Central Processing Unit (CPU)
Unit Pengolah Pusat – Central Processing Unit atau CPU adalah perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, prosesor (pengolah data), sering digunakan untuk menyebut CPU. Adapun mikroprosesor adalah CPU yang diproduksi dalam sirkuit terpadu,
seringkali dalam sebuah paket sirkuit terpadu-tunggal. Sejak
pertengahan tahun 1970-an, mikroprosesor sirkuit terpadu-tunggal ini
telah umum digunakan dan menjadi aspek penting dalam penerapan CPU.
Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut.
- Unit kontrol yang mampu mengatur jalannya
program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU.CPU bertugas
mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen
dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. termasuk dalam tanggung
jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama
dan menentukan jenis instruksi tersebut. Bila ada instruksi untuk
perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan
mengirim instruksi tersebut ke ALU. Hasil dari pengolahan data dibawa
oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk disimpan, dan pada saatnya
akan disajikan ke alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali
ini adalah:
- Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
- Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama.
- Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.
- Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.
- Menyimpan hasil proses ke memori utama.
- 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 di gunakan 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.
- ALU unit yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering di sebut mesin bahasa karena bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan semua operasi aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan
keputusan dari suatu operasi logika sesuai dengan instruksi program.
Operasi logika meliputi perbandingan dua operand dengan menggunakan
operator logika tertentu, yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ),
kurang dari (<), kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari
(>), dan lebih besar atau sama dengan (³ ).
- 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.
1. Cara Kerja CPU
Saat data dan/atau instruksi dimasukkan
ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di RAM (melalui
Input-storage); apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit
di Program-storage, namun apabila berbentuk data ditampung di
Working-storage). Jika register siap untuk menerima pengerjaan eksekusi,
maka Control Unit akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk
ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat memori yang
berisikan instruksi tersebut ditampung di Program Counter. Sedangkan
data diambil oleh Control Unit dari Working-storage untuk ditampung di
General-purpose register (dalam hal ini di Operand-register). Jika
berdasar instruksi pengerjaan yang dilakukan adalah arithmatika dan
logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar
instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung di Accumulator. Apabila
hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil
pengolahan di Accumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage.
Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan
menjemput hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke
Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan
akan ditampilkan ke output-devices.
2. Fungsi CPU
CPU berfungsi seperti kalkulator, hanya saja CPU jauh lebih kuat daya pemrosesannya. Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika terhadap data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras, seperti papan ketik, pemindai, tuas kontrol, maupun tetikus.
CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi perangkat lunak
komputer. Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU dengan
membacanya dari media penyimpan, seperti cakram keras, disket, cakram padat, maupun pita perekam. Instruksi-instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu pada memori fisik (RAM), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada RAM dengan menentukan alamat data yang dikehendaki.
Saat sebuah program dieksekusi, data mengalir dari RAM ke sebuah unit yang disebut dengan bus, yang menghubungkan antara CPU dengan RAM. Data kemudian didekode dengan menggunakan unit proses yang disebut sebagai pendekoder instruksi yang sanggup menerjemahkan instruksi. Data kemudian berjalan ke unit aritmatika dan logika (ALU) yang melakukan kalkulasi dan perbandingan. Data bisa jadi disimpan sementara oleh ALU dalam sebuah lokasi memori yang disebut dengan register
supaya dapat diambil kembali dengan cepat untuk diolah. ALU dapat
melakukan operasi-operasi tertentu, meliputi penjumlahan, perkalian,
pengurangan, pengujian kondisi terhadap data dalam register, hingga
mengirimkan hasil pemrosesannya kembali ke memori fisik,
media penyimpan, atau register apabila akan mengolah hasil pemrosesan
lagi. Selama proses ini terjadi, sebuah unit dalam CPU yang disebut
dengan penghitung program akan memantau instruksi yang sukses dijalankan supaya instruksi tersebut dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan sesuai.
3. Percabangan instruksi
Pemrosesan instruksi dalam CPU dibagi
atas dua tahap, Tahap-I disebut Instruction Fetch, sedangkan Tahap-II
disebut Instruction Execute. Tahap-I berisikan pemrosesan CPU dimana
Control Unit mengambil data dan/atau instruksi dari main-memory ke
register, sedangkan Tahap-II berisikan pemrosesan CPU dimana Control
Unit menghantarkan data dan/atau instruksi dari register ke main-memory
untuk ditampung di RAM, setelah Instruction Fetch dilakukan. Waktu pada
tahap-I ditambah dengan waktu pada tahap-II disebut waktu siklus mesin
(machine cycles time).
Penghitung program dalam CPU umumnya
bergerak secara berurutan. Walaupun demikian, beberapa instruksi dalam
CPU, yang disebut dengan instruksi lompatan, mengizinkan CPU mengakses instruksi yang terletak bukan pada urutannya. Hal ini disebut juga percabangan instruksi (branching instruction).
Cabang-cabang instruksi tersebut dapat berupa cabang yang bersifat
kondisional (memiliki syarat tertentu) atau non-kondisional. Sebuah
cabang yang bersifat non-kondisional selalu berpindah ke sebuah
instruksi baru yang berada di luar aliran instruksi, sementara sebuah
cabang yang bersifat kondisional akan menguji terlebih dahulu hasil dari
operasi sebelumnya untuk melihat apakah cabang instruksi tersebut akan
dieksekusi atau tidak. Data yang diuji untuk percabangan instruksi
disimpan pada lokasi yang disebut dengan flag.
4. Bilangan yang dapat ditangani
Kebanyakan CPU dapat menangani dua jenis bilangan, yaitu fixed-point dan floating-point. Bilangan fixed-point
memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik desimalnya. Hal ini
memang membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk angka-angka
tersebut, tetapi hal ini justru dapat dihitung oleh CPU secara lebih
cepat. Sementara itu, bilangan floating-point merupakan
bilangan yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, di mana sebuah angka
direpresentasikan sebagai angka desimal yang dikalikan dengan pangkat 10
(seperti 3,14 x 1057). Notasi ilmiah seperti ini merupakan
cara yang singkat untuk mengekspresikan bilangan yang sangat besar atau
bilangan yang sangat kecil, dan juga mengizinkan jangkauan nilai yang
sangat jauh sebelum dan sesudah titik desimalnya. Bilangan ini umumnya
digunakan dalam merepresentasikan grafik dan kerja ilmiah, tetapi proses
aritmatika terhadap bilangan floating-point jauh lebih rumit
dan dapat diselesaikan dalam waktu yang lebih lama oleh CPU karena
mungkin dapat menggunakan beberapa siklus detak CPU. Beberapa komputer
menggunakan sebuah prosesor sendiri untuk menghitung bilangan floating-point yang disebut dengan FPU (disebut juga math co-processor) yang dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat penghitungan bilangan floating-point. FPU saat ini menjadi standar dalam banyak komputer karena kebanyakan aplikasi saat ini banyak beroperasi menggunakan bilangan floating-point.
0 komentar:
Posting Komentar