Konfigurasi Central Processing Unit (CPU)

Arsitektur dasar mesin tipe von neumann menjadi kerangka referensi pada komputer digital umum (general-purpose) modern. Tiga bagian fundamental tersebut adalah :

1. Unit pengolahan pusat (CPU)

2. Unit masukan/keluaran (I/O)

3. Unit memori

Sebuah mesin tipe von Neumann

Program disimpan dalam unit memori utama yang berhadapan dengan piranti I/O melalui CPU. CPU membaca dari atau menulis ke memori, dengan mengirimkan alamat word ke unit memori melalui bus address kemudian menerima atau mengirimkan data melalui bus data. Data dipertukarkan antara CPU dan Unit I/O juga dengan menggunakan bus data. Operasi disinkronisasikan oleh dua bus control dengan sinyal kendali yang dikirimkan oleh CPU dan sinyal acknowledgment serta sinyal interupsi yang diterima oleh CPU.

   

   Eksekusi program yang telah tersimpan secara logis adalah sebagai berikut:

1.   CPU mem-fetch instruksi berikutnya dari memori

2.   CPU men-decode instruksi

3.  Berdasarkan instruksi, CPU mengeluarkan sinyal kendali untuk mem-fetch operand lainnya jika diperlukan dan kemudian akan melaksanakan salah satu tindakan berikut :

a.   Melakukan operasi aritmatika atau logika

b.   Menyimpan sebuah hasil ke dalam memori

c.   Membaca sebuah hasil dari atau menuliskan hasil ke piranti I/O.

4. CPU kembali ke langkah pertama dan melanjutkan proses hingga program diberhentikan

ORGANISASI CPU

Gambar diatas disebut jalur data dan berisi register-register (terutama 1 sampai 32), ALU (Arithmetic Logic Unit) dan beberapa bus yang menghubungkan bagian-bagian tersebut. Register-register tersebut melengkapi dua register untuk input ALU, yang dalam gambar diberi label A dan B. Register-register ini menyimpan input ALU sementara ALU menjalankan fungsi perhitungan.

KUMPULAN REGISTER

Register dari sebuah komputer secara kolektif disebut kumpulan register (register-set).

Diagram Blok Unit Pengolahan Pusat

Beberapa register mungkin mempunyai jenis yang sama, sedangkan yang lainnya mungkin berbeda. Namun, beberapa register berlaku umum pada hampir semua komputer umum.

·     Register Program Counter (PC)

·     Register Instruksi (IR)

·     Register umum (General Purpose) :

-PSW (Program Status Word)

-MAR (Memory Address Register)

-MBR (Memory Buffer Register)

-Accumulator

-Register flag

Kumpulan register pada mikroprosesor intel 8085

(a)  Internal Registers

(b) Register pair organization

Pada gambar (a), register A berfungsi sebagai sebuah akumulator 8 bit. CPU juga mencakup sebuah program counter (PC), sebuah stack pointer (SP), sebuah flag register dan enam register pengalamatan 8 bit.

Pada gambar (b), register 8 bit biasanya digunakan secara berpasangan. Register A bersama-sama dengan flag register, membentuk program status word (PSW). Tiga pasangan lainnya digunakan untuk tujuan pengalamatan, pasangan H merupakan pasangan yang sangat umum digunakan. Pasangan ini bisa dirujuk secara bersama-sama atau terpisah, yang menyebabkan tersedianya berbagai variasi intruksi.

Format Instruksi

Suatu Instruksi merupakan suatu tata cara yang digunakan oleh komputer untuk menyatakan operasi seperti ADD, STORE, LOAD, MOVE, dan BRANCH serta untuk menentukan lokasi data dimana suatu operasi akan dikerjakan. Kumpulan seluruh instruksi tersebut, disebut sebagai kumpulan instruksi.

Format Alamat

Addr1 = Alamat operand pertama

Addr2 = Alamat operand kedua

Addr3 = Alamat dimana hasil operasi disimpan

Mode Pengalamatan

Suatu variasi mode pengalamatan (addressing mode) dapat digunakan untuk menentukan suatu alamat tempat untuk dimana operand akan di fetch. Beberapa teknik ini dapat meningkatkan kecepatan pelaksanaan instruksi dengan menurunkan jumlah referensi pada memori utama dan meningkatkan jumlah referensi pada register kecepatan tinggi. Mode pengalamatan ini menjabarkan suatu aturan untuk menginterpretasikan atau memodifikasi field alamat dari instruksi sebelum operand direferensikan. Beberapa mode pengalamatan umum diantaranya adalah :

*OPR mewakili sebuah register untuk menyimpan operand yang akan digunakan sewaktu instruksi dijalankan.

ARITHMETIC AND LOGIC UNIT (ALU)

Ide mengenai satu adder umum yang mampu menambahkan dua register bersama-sama dan menyimpan hasilnya dalam register lainnya merupakan prinsip yang mendasar pada ALU. Sehingga ALU didefinisikan sebagai sebuah unit yang berisi sirkuit untuk menjalankan sekumpulan operasi mikro aritmatika dan logika.

Fungsi Aritmatika pada sebuah ALU biasanya mencakup integer, floating-point (real) dan desimal berkode biner. Disini operasi yang terjadi adalah penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian.

Fungsi Logika pada sebuah ALU lebih sederhana. Untuk segala operasi logika yang ingin diterapkan, maka hanya perlu memuat sejumlah n gerbang logika tertentu untuk operasi tersebut (satu untuk setiap pasangan bit input).

Selain itu pula ALU dapat digunakan sebagai Pergeseran, dengan menerapkan sirkuit geser kombinasional yang dikenal sebagai skalar posisi. Karena kita ingin menjalankan pergeseran bersamaan dengan fungsi aritmatika atau logika, seperti pada perkalian atau pengepakan string, maka akan lebih efisien untuk men-set penggeser diluar ALU. Dengan cara ini dapat ditambahkan dua angka dan menggeser seluruh hasil dalam satu langkah daripada meneruskan hasilnya ke input.

CONTROL LOGIC UNIT (CLU)

CLU pada komputer memasukkan informasi tentang instruksi dan mengeluarkan baris kendali yang diperlukan untuk mengaktifkan operasi-mikro yang semestinya. CLU terbentuk atas sebuah prosesor instruksi (IP atau instruction processor) yang berfungsi untuk mengendalikan fetch, perhitungan alamat dan siklus interupsi, kemudian prosesor aritmatika (AP atau arithmatic processor) yang berfungsi untuk mengendalikan siklus eksekusi bagi operasi aritmatika dan logika.

KONFIGURASI CPU

Komponen CPU dapat tersusun dalam berbagai cara, sangat tergantung pada jumlah bus data internal yang digunakan. Dua contoh diantaranya adalah Organisasi bus tunggal dan organisasi triple bus.

-       Organisasi Bus Tunggal

ALU memerlukan input register Y dan register Z secara bersamaan. Dengan hanya sebuah bus data tunggal, sebuah operand akan disimpan dalam Y dan yang lainnya dapat disimpan dalam bus. Sewaktu ALU menghitung hasilnya, input tersebut harus tetap konstan pada bus. Karena itu, kadang-kadang hasilnya disimpan dalam Z sampai operasi selesai dan kemudian ditransfer melalui bus ke tempat dimana harus disimpan. Dalam hubungan yang sama, CLU memerlukan informasi dari register khusus (specialpurpose) secara bersamaan untuk menghasilkan fungsi pengendalian yang tepat. Oleh karena itu, register-register tersebut dihubungkan secara langsung ke CLU selain dihubungkan dengan bus data untuk komunikasi umum.

-       Organisasi triple bus

Penggunaan tiga bus data internal, seperti gambar diatas akan melonggarkan beberapa batasan yang dibebankan oleh susunan bus-tunggal. Dalam hal ini, bus-bus yang terpisah dapat digunakan untuk dua input ALU termasuk juga untuk output ALU. Jika register dari kumpulan register adalah edge-trigerred, maka akan mungkin untuk menjalankan jenis operasi-mikro R1  (R2) + (R3) pada satu sinyal waktu.

SUMBER