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