungsi-fungsi ALU tertentu.

ALU (Aritmetic and Logic Unit)
ALU (Arithmetic and Logic Unit), CU (Control Unit), Register, dan interkoneksinya. ALU merupakan bagian pengolah bilangan biner dari sebuah prosesor. ALU bertugas melakukan operasi-operasi  aritmatika  dan  logika  sesuai  dengan  instruksi  yang  diberikan.  ALU  juga merupakan salah satu bagian yang terpenting. Unit aritmetik logika (ALU) terdiri dari sirkuit elektronik  yang  membuatnya  mampu  melaksanakan  operasi  aritmatika  dan  logika.  Ia mengeksekusi  instruksi  dan  melakukan  perhitungan  (tambah,  kali,  kurang,  dan  bagi)  dan perbandingan.  ALU  bekerja  dengan  register  yang  berbeda  untuk  menyimpan  data  atau informasi  tentang  tindakan  terakhir  yang  dilakukan  oleh  unit  logika.  ALU  mampu membandingkan huruf, angka, atau karakter khusus. Komponen dari rangkaian logika pada ALU  adalah  gerbanggerbang  logika  AND,  OR,  XOR,  dan  NOT  yang  dihubungkan  pada multiplexer.  Selain  itu  juga  terdapat  juga  operasi  shifter  yang  komponen  dasarnya  adalah multiplexer. Komponen ALU mendapatkan masukan data dari register dan sinyal kontrol dari CU.  Untuk  operasi  ALU  dengan  dua  masukan,  diperlukan  dua  register  8-bit:  ACC (accumulator) untuk masukan pertama dan temp (register sementara) untuk masukan kedua. Hasil  dari  operasi  ALU  ini  adalah  data  8-bit  yang  kemudian  diteruskan  ke  register  untuk menyimpan  hasil  operasi  ini.  Selain  itu  juga  dihasilkan  flag  atau  bit  status.  Flag  ini  akan diteruskan  ke  register  yang  menyimpan  flag  hasil  dari  operasi  ALU.  Untuk  mempercepat pemrosesan  data  di  dalam  prosesor,  selain  CU  dan  ALU,  prosesor  juga  membutuhkan memori  dengan  kecepatan  yang  sama  dengan  prosesor.  Memori  khusus  yang diimplementasikan  pada  prosesor  ini  disebut  register.  Komponen  utama  penyusun  register adalah flip-flop.

Bus
Suatu sistem digital pada umumnya memiliki banyak komponen register. Interkoneksi antar komponen  diperlukan  untuk  transfer  data  dari  satu  komponen  ke  komponen  yang  lainnya. Untuk  efesiensi  dalam  transfer  data  tersebut  digunakan  suatu  sistem  untuk  berbagi  saluran yang disebut bus. Bus adalah sekelompok kawat penghubung yang digunakan sebagai jalur untuk  menyalurkan  bit-bit  biner.  Ada  tiga  jenis  bus  pada  sistem  prosesor  :  bus  data,  bus alamat, dan bus kontrol.

1.  Bus  data  digunakan  untuk  mentransfer  data  antara  CPU  dengan  elemen  elemen  lain  di dalam sistem. Bus data bersifat bidirectional, bisa menerima data dan juga mengirimkan data. Juga terdapat internal data bus untuk transfer data sesama elemen CPU, yang dihubungkan ke bus data sistem melalui Memory Buffer Register (MBR). MBR merupakan buffer dua arah.

2. Bus alamat membawa alamat dari lokasi memori, untuk mengambil data agar dapat dibaca
atau untuk menyimpan agar dapat ditulis. Bus alamat dapat juga mengalamati elemen elemen lain di dalam sistem seperti unit antarmuka masukan/keluaran. Bus alamat dapat membawa 16 bit informasi digital secara serempak.

3.Bus kontrol membawa semua isyarat kontrol dari CPU. Fungsi utama bus kontrol adalah: 

sinkronisasi memori dan I/O, penjadwalan CPU (misalnya interupsi), dan  tugas lain seperti reset dan clock. Sebelum memasuki address bus sistem maupun control bus sistem, informasi terlebih  dahulu  melewati  Memory  Address  Register  (MAR),  yang  merupakan  buffer  satu arah.

Today Deal $50 Off : https://goo.gl/efW8Ef

 

CU (Control Unit )

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. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut.

Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor)

Tugas dari CU adalah sebagai berikut:

 1.Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

 2.Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.

 3.Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses.

4.Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja.

 5.Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Macam-macam CU : 1. Single-Cycle CU Proses di CUl ini hanya terjadi dalam satu clock cycle, artinya setiap instruksi ada pada satu cycle, maka dari itu tidak memerlukan state. Dengan demikian fungsi boolean masing-masing control line hanya merupakan fungsi dari opcode saja. Clock cycle harus mempunyai panjang yang sama untuk setiap jenis instruksi. Ada dua bagian pada unit kontrol ini, yaitu proses men-decode opcode untuk mengelompokkannya menjadi 4 macam instruksi (yaitu di gerbang AND), dan pemberian sinyal kontrol berdasarkan jenis instruksinya (yaitu gerbang OR). Keempat jenis instruksi adalah “R-format” (berhubungan dengan register), “lw” (membaca memori), “sw” (menulis ke memori), dan “beq” (branching). Sinyal kontrol yang dihasilkan bergantung pada jenis instruksinya.

 Misalnya jika melibatkan memori ”R-format” atau ”lw” maka akan sinyal ”Regwrite” akan aktif. Hal lain jika melibatkan memori “lw” atau “sw” maka akan diberi sinyal kontrol ke ALU, yaitu “ALUSrc”. Desain single-cycle ini lebih dapat bekerja dengan baik dan benar tetapi cycle ini tidak efisien.

2. Multi-Cycle CU Berbeda dengan unit kontrol yang single-cycle, unit kontrol yang multi-cycle lebih memiliki banyak fungsi. Dengan memperhatikan state dan opcode, fungsi boolean dari masing-masing output control line dapat ditentukan. Masing-masingnya akan menjadi fungsi dari 10 buah input logic. Jadi akan terdapat banyak fungsi boolean, dan masing-masingnya tidak sederhana. Pada cycle ini, sinyal kontrol tidak lagi ditentukan dengan melihat pada bit-bit instruksinya. Bit-bit opcode memberitahukan operasi apa yang selanjutnya akan dijalankan CPU; bukan instruksi cycle selanjutnya.

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. Output dari CU ini akan mengatur aktivitas dari bagian lainnya dari perangkat CPU tersebut. Pada awal-awal desain komputer, CU diimplementasikan sebagai ad-hoc logic yang susah untuk didesain. Sekarang, CU diimplementasikan sebagai sebuah microprogram yang disimpan di dalam tempat penyimpanan kontrol (control store). Beberapa word dari microprogram dipilih oleh microsequencer dan bit yang datang dari word-word tersebut akan secara langsung mengontrol bagian-bagian berbeda dari perangkat tersebut, termasuk di antaranya adalah register, ALU, register instruksi, bus dan peralatan input/output di luar chip. Pada komputer modern, setiap subsistem ini telah memiliki kontrolernya masing-masing, dengan CU sebagai pemantaunya (supervisor). Tugas dari CU adalah sebagai berikut: 1.Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output. 2.Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama. 3.Mengambil data dari memori utama kalau diperlukan oleh proses. 4.Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja. 5.Menyimpan hasil proses ke memori utama.

Today Deal $50 Off : https://goo.gl/efW8Ef

Today Deal $50 Off : https://goo.gl/efW8Ef

Register merupakan alat penyimpanan kecil yang mempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan/atau instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Secara analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika

Register yang dibahas di sini adalah register-register yang terdapat pada mikroporsesor keluarga Intel dari 80386-80486, yang mana terdiri dari : general purpose register (register serbaguna), pointer register (register pointer), index register (register indeks), segment register (register segmen), dan flag register (register status). Register-register tersebut semuanya menggunakan register 32-bit, kecuali register segmen yang hanya memiliki lebar 16-bit. Selain sebagai register 32-bit, register lain (selain register segmen) dapat digunakan sebagai register 16-bit, dan khusus untuk register serbaguna dapat digunakan untuk register 8-bit. Pada masa mikroprosesor 16-bit, semua registernya adalah 16-bit, kecuali register serbaguna yang dapat berfungsi sebagai register 16-bit dan 8-bit. Sedangkan pada masa mikroprosesor 8-bit register-registernya adalah register 8-bit, kecuali register status yang lebarnya 16-bit.

Berikut adalah penjelasan dari masing-masing register di atas.

- General Purpose Register (Scratch-Pad Register), terdiri dari:

• AX (AH + AL) - Accumulator Register
• BX (BH + BL) - Base Register
• CX (CH + CL) - Counter Register
• DX (DH + DL) - Data Register

- Segment Register

• CS - Code Segment Register
• DS - Data Segment Register
• SS - Stack Segment Register
• ES - Extra Segment Register

- Pointer Register

• IP - Instruction Pointer Register
• SP - Stack Pointer Register
• BP - Base Pointer Register

- Index Register

• SI - Source Index Register
• DI - Destination Index Register

- Flag Register

• GENERAL PURPOSE REGISTER

General Purpose Register terdiri dari emapt register yang mempunyai kemampuan 16 bit dan dapat dibagi menjadi Register Low dan High Bits yang masing-masing berkemampuan 8 bit.

Register AX

Register AX merupakan register aritmatik, karena register ini selalu dipakai dalam operasi penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian.

Setiap register general purpose mempunyai Register Low dan Register High, maka untuk AX register low-nya adlaah AL dan register high-nya adalah AH. Register AH merupakan tempat menaruh nilai service number untuk beberapa Interrupt tertentu.

Register BX

Register BX adalah salah satu dari dua register base Addressing Mode yang dapat mengambil atau menulis langsung dari atau ke memori.

Register CX

Register CX merupakan suatu counter untuk meletakkan jumlah lompatan pada Loop yang anda lakukan.

Register DX

Register DX memiliki 3 tugas antara lain:

Membantu AX dalam proses perkalian dan pembagian, terutama perkalian dan pembagian 16 bit.

DX merupakan register offset dari DS

DX bertugas menunjukkan nomor port pada operasi port

• POINTER REGISTER

Pointer Register bertugas untuk menyimpan offset dari relative address.

Register IP

Pasangan register IP adalah register CS yang merupakan register terpenting untuk menunjukkan baris perintah program. Pada pertama program dijalankan register ini akan langsung menunjuk pada awal program.

Register SP

Pasangan register SP adalah register SS yang digunakan untuk operasi stack. Pada saat program pertama dijalankan register ini akan menunjuk pada byte terakhir stack.

Register BP

Register BP mempunyai fungsi yang sama dengan register BX yaitu dapat menulis dan membaca ke atau dari memori secara langsung. 

Perbedaannya adalah BX menulis dan membaca dengan segment SS (Stack Segment).

Register BP digunakan juga dalam komunikasi anatara bahasa komputer, seperti PASCAL dengan Assembler ataupun Turbo C dengan Assembler.

• INDEX REGISTER

Index Register terdiri dari dua register yaitu register DI dan SI, dimana kedua register ini merupakan register yang dipakai untuk melakukan Operasi String.

Kedua register ini sering digunakan untuk menulis dan membaca ke atau dari memori seperti BX dan BP

• FLAG REGISTER

| X | X | X | X | O | D | I |T | S | Z | X | A | X | P | X | C |

Flag Bits:

O - Overflow Flag

D - Direction Flag

I - Interrupt Flag

T - Trap Flag

S - Sign Flag

Z - Zero Flag

A - Auxiliary Carry Flag

P - Parity Flag

C - Carry Flag

X - Reserved (kosong)

Flag register ini merupakan suatu komposisi register 16 bit dengan ketentuan  seperti gambar diatas, dimana komposisi bit nya dapat mengecek apakah sesuatu berfungsi atau tidak.

SUMBER:
http://fhariedzth-killms.blogspot.co.id/2012/11/central-processing-unit-cpu.html
https://reddevil2893.wordpress.com/2013/12/05/pengertian-alu-arithmetic-logical-unit-dan-sitem-bus/
https://id.wikipedia.org/wiki/Bus_sistem

http://simuk-warrior.blogspot.co.id/2015/06/pengertian-bus-system-sistem-bus.html

http://galuhpribadi.blogspot.co.id/2016/11/cpu-sistem-bus-alu-dan-register_1.html

https://mahmudiuye.blogspot.co.id/2015/04/struktur-cpu-fungsi-cpu-alu-control.html 

http://ekapka.blogspot.co.id/2013/09/pengertian-control-unit-cu-dan.html