Komponen CPU

KOMPONEN UTAMA CPU

- Arithmetic and Logic Unit (ALU)
- Control Unit (CU)
- Registers
- CPU Interconnections

Arithmetic and Logic Unit
Bertugas membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer.
Arithmetic Logic Unit sering disebut dengan bahasa mesin (machine language) karena bagian ini mengerkjakan instruksi-instruksi bahasa mesin yang diberikan kepadanya.
Arithmetic Logic Unit terdiri dari dua bagian yaitu unit arithmetic dan unit logika Boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
Control Unit [CU]
Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya.
Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi-intstruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.
Registers [Top Level Memory]
Media penyimpanan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.
Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.
CPU Interconnections
Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus-bus eksternal CPU.
Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register-register.
Komponen eksternal CPU : sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan dan keluaran.
KOMPONEN INTERNAL CONTROL PROCESSING UNIT [CPU]
Fungsi CPU
Menjalankan program-program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi-instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.
Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute).
Siklus Instruksi
Terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi.
Siklus Fetch – Eksekusi
Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.
Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut dengan Program Counter (PC).
PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.
Instruksi-instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).
Instruksi-instruksi ini dalam bentuk kode-kode biner yang dapat di interprestasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.
Aksi CPU
CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya.
CPU – I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya.
Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data.
Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.
Siklus Eksekusi
Instruction Address Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasikan atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi.
Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau mengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU.
Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan.
Operator Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.
Operand Fetch (OF), mengambil operand dari memori atau dari modul I/O.
Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi.
Operand Store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori.
Fungsi Interupsi
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 manajemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul-modul I/O maupun memori.
Setiap komponen computer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing-masing modul berbeda.
Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul
Kelas Sinyal Interupsi
Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya : aritmatika overflow, pembagian nol, operasi ilegal.
Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan perwaktuan dalam processor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler.
I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi.
Hardware failure, adalah interupsi yang dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memori.
Proses Interupsi
Dengan adanya mekanisme interupsi, prosesor dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi-instruksi lain.
Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya, maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor.
Kemudian prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandle routine interupsi.
Setelah program interupsi selesai, maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya.
Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditolak dan interupsi ditolak.
Interupsi ditangguhkan
Apa yang dilakukan prosesor?
Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan kalamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan
Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler.
Sistem Operasi Kompleks
Interupsi Ganda (multiple interrupt)
Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba.
Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini.
Pendekatan Interupsi Ganda
Ada dua pendekatan :
Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan/sekuensial.
Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor.
Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru ditangani.
Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi.
Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu.




STRUKTUR CPU PRESENTATION TRANSCRIPT

STRUKTUR CPU
Tujuan • Menjelaskan tentang komponen utama CPU dan Fungsi CPU • Membahas struktur dan fungsi internal prosesor, organisasi ALU, control unit dan register • Menjelaskan fungsi prosesor dalam menjalankan instruksi-instruksi mesin • Menjelaskan Fungsi Interupt & jenis – jenisnya.
CPU • Central Processing Unit • Merupakan komponen terpenting dari sistem komputer • komponen pengolah data berdasarkan instruksi yang diberikan kepadanya • Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen
Komponen Utama CPU  Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi  fungsi pengolahan data komputer  Control Unit, bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi  fungsi operasinya  Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data  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
Arithmetic and Logic Unit (ALU) • Bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. • ALU sering disebut mesin bahasa (machine language) karena bagian ini mengerjakan instruksi – instruksi bahasa mesin yang diberikan padanya. • Seperti istilahnya ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.
Control Unit • Bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keseluruhan mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya. • Termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil instruksi – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.
Registers • Media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data. • Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.
CPU Interconnections • Sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal dan bus – bus eksternal CPU • Komponen internal CPU yaitu ALU, unit kontrol dan register – register. • Komponen eksternal CPU :sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran
Komponen internal CPU
Struktur detail internal CPU
Fungsi CPU  Fungsi CPU adalah menjalankan program  program yang disimpan dalam memori utama dengan cara mengambil instruksi  instruksi, menguji instruksi tersebut dan mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah  Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah dengan mengambil pengolahan instruksi yang terdiri dari dua langkah, yaitu : operasi pembacaan instruksi (fetch) dan operasi pelaksanaan instruksi (execute)
Siklus instruksi • Terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi
Siklus Fetch - Eksekusi • Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori • Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut Program Counter (PC) • PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi
Siklus Fetch - Eksekusi • Instruksi – instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR). • Instruksi – instruksi ini dalam bentuk kode – kode biner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan
Aksi CPU • CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya. • CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya. • Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data. • Kontrol, merupakan instruksi untuk pengontrolan fungsi atau kerja. Misalnya instruksi pengubahan urusan eksekusi.
Siklus Instruksi  Instruction Addess Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi atau menentukan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya  Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU  Instruction Operation Decoding (IOD), yaitu menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan  Operand Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori  Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul 1/0  Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi  Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori
Diagram siklus instruksi
Fungsi Interrupt • 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 menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif dan efisien antar CPU dan modul – modul I/O maupun memori. • Setiap komponen komputer dapat menjalankan tugasnya secara bersamaan, tetapi kendali terletak pada CPU disamping itu kecepatan eksekusi masing – masing modul berbeda. • Dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul
Kelas Sinyal Interupsi  Program, yaitu interupsi yang dibangkitkan dengan beberapa kondisi yang terjadi pada hasil eksekusi program. Contohnya: aritmatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal  Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler  //0, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/0 sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi  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 suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor  Prosesor akan menghentikan eksekusi yang dijalankannya untuk menghandel routine interupsi  Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali  Saat sinyal interupsi diterima prosesor ada dua kemungkinan tindakan, yaitu interupsi diterima/ditangguhkan dan interupsi ditolak
Interupsi Ditangguhkan Apa yang dilakukan Prosessor ?  Prosesor menangguhkan eksekusi program yang dijalankan dan menyimpan konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan  Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler
Siklus eksekusi oleh prosesor dengan adanya fungsi interupsi
Sistem operasi kompleks • Interupsi ganda (multiple interrupt). – Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan dengan printer selesai, disamping itu dimungkinkan dari saluran komunikasi akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. • Dapat diambil dua buah pendekatan untuk menangani interupsi ganda ini
Pendekatan Interupsi ganda Ada 2 Pendekatan : • Pendekatan ini disebut pengolahan interupsi berurutan / sekuensial – Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. – Setelah prosesor selesai menangani suatu interupsi maka interupsi lain baru di tangani. • Pengolahan interupsi bersarang yaitu mendefinisikan prioritas bagi interupsi – Interrupt handler mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu
Multiple Interrupts - Sequential
Multiple Interrupts - Nested
Contoh Kasus • Suatu sistem memiliki tiga perangkat I/O: printer, disk, dan saluran komunikasi, masing – masing prioritasnya 2, 4 dan 5. • Bagaimana proses interupsinya ?
Contoh Kasus • Pada awal sistem melakukan pencetakan dengan printer, saat itu terdapat pengiriman data pada saluran komunikasi sehingga modul komunikasi meminta interupsi. • Proses selanjutnya adalah pengalihan eksekusi interupsi mudul komunikasi, sedangkan interupsi printer ditangguhkan. • Saat pengeksekusian modul komunikasi terjadi interupsi disk, namun karena prioritasnya lebih rendah maka interupsi disk ditangguhkan. • Setelah interupsi modul komunikasi selesai akan dilanjutkan interupsi yang memiliki prioritas lebih tinggi, yaitu disk. • Bila interupsi disk selesai dilanjutkan eksekusi interupsi printer. Selanjutnya dilanjutkan eksekusi program utama