Diagram Blok CPU - ALU, CLU dan Implementasi Register

Prita Ekasari

Diagram blok CPU - ALU

Apa itu CPU?

CPU (Central Processing Unit) merupakan komponenpengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikankepadanya. Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPUtersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari strukturCPU.

Fungsi CPU adalah menjalankan program – program yangdisimpan dalam memori utama dengan cara mengambilinstruksi – instruksi, menguji instruksi tersebut danmengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah.

Beberapa komponen CPU

1. Arithmetic and Logic Unit (ALU), bertugas membentuk fungsi – fungsi pengolahan data komputer. ALU terdiri dari dua bagian, yaitu unit arithmetika dan unit logika boolean, yang masing – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri.

2. Control Unit (CU), bertugas mengontrol operasi CPU dan komponen lain sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi – fungsi operasinya.

3. Registers, adalah media penyimpan sementara internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data.

4. CPU Interconnections, adalah sistem koneksi bus yang menghubungkan komponen internal dan juga komponen eksternal seperti memori utama dan piranti masukan/keluaran.

Komponen internal CPU

Detail diagram internal CPU

Komponen - komponen utama tersebut dihubungkan denganData Bus, Address Bus dan Control Bus. Ketiga Bus tersebut biasadisebut System Bus yang mengontrol komponen utama.

➔ Data Bus adalah jalur yang digunakan untuk perpindahan

data dalam sistem komputer, data bus ini terdiri atas 8, 16,

atau 64 jalur paralel.

➔ Address Bus adalah untuk menandakan lokasi sumber atau

tujuan pada proses transfer data, address bus ini terdiri atas

16, 20, 24, atau 32 jalur paralel.

➔ Control Bus adalah untuk mengidentifikasi alamat bus,

control bus ini terdiri dari 4 – 10 jalur paralel.

BUS

Hubungan antara CPU dengan memori utama ataupun denganalat-alat input/output (I/O) dilakukan melalui suatu jalur yang disebutdengan bus. Bus merupakan suatu sirkuit yang merupakan jalurtransportasi informasi antara dua atau alat-alat dalam sistem komputer.

Ada 2 macam bus yaitu internal bus dan external bus.

- Internal bus, yaitu bus yang menghubungkan antara CPU denganmemori utama.

- External bus, yaitu bus yang menghubungkan CPU dengan alat-alat I/O.

ALU

Arithmetic Logic Unit (ALU) adalah salah satu bagian dalam dari sebuahmikroprosesor yang berfungsi untuk melakukan operasi hitungan aritmatika danlogika. Contoh operasi aritmatika adalah operasi penjumlahan danpengurangan, sedangkan contoh operasi logika adalah logika AND dan OR.

Tugas utama dari ALU (Arithmetic Logic Unit) adalah melakukan semuaperhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksiprogram. ALU melakukan operasi aritmatika dengan dasar pertambahan,sedang operasi aritmatika yang lainnya seperti pengurangan, perkalian, danpembagian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik diALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika ini disebut adder.Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuaidengan instruksi program.

Operator logika yang dipakai pada ALU :

A. Sama dengan (=)

B. Tidak sama dengan ()

C. Kurang dari (=)

CLU (Control Logic Unit)

Apa itu CLU?

Control Logic Unit (CLU) merupakan bagian yang berfungsisebagai pengatur dan pengendali semua peralatan komputer.Control Logic Unit juga mengatur kapan alat input menerimadata, mengolah, dan menampilkan proses serta hasilpengolahan data. Dengan demikian semua perintah dapatdilakukan secara berurutan tanpa adanya tumpang tindih antarasatu perintah dengan perintah lainnya.

Apa saja Tugas dari CLU?

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.

Apa saja Struktur CLU?

1. Input Unit, Perangkat keras komputer yang berfungsi untuk memasukan data atau perintah ke dalam komputer

2. ALU (Arithmetic & Logical Unit), Komponen yang berfungsi untuk melakukan operasi perhitungan matematika atau logika

3. Unit Memory, Komponen penyimpan data

4. Output Unit, Perangkat keras komputer yang berfungsi untuk menampilkan keluaran sebagai hasil pengolah data.

Ketika sebuah komputer pertama kali diaktifkan, makakomputer tersebut akan menjalankan operasi bootstrap.Operasi ini akan membaca sebuah instruksi dari suatu lokasimemori yang telah diketahui sebelumnya dan mentransferinstruksi tersebut ke kontrol unit untuk dieksekusi. Instruksi-instruksi dibaca dari memori dan dieksekusi sesuai denganurutan penyimpanannya.

Cara kerja CLU

Singel Cycle CLU

Macam - macam CLU

Multi Cycle CLU

Pendekatan dalam Perancangan ALU

1. Hardwired atau Random LogicSejumlah gerbang (gate), counter dan register saling dihubungkan

untuk menghasilkan sinyal-sinyal kendali. Setiap rancanganmemerlukan sekelompok piranti logika dan hubungan yang berbeda-beda.

2. Microprogrammed Control Dibentuk serangkaian instruksi mikro (program mikro) yang

disimpan dalam sebuah memori kendali (biasanya sebuah ROM) dalam CLU.

Register dan Penerapannya pada CPU serta Organisasi Register

Apa itu Register?

Register merupakan alat penyimpanan sementara yangmempunyai kecepatan akses cukup tinggi, yang digunakan untukmenyimpan data dan instruksi yang sedang diproses, sementara datadan instruksi lainnya yang menunggu giliran untuk diproses masihdisimpan di dalam memori utama.

Setiap register dapat menyimpan satu bilangan hingga mencapaijumlah maksimum tertentu tergantung pada ukurannya. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan kecepatan tinggi karenaberada pada CPU/Processor.

Contoh: Register data, register alamat, stack pointer register, MemoryAddress Register, I/O Address Register, dll.

Fungsi register pada prosesor secara umum adalah sebagaitempat penyimpanan temporer (sementara) untuk perintah, data, danhasil dari proses atau beragam operasi yang terjadi di mikroprosesorbeserta CPU.

Register tidak dapat dilepaskan dari mikroprosesor, sebab padamikroprosesor terdapat register yang berfungsi untuk menyimpansementara hasil dari tahapan operasi aritmetika dan logika padamikroprosesor.

Register mempunyai kecepatan 5 sampai 10 kali lebih cepatdibandingkan memori utama yang digunakan untuk menyimpaninstruksi-instruksi dan data yang sedang diproses oleh CPU.

Apa saja Fungsi Register?

1. General purpose register (register serbaguna):a. Register AX (accumulator register); berfungsi sebagai tempat

sementara hasil suatu operasi aritmetika atau logika.b. Register BX (base register); berfungsi untuk menyimpan alamat

offset data yang terletak di memori.c. Register CX (counter register); berfungsi sebagai pencacah untuk

operasi loop (CX dan ECX), pencacah untuk operasi shift dan rotate(CL), dan pencacah untuk operasi string (CX).

d. Register DX (data register); berfungsi sebagai penyimpan hasil perkalian 16-bit (DX-AX) dan 32-bit (EDX-EAX), penyimpan hasil pembagian (DX-AX dan EDX-EAX), dan penyimpan data heksadesimal (kode ASCII) di register DL untuk dicetak di layar monitor.

Jenis dan Fungsi Register

2. Pointer registerRegister ini berfungsi untuk menunjukkan alamat sebuah data

di lokasi memori yang dipakai saat operasi perpindahan data(dari/ke memori), operasi stack (PUSH/POP), dan penunjukkanalamat suatu instruksi.

3. Index registerIndex register sering digunakan untuk menunjukkan alamat

sebuah data di lokasi memori pada operasi string.

Jenis dan Fungsi Register

4. Segment registerSegment register membentuk alamat memori untuk data, terdiri dari:

- Code segment: untuk menunjukkan alamat instruksi berikutnya.- Data segment: untuk menunjukkan alamat data pada transfer register.- Extra segment: register tambahan untuk operasi string.- Stack segment: untuk memanggil suatu prosedur dan mengarah ke

program utama.- FS dan GS register: register tambahan untuk segmen memori yang

besar.

5. Flag registerFlag register berfungsi untuk menunjukkan status (keadaan) sesaat dari

mikroprosesor.

Jenis dan Fungsi Register

Klasifikasi Register berdasarkan Fungsi

Pada CPU terdapat banyak komponen seperti CLU, CU,ALU dll. antar komponen pasti melakukan komunikasi. Di siniregister berperan penting. Ketika ALU ingin mengirimkan datake CU, data tersebut akan disimpan ke dalam register terlebihdahulu kemudian mengirimkannya ke CU.

Penerapan Register pada CPU

Dalam prosesor ada satu set register yang berfungsi sebagaitingkat memori atas memori utama dan cache dalam hirarki/registertersebut yang melakukan dua peran:

A. User Visible Register, register yang isinya dapat diketahui oleh pemrogram, register ini juga dapat meminimalkan referensi ke main memory.

B. Control and Status Register, register-register yang digunakan oleh CU untuk mengontrol operasi CPU dan juga digunakan oleh sistem operasi untuk mengontrol eksekusi program.

Organisasi Register

Contoh Organisasi Register

Terimakasih