makalah cpu
TRANSCRIPT
ABSTRAK
Istilah komputer mempunyai arti yang luas dan berbeda bagi setiap orang. Istilah
komputer (komputer) diambil dari bahasa Latin computare yang berarti menghitung (to
compute atau to reckon). Pada dasarnya suatu komputer terdiri dari tiga bagian yaitu
memori, CPU, dan I/O modul. Dari ketiga bagian tadi, tiap bagian dihubungkan oleh
sebuah bus yang mempunyai control logic tertentu.
CPU merupakan kepanjangan dari Central Processing Unit yang artinya unit pusat
pemrosesan. CPU merupakan bagian terpenting dari sebuah komputer karena semua
aktvitas sebuah komputer diatur oleh CPU. Bisa dikatakan bahwa CPU adalah otak dari
sebuah komputer.
Secara umum CPU biasa disebut dengan prosesor. Pada komputer mikro, prosesor
ini disebut dengan mikroprosesor. Pada perkembangannya, CPU telah banyak mengalami
perubahan yang signifikan dalam hal kecepatan, kinerja, dan performansi.
Makalah ini akan mencoba untuk mengulas lebih dalam tentang komputer terutama
CPU
Makalah Central Processing Unit (CPU) 1
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Dewasa ini komputer sudah menjadi kebutuhan bagi banyak orang terutama
bagi kalangan mahasiswa dan professional. Perkembangan komputer sebenarnya tidak
seimbang antara ketiga elemen dasar komputer yaitu CPU atau prosesor, memory, dan
I/O modul. I/O modul adalah elemen yang paling lambat dalam perkembangannnya
karena para pengembangnya yang juga sedikit. Sedangkan memori tidak mengalami
perkembangan sepesat perkembangan dari CPU (prosesor) sendiri.
Memori yang ada di pasaran pada saat ini yang paling banyak adalah DDR2
yang merupakan penyempurnaan dari RAM. Kecepatan dari memori DDR2 masih
kalah dengan kecepatan dari CPU. Perbandingannya bahkan bisa mencapai sepuluh kali
lipat. CPU bisa beroperasi pada orde gigahertz sementara memori hanya mampu
beroperasi pada orde megahertz. Perkembangan memori memang lambat, hal ini
disebabkan mahalnya komponen-komponen pada memori. Selain itu para pengembang
cenderung untuk lebih mengembangkan dan bereksplorasi pada CPU. Saat makalh ini
ditulis, di pasaran sudah ada prosesor dengan kecepatan yang sangat tinggi yaitu
prosesor core 2 quad yang merupakan produksi dari perusahaan Intel.
Prosesor ini memiliki kelebihan dalam hal kecepatan bekerja jika dibandingkan
dengan prosesor sebelumnya. Selain itu, prosesor ini juga lebih hemat dalam konsumsi
daya sehingga jika diterpkan pada notebook bisa menghemat baterei sehingga umur
pemakaian notebook lebih lama. Di samping itu, prosesor ini juga tidak cepat panas
sehingga bisa digunakan untuk bekerja ekstra time.
Aplikasi dari komputer kebanyakan adalah dalam hal grafis dan database.
Semakin bagus prosesornya maka akan semakin baik pula kinerja dari komputer ita
sehingga dapat menghemat waktu dalam pengerjaan tugas-tugas dan pekerjaan kita
dengan bantuan multitasking.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 2
2. Dasar Teori
Bentuk fisik dari sebuah komputer terdiri dari tiga bagian utama yaitu
input/output device, memory, dan CPU. Ketiga bagian tersebut masing-masing
dihubungkan oleh sebuah bus yang mempunyai control unit logika tertentu. Biasanya
control unit tersebut terdiri dari tiga elemen penting yaitu load, clear, dan inkremen.
Input/output device digunakan untuk menerima input/menampilkan output.
Contoh input device adalah keyboard, mouse,scanner, microphone, dll. Contoh output
device adalah monitor, LCD proyektor, printer, sound speaker, dll.
Bagian kedua adalah memori yang berfungsi untuk menyimpan data dan
program. Setiap kali pemroses melakukan eksekusi, pemroses harus membaca instruksi
dari memori utama. Agar instruksi dapat dilakukan secara cepat maka harus diusahakan
instruksi tersedia di memori pada hierarki berkecepatan akses lebih tinggi. Kecepatan
akses ini akan meningkatkan kinerja system. Oleh karena itu terdapat konsep memori
dua level yaitu ditampung terlebih dahulu pada hierarki yang lebih tinggi.
Ada tiga macam memori yang penting dalam sebuah komputer yaitu register
memori, cache memori, dan memori utama. Register memori merupakan jenis memori
yang memiliki kecepatan akses tinggi. Memori ini terdapat dalam sebuah CPU atau
prosesor. Contoh dari memori jenis ini adalah Register Data, Register Alamat, Stack
Pointer Register, Memory Addresss Register, I/O Address register, Instruction Register,
dan lain-lain.
Chache memori merupakan memori berkapasitas terbatas, berkecepatan tinggi
yang lebih mahal daripada memori utama. Cache memory ini ada di antara memori
utama dan register pemroses, berfungsi agar pemroses tidak langsung mengacu pada
memori utama agar kinerja dapat ditingkatkan. Cache Memory ini ada dua macam
yaitu:
1. Chache Memory yang terdapat pada internal Processor , chache memory jenis ini
kecepatan aksesnya sangat tinggi, dan harganya sangat mahal. Hal ini bisa terlihat
pada Processor yang berharga mahal seperti P4,P3,AMD- Athlon dll, semakin
tinggi kapasitas L1,L2 Chace memori maka semakin mahal dan semakin cepat
Processor tersebut.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 3
2. Chache Memory yang terdapat di luar Processor, yaitu berada pada MotherBoard,
memori jenis ini kecepatan aksesnya sangat tinggi, meskipun tidak secepat chache
memori jenis pertama (yang ada pada internal Processor). Semakin besar
kapasitasnya maka semakin mahal dan cepat. Hal ini bisa kita lihat pada
Motherboard dengan beraneka ragam kapasitas chace memory yaitu 256kb, 512kb,
1Mb, 2Mb dll.
Memori utama adalah memori yang berfungsi untuk menyimpan data dan
program. Jenis Memori Utama ada 2 yaitu :
1. ROM ( Read Only memory) yaitu memory yang hanya bisa dibaca saja datanya atau
programnya. Pada PC, ROM terdapat pada BIOS (Basic Input Output System) yang
terdapat pada Mother Board yang berfungsi untuk men-setting peripheral yang ada
pada system. Contoh: AMIBIOS, AWARD BIOS, dll ROM untuk BIOS terdapat
beragamjenis diantaranya jenis Flash EEPROM BIOS yang memiliki kemampuan
untuk dapat diganti programnya dengan software yang disediakan oleh perusahhan
pembuat Mother Board, yang umumnya penggantian tersebut untuk peningkatan
unjuk kerja dari peripheral yang ada di Mother Board.
2. RAM (Random Acces Memory) yang memiliki kemampuan untuk mengubah data
atau program yang tersimpan di dalamnya. Ada bebrapa jenis RAM yang ada di
pasaran saat ini SRAM, EDORAM, SDRAM, DDRAM, RDRAM, VGRAM,
DDR1, DDR2, dll.
Pada memori jenis RAM dikenal istilah BUS SPEED, seperti PC66, PC100,
PC133, PC200, PC 400 dll yang artinya adalah kecepatan aliran data atau program pada
memori dimana semakin besar nilai BUS SPEED, maka semakin cepat akses terhadap
memori tersebut. Memori sekunder merupakan memori tambahan yang berfungsi untuk
menyimpan data atau program. Contohnya antara lain hardisk, floppy disk dll.
Bagian ketiga adalah CPU atau Central Processing Unit. Pada PC atau personal
komputer biasa disebut dengan prosesor atau mikroprosesor. Bagian ini merupakan otak
dari sebuah komputer. Semua program-program yang terdiri dari instruksi-instruksi
akan diproses dan dikerjakan oleh CPU. Satuan kecepatan dari sebuah prosesor adalah
Makalah Central Processing Unit (CPU) 4
Mhz atau GHz. Semakin besar kecepatannya makin bagus pula prosesor itu dan
eksekusi dari program- program yang akan dijalankan akan semakin cepat.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi performansi sebuah prosesor, yaitu
lebar data bus, kecepatan prosesor atau clock prosesor, arsitektur internal prosesor,
kecepatan I/O bus, dan cache memori level 1 maupun level 2.
CPU mengendalikan semua proses yang akan dikerjakan oleh komputer dengan
cara mengambil instruksi biner dari memori, menerjemahkannya menjadi serangkaian
aksi dan menjalankannya. Aksi tersebut bisa berupa transfer data dari dan ke memori,
operasi aritmatika dan logika, atau pembangkitan sinyal kendali.
Secara umum CPU terdiri dari beberapa bagian berbeda. Unit control
bertanggung jawab mengambil instruksi-instruksi dari memori utama dan menentukan
jenis instruksi-instruksi tersebut. Unit logika aritmatik (ALU) menjalankan operasi-
operasi aritmatika seperti penjumlahan dan Boolean AND.
CPU juga berisi sebuah memori kecil berkecepatan tinggi yang digunakan untuk
menyimpan hasil-hasil sementara dan informasi kontrol tertentu. Memori ini terdiri dari
sejumlah register yang masing-masing memiliki ukuran dan fungsi tersendiri. Biasanya
seluruh register itu memiliki ukuran yang sama. Setiap register dapat menyimpan satu
bilangan hingga mencapai jumlah maksimum tertentu tergantung pada ukuran register
tersebut. Register-register dapat dibaca dan ditulis dengan kecepatan tinggi karena
mereka berada dalam CPU.
Register yang paling penting adalah Program Counter (PC) yang menunjuk
instruksi berikutnya yang harus diambil untuk dijalankan. Nama program counter
sebenarnya kurang tepat karena istilah ini tidak ada hubungannya sama sekali dengan
counter namun istilah ini telah digunakan secara luas. Selain itu fungsi penting lain dari
register adalah Instruction Register (IR) yang menyimpan instruksi yang sedang
dijalankan. Sebagian besar komputer juga memiliki beberapa register lain. Sebagian di
antaranya digunakan untuk tujuan umum dan sebagian lagi untuk tujuan-tujuan khusus.
CPU menjalankan setiap instruksi dalam beberapa langkah kecil. CPU
mengambil instruksi dari memori dan membawanya ke dalam IR kemudian mengubah
PC agar menunjuk ke instruksi selanjutnya. Kemudian CPU menentukan jenis instruksi
Makalah Central Processing Unit (CPU) 5
yang baru saja diambil. Jika instruksi tersebut menggunakan sebuah word dalam
memori maka akan ditentukan di mana instruksi tersebut berada. Jika diperlukan word
tersebut akan diambil dan dibawa ke dalam register dalam CPU kemudian instrusi
tersebut dijalankan. Siklus ini akan berulang untuk instruksi-instruksi selanjutnya.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 6
BAB IIPEMBAHASAN
Bagian terpenting dalam sebuah komputer adalah unit pemroses atau CPU.
Instruksi-instruksi program akan diproses untuk mengolah data yang sudah dimasukkan ke
dalam komputer lewat alat input dan hasilnya akan ditampilkan di alat output.
Pada komputer mikro, prosesor ini disebut dengan mikroprosesor. CPU terdiri dari
dua bagian utama yaitu unit kendali (control unit) dan unit aritmatika dan logika (arithmatic
and logic unit). Di samping dua bagian tadi , CPU mempunyai beberapa memori yang
berukuran kecil yang disebut register.
Iklan pertama untuk mikroprosesor muncul di Electronic News. Federico Faggin,
Ted Hoff, dan timnya di Intel Corporation mendesain mikroprosesor 4004 ketika membuat
sebuah IC pesanan untuk Busicom, sebuah perusahaan kalkulator Jepang. Mikroprosesor
4004 mempunyai 2.250 transistor PMOS, menangani data 4 bit, dan dapat mengeksekusi 60
ribu operasi per detik. Mikroprosesor 4004 ini adalah salah satu dari seri IC untuk
komponen kalkulator tersebut: 4001: memori ROM 2.048 bit; 4002: memori RAM 320 bit;
serta 4003: register geser I/O 10 bit.
Pada tahun 1972, 8008 dengan bus data 8 bit digunakan oleh Don Lancaster untuk
membuat cikal-bakal personal komputer. 8008 membutuhkan 20 komponen tambahan
untuk dapat bekerja penuh sebagai CPU. Lalu tahun 1974, 8080 menjadi otak personal
pertama komputer, Altair, diduga merupakan nama tujuan pesawat Starship Enterprise di
film TV Star Trek. 8080 hanya membutuhkan 2 perangkat tambahan untuk bekerja. Selain
itu 8080 terbuat dari transistor NMOS yang bekerja lebih cepat. 8080 diseut sebagai
mikroprosesor generasi kedua. Segera sesudah itu Motorolla membuat MC6800 yang juga
merupakan CPU multiguna. MC6800 sangat populer karena menggunakan catu daya +5V,
dibanding 8080 dengan catu daya –5V, +5V, -12V, dan +12V. Mikroprosesor lain yang
muncul adalah 6502 sebagai CPU komputer Apple II, dan Zilog Z80 untuk CPU Radio
Shack TRS-80.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 7
Tahun 1978, IBM menciptakan personal komputer PC-XT yang sangat populer
menggunakan mikroprosesor 8086 dan 8088. Keduanya mampu menangani data 16 bit.
Bedanya hanya pada ukuran bus data yang hanya 8 bit untuk 8088 (operasi internal 16 bit),
dan 16 bit untuk 8086. Kemudian Intel membut 80186 dan 80188 yang juga berisi
perangkat peripheral terprogram. Tahun 1982, 80286 adalah prosesor pertama yang dapat
menjalankan perangkat lunak yang ditulis untuk pendahulunya, karena instruksi yang
dimiliki oleh seri sebelumnya semuanya dimiliki dan ditambahi dengan instruksi lain.
Kompatibilitas ke atas ini kemudian menjadi ciri khas mikroprosesor Intel. Dalam 6 tahun,
ada 15 juta PC-AT yang menngunakan 80286 sebagai CPU.
Tahun 1985, Intel membuat 80386 (386TM) yang mengandung 275 ribu transistor,
dan merupakan mikroprosesor 32 bit yang dapat melakukan multi tasking (menjalankan
beberapa program dalam waktu yang bersamaan). Tahun 1989, Intel 486TM adalah
prosesor pertama yang mempunyai math coprosesor secara built-in di dalamnya.
Tahun 1993, lahir keluarga prosesor Pentium®. Tahun 1995, prosesor Pentium®
Pro didesain untuk server 32-bit, mengandung 5,5 juta transistor dan mempunyai chip
memori cache kedua di dalamnya. Tahun 1997, dibuat prosesor Pentium® II dengan 7,5
juta transistor dan teknologi MMX, yang didesain khusus untuk memproses data video,
audio and grafik secara efisien. Prosesor ini juga diperkenalkan dengan bentuk cartridge
Single Edge Contact (S.E.C). Seiring dengan itu bermunculan seri Celeron yang merupakan
versi Pentium dengan beberapa fitur yang dihilangkan untuk menekan biaya produksi.
Tahun 1999 muncul Pentium !!! dengan 70 instruksi baru yang mendukung Internet
Streaming SIMD. Processor ini berisi 9,5 juta transistor, dan mengintroduksi teknologi
0,25-micron. Pada saat ini sedang dikembangkan mikroprosesor 64 bit, sehingga operasi-
operasi matematis yang dilakukan dapat lebih cepat.
1. Control Unit
Bagian ini bertugas mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada
pada sistem komputer. Control unit mengatur kapan alat input menerima data dan kapan
data diolah serta kapan ditampilkan pada alat output. Control unit mengartikan
instruksi-instruksi dari program komputer, membawa data dari main memory untuk
Makalah Central Processing Unit (CPU) 8
diolah. Bila ada instruksi untuk perhitungan aritmatika atau perbandingan logika maka
control unit akan mengirim instruksi tersebut ke arithmatic and logic unit. Hasil dari
pengolaha data ini akan dibawa oleh control unit ke main memory lagi untuk disimpan.
Adapun tugas dari control unit adalah sebagai berikut :
a. Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.
b. Mengambil instruksi-instruksi dari main memory.
c. Mengambil data main memory kalau diperluka oleh proses.
d. Mengirim instruksi ke arithmetic and logic unti bila ada perhitungan dan
perbandingan logika serta mengawasi kerja arithmetic and logic unit.
e. Menyimpan hasil proses ke main memory.
2. Arithmetic and Logic Unit (ALU)
Tugas utama dari arithmetic and logic unit (ALU) adalah melakukan semua
perhitungan aritmatika atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi yang
diberikan oleh program dan melakukan perbandingan logika. ALU melakukan operasi
aritmatika dengan dasar pertambahan sedang aritmatika yang lainnya seperti
pengurangan, perkalian, dan pembagian dilakukan dengan pengmbangan dari operasi
pertambahan. Sebagai contoh a-b akan bernilai sama dengan operasi penamabahan a +
(-b) atau operasi perkalian 2 x a akan bernilai sama dengan a + a. Sehingga sirkuit
elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatika adalah
sirkuit adder.
Ada 4 kelas operasi aritmatika yaitu decimal arithmetic, fixed point arithmetic,
floating poit arithmetic, dan logic operation. Decimal arithmetic digunakan untuk
operasi komersial dan dinyatakan dalam bilangan decimal dengan memakai tanda (+)
untuk bilangan positif dan (-) untuk bilangan negative. Fixed poing arithmetic adalah
operasi aritmatika dari data biner dan untuk menyatakan address dari storage. Floating
point arithmetic untuk operasi matematika.
Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai
dengan instrusi dari program. Operasi logika (logic operation) meliputi perbandingan
dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika yaitu sama dengan (=),
Makalah Central Processing Unit (CPU) 9
tidak sama dengan (< >), kurang dari (<), kurang dari atau sama dengan (<=), lebih dari
(>), dan lebih dari atau sama dengan (>=).
3. Register
Register merupakan memory kecil yang mempunyai kecepatan tinggi, lebih
cepat lima sampai sepuluh kali lebih cepat jika dibandingkan dengan kecepatan read
atau write pada main memory. Register digunakan untuk menyimpan instruksi dan data
yang sedang diproses oleh CPU, sedangkan instruksi-instruksi dan data lainnya yang
menunggu giliran untuk diproses masih disimpan di main memory.
Secara analog register ini dapat diibaratkan dengan ingatan otak bila anda
melakukan pengolahan data secara manual sehingga otak dapat diibaratkan sebagai
CPU yang berisi ingatan-ingatan. Satuan kendali yang mengendalikan seluruh kegiatan
tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
Program yang berisi kumpulan dari instruksi-instruksi dan data diletakkan di
main memory yang diibaratkan sebagai meja. Anda mengerjakan program tersebut
dengan memproses satu per satu instruksi-instruksi yang ada di dalamnya mulai dari
instruksi yang pertama. Instruksi ini anda baca dan diingat. Instruksi yang sedang
diproses disimpan di register. Misalnya instruksi tersebut berbunyi ”hitung c = a + b”
maka anda membutuhkan data nilai a dan b yang masih ada di
meja. Data tersebut anda baca dan masuk ke ingatan anda yaitu a bernlai 2 dan
b bernilai 3. sekarang di ingatan otak anda telah tersimpan suatu instruksi dan nilai data
a dan b, dengan demikian nilai dari c dapat kita hitung sehingga hasilnya adalah 5. hasil
dari perhitungan ini perlu anda tuliskan kembali ke meja. Setelah semua hasil instruksi
selesai diproses kemungkinan program, data dan hasil pengolahan ingin anda simpan
secara permanen untuk keperluan di lain hari dan dapat anda simpan di fillinf cabinet.
Memory luar komputer diibaratkan seperti fillinf cabinet. Jadi, dalam komputer terdiri
dari tiga maam memory yaitu :
a. Register, dipergunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang sedang diproses.
b. Main memory, dipergunakan untuk menyimpan instruksi dan data yang akan
diproses dan hasil dari pengolahan.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 10
c. Eternal memory, dipergunakan untuk menyimpan program dan data secara
permanen.
Register yang berhubungan dengan instruksi yang sedang diproses adalah
instruction register dan program counter. Instruction register (IR) atau disebut juga
program register digunakan untuk menyimpan instruksi yang sedang dijalankan atau
diproses. Program yang berisi kumpulan instruksi disimpan di main memory.
Pemrosesan program dilakukan instruksi per instruksi, instruksi yang mendapat giliran
untuk diproses diambil dari main memory dan disimpa di register (IR).
Program counter atau disebut juga control counter adalah register yang
digunakan untuk menyimpan alamat (address) lokasi dari main memory yang berisi
instruksi yang sedang diproses. Selama pemrosesan instruksi yang dilakukan oleh CPU
maka isi dari program counter (PC) diubah dengan alamat dari main memory
berikutnya yang berisi instruksi selanjutnya yang mendapat giliran untuk diproses.
Sehingga bila pemrosesan sebuah instruksi selesai dilakukan tidak ada waktu yang
terbuang untuk mencari jejak dari instruksi berikutnya yang akan diproses karena
alamat atau letak dari instruksi tersebut sudah berada PC.
Register yang berhubungan dengan data yang sedang diproses adalah general
purpose register. Untuk beberapa komputer, general purpose register diberi symbol R0,
R1, R2, … Rn yang mempunyai kegunaa yang umum seperti untuk menampung data
yang sedang diolah(operand register) dan untuk menampung hasil pengolahan
(accumulator). Untuk komputer IBM PC yang menggunakan mikroprosesor intel 8088
mempunyai general purpose register sebanyak 4 buah register. Satu untuk accumulator,
yaitu register yang diberi nama AX register dan 3 buah yang lainnya untuk operand
register yaitu BX, CX, dan DX register. Operand register digunakan untuk menampung
data atau operand yang sedang dioperasikan. Accumulator adalah register yang
digunakan untuk menyimpan hasil dari operasi aritmatika dan operasi logika yang
dilakukan oleh ALU. Konsep penting yang mempengaruhi kecepatan dari prosesor
adalah ukura dari register. Istilah word size menggambarkan ukuran dari operand
register yang berkisar dari 8 sampai 64 bit. Misalnya operand register mempunyai word
size 16 bit maka prosesor tersebut dikatakan 16 bit prosesor.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 11
Register lainnya yang digunakan sebagai jembatan antara CPU dengan main
memory adalah memory address register (AMR) dan memory data register (MDR).
Register ini yang dihubungkan dengan suatu jalur (bus) ke main memory.
Memory data register digunakan untuk menampung data atau instruksi hasil
pengiriman dari main memory ke CPU atau untuk menampung data yang aka disimpan
ke main memory. Instruksi atau data yang akan diambil dari main memory dikirimkan
ke CPU lewat data bus dan diterima terlebuh dahulu di MDR dan akan dipindahkan ke
IR bila berbentuk instrusksi atau ke operand register bila berbentuk data. Demikian juga
bila hasil operasi yang ada di AC aka disimpan di main memory maka akan diletakkan
terlebih dahulu di MDR.
Sedang AMR digunakan untuk menampung alamat (address) data atau instruksi
di main memory yang akan diambil atau yang akan disimpan. Bila instruksi atau data
akan diambil dari main memory maka main memory harus
diberi tahu dahulu letak alamat (address) dari data atau instruksi tersebut di main
memory. Alamat tersebut diletakkan di MAR oleh control unit dan dikirimkan ke main
memory melalui address bus. Demikian juga bila hasil pengolahan akan disimpan ke
main memory maka main memory harus diberi tahu terlebih dahulu alamat
penyimpanan dari data di main memory. Control unit akan eletakkan alamat tersebut di
MAR dan dikirimkan ke main memory lewat address bus.
Sebagai tambahan dari register sebuah CPU menggunakan suatu cache memory
dengan maksud supaya kerja CPU lebih efisien dan megurangi waktu yang terbuang.
Tanpa cache memory, CPU akan menunggu sampai data atau instruksi diterima dari
main memory atau menunggu hasil pengolaha selesai dikirim ke main memorybaru
proses selanjutnya bisa dilanjutkan padahal proses dari main memory lebih lambat
dibandingkan dengan kecepata register. Cache memory diletakkan di antara CPU
dengan main memory.
Cache memory harus lebih cepat dari main memory dan mempunyai ukuran
yang lcukup besar tetapi tidak lebih besar dari main memory. Sebenarnya cache
memory tidak diperluka jika main memory memiliki kecepatan seperti kecepatan pada
cache memory. Tapi karena memory dengan kecepatan yang tinggi dibuat dengan
Makalah Central Processing Unit (CPU) 12
menggunakan superkonduktor yang harganya mahal maka menjadi tidak ekonomis bila
menggunakan main memory dengan keceapatan tinggi. Dengan cache memory
sejumlah blok informasi di main memory dipindahkan ke cache memory dan
selanjutnya CPU akan berhubungan dengan cache memory.
Bila sejumlah besar dari perhitungan harus dilakukan maka untuk mempercepat
waktu proses dapat dipergunakan array processor atau co-processor yaitu prosesor
terpisah yang dapat ditambahkan pada prosesor utamanya. Dengan array prosesor
perhitungan aritmatika yang besar dan sulit dapat dilakukan dengan memecah
perhitungan tersebut dan dilakukan bersama-sama antara central processor dengan array
processor. Karena array prosesor hanya digunakan untuk perhitungan aritmatika yang
rumit maka prosesor ini sering disebut dengan math- processor atau numeric data
processor.
4. Main Memory
CPU hanya dapat menyimpan data dan instruksi di register yang ukurannya
kecil sehingga tidak dapat menyimpan semua informasi yang dibutuhkan untuk
keseluruhan proses dari program. Untuk mengatasi hal ini pada CPU dilengkapi dengan
memory yang kapasitasnya lebih besar yitu main storage atau internal memory.
Main memory dapat dibayangkan sebagai kotak-kotak yang masing- masing
kotak dapat menyimpan suatu penggal informasi baik berupa data maupun instruksi.
Tiap-tiap lokasi dari kotak ditunjukkan oleh suatu alamat (address). Alamat memory
merupakan suatu nomor yang menunjukkan lokasi tertentu dari kotak memori.
a. RAM (Random Access Memory)
Semua data dan instruksi (program) yang dimasukkan melalui input device
akan disimpan terlebih dahulu di main memory, khususnya di RAM. RAM merupakan
memory yang dapat diakses yaitu dapat dibaca dan ditulis oleh programmer. Struktur
dari RAM dibagi menjadi 4 bagian yaitu :
1. input storage, digunakan untuk menampung input yang dimasukkan melalui input
device.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 13
2. Program storage, digunakan untuk menyimpan semua instruksi-instruksi program
yang akan diproses
3. Working storage, digunakan untuk menyimpan data yang akan diolah dan hasil dari
pengolahan.
4. Output storage, digunakan untuk menampung hasil akhir dari pengolahan data yang
akan ditampilkan pada output device.
Input yang dimasukkan melalui input device pertama kali ditampung terlebih
dahulu di input storage, bila input tersebut berbentuk program maka dipindahkan ke
program storage dan bila berbentuk data akan dipindahkan ke working storage dan hasil
yang akan ditampilkan ke output device dipindahkan ke output storage.
b. ROM (Read Only Memory)
Memory jenis ini hanya bisa dibaca tapi tidak bisa ditulisi oleh programmer. Isi
ROM sudah diisi oleh pabrik pembuatnya berupa sistem operasi yang terdiri dari
program-program pokok yang diperlukan oleh sistem komputer.
Isi dari ROM tidak boleh rusak atau hilang. Bila hal itu terjadi maka sistem
komputer tidak akan bisa berfungsi lagi. Oleh karena itu para pembuatnya
menrancangnya sedemikian rupa sehingga para programmer tidak bisa mengganti
isinya. ROM bersifat non voaltile sehingga isinya tidak akan hilang bila listrik mati.
Dalam kasus lain memungkinkan untuk mengubah isi dari ROM yaitu dengan
cara memrogram kembali instruksi-instruksi yang ada di dalam ROM tersebut. ROM
yang bisa diprogram berbentuk chip yang ditempatkan pada rumahnya yang
mempunyai jendela di atasnya. ROM yang dapat diprogram kembali adalah PROM
(Programmable ROM) yang dapat diprogram oleh programmer yang selanjutnya tidak
bisa diprogram lagi. Jenis lain adalah EPROM (Erasable PROM) yang dapat dihapus
dengan sinar UV serta dapat diprogra berulang-ulang. EEPROM (Electrically EPROM)
dapat dihapus secara elektrik dan dapat diprogram lagi.
Jenis-jenis main memory yang lain berdasarkan komponen-komponen yang
digunakan di antaranya vacuum tube, magnetic core storage, planar thin film storage,
semiconductor storage, josephon junction dan charge-coupled device (CCD).
Makalah Central Processing Unit (CPU) 14
Gambar 1. Hubungan antar Memori
5. Hubungan Antara CPU Dengan Main Memory Dan I/O Device
Hubungan antara CPU dengan main memory dan I/O device dihubungkan oleh
suatu salura yang disebut bus. Hubungan antara CPU dengan main memory melalui
jalur bus yang dilekatkan pada MDR, MAR, dan control unit di CPU. Sedang bus yng
menghubungkan CPU dengan I/O device tidak dilekatkan langsung ke device-device
I/O tersebut melainkan melalui suatu I/O port atau DMA controller atau I/O channel.
a. Bus
Bus merupakan jalur transportasi informasi antara dua atau lebih device- device
dalam sistem komputer. Bus yang menghubungkan CPU dengan main memory disebut
dengan internal bus. Sedang bus yang menghubungkan CPU dengan I/O device disebut
dengan external bus.
Ada tiga jenis bus utama yaitu data bus, address bus, dan control bus. Data bus
adalah bus yang digunakan untuk jalur transportasi data dan instruksi. Address bus
adalah bus yang digunakan untuk jalur transportasi alamat di main memory untuk data
dan instruksi yang akan diambil atau disimpan. Control bus adalah bus yang digunakan
untuk mengirimkan sinyal sebagai pemberitahuan akan dikirimkan suatu informasi atau
telah diterimanya informasi yang dikirimkan dari satu device ke device yang lain. Di
dalam internal bus hubungan antara CPU dengan main meory melalui data bus yang
dihubungkan dengan MDR, address bus yang dihubungkan dengan MAR dan control
bus yang dihubungkan dengan control unit.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 15
Gambar 2. Common Bus
b. I/O Port
I/O device tidak dilekatkan langsung dengan bus tetapi melelui suatu I/O port
I/O interface. I/O device dapat berkomunikasi dengan CPU dengan cara mengirimkan
informasi yang akan dikomunikasikan dengan bus. Informasi yang dikirim dari I/O
device ke main memory atau ke register di CPU diletakkan di I/O port dan dikirimkan
lewat data bus.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 16
Demikian juga bila informasi dari main memory akan dikirimkan ke peripheral
device jugamelaluidata bus dan diterima di I/O port. Cara pengiriman informasi ke I/O
device seperti ini disebut dengan program-controlled I/O.
Dengan cara program-controlled I/O seperti tersebut hanya satu word data saja
yang dapat dikirimkan setiap saat. Cara ini banyak diterapkan pada I/O device yang
hanya dapat menangani satu karakter atau 1 byte saja setiap saat. Jika satu blok data
besar dibutuhkan untuk dikirimkan dari atau ke peripheral device, cara yang lain yang
harus digunakan adalah Direct Memory Address (DMA).
c. DMA (Direct Address Memory) Controller
Untuk peripheral device yang mempunyai kecepatan tinggi tidaklah ekonomis
untuk pengiriman informasi byte per byte atau word per word dan akan lebih ekonomis
bila pengirima informasi dilakukan sekaligus per blok informasi. Bila informasi
dikirimkan langsung per blok dan CPU beroperasi lebih cepat dibandingkan dengan
proses peripheral device, bila CPU harus selalu mengawasi pengiriman informasi maka
akan terjadi suatu waktu yang terbuang di CPU.
Karena CPU banyak menghabiskan proporsi waktu yang cukup besar di dalam
proses membaca dan menuliskan informasi dari atau ke peripheral device maka perlu
dibuat cara agar proses ini tidak terlalu banyak menyita waktu dari CPU.
DMA merupaka suatu konsep yang akan membuat komunikasi informasi antara
peripheral devioce dengan main memory akan lebih efisien. Cara DMA ini dilakukan
dengan melekatkan bus pada DMA controller yang dihubungkan dengan peripheral
device.
d. I/O Channel
Telah dibahas dua cara untuk menerapkan pengiriman informasi ke peripheral
device yaitu program-controlled I/O dan DMA. Program-controlled I/O biasanya
digunakan untuk peripheral device yang mempunyai kecepatan rendah sedangkan yang
mempunyai kecepatan tinggi dilakukan dengan DMA.
Bila beberapa peripheral device yang mempunyai kecepatan tinggi akan
dihubungkan dengan CPU maka tidaklah ekonomis menyediakan beberapa DMA
controller yang terpisah untuk masing-masing peripheral device, yang lebih ekonomis
Makalah Central Processing Unit (CPU) 17
adalah menyediakan DMA controller yang akan digunakan untuk sejumlah peripheral
device. Pemikiran inilah yang menimbulkan konsep I/O channel. Suatu I/O channel
adalah suatu DMA controller yang dipergunakan bersama-sama untuk sejumlah I/O
device.
Masing-masing I/O device dihubungkan dengan suatu channel lewat suatu
control unit. Sebuah controller dapat digunakan untuk sejumlah I/O device yang sejenis
Gambar 3. Diagram Sistem Mikro Komputer
6. Pemrosesan Instruksi
Jika programmer menginginkan CPU untuk mengerjakan sesuatu maka harus
ditulis suatu instruksi yang dikenal oleh CPU. Kumpulan instruksi inilah yang disebut
dengan program.
Program yang akan diproses dan data yang akan diolah oleh CPU harus
diletakkan terlebih dahulu di main memory. Instruksi-instruksi yang dapat diproses oleh
CPU adalah instruksi-instruksi yang sudah dalam bentuk bahasa mesin yang terdri dari
dua bagian yaitu operation code atau disebut dengan op- code dan operand. Op-code
menunjukkan perintah yang akan dikerjakan oleh CPU sedangkan operand menunjukka
data atau register atau alamat dari data di main memory. Jumlah dari operand di
instruksi bervariasi bergantung pada CPU komputer yang digunakan.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 18
Pemrosesan instruksi dilakukan oleh CPU mencakup dua tahap yaitu
instruction fetch dan instruction execute. Wakjtu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan
pemrosesan instruksi tersebut disebut dengan cycle time.
a. Instruction Fetch
Tahap pertama dari pemrosesan suatu instruksi oleh CPU disebut dengan
instruction fetch atau disebut fetch phase yaitu proses CPU mengambil instruksi dari
main memory ke CPU. Pengambilan instruksi ini dilakukan dengan langkah- langkah
sebagai berikut :
1. Alamat dari instruksi yang ada di PC register diletakkan di MAR. MAR
dihubungkan ke main memory dengan address bus sehingga alamat dari instruksi
tersebut dikirimkan ke main memory melalui address bus.
MAR [PC]
2. Sementara itu control unit di CPU mengirimkan sinyal permintaan membaca
instruksi melalui control bus untuk instruksi di alamat yang dikirimkan yang
dikirimkan melalui address bus.
Sinyal read
3. Setelah mengirimkan sinyal permintaan tersebut CPU menunggu sampai menerima
sinyal jawaban dari main memory yang dikirimkan balik melalui control bus bahwa
pengiriman instruksi telah dilakukan dan telah berada di MDR melalui data bus.
Tunggu sinyal balasan dari main memory
4. Instruksi yang telah berada di MDR dipindahkan oleh CPU ke IR.
IR [MDR]
5. Alamat instruksi sebelumnya di PC register ditambah satu (inkremen) yang
merupakan alamat dari instruksi berikutnya di main memory.
PC PC + 1
b. Instruction Execute Tahap kedua dari pemrosesan instruksi adalah instruction execute yaitu proses
dari CPU untuk mengerjakan instruksi yang sudah diflech dari main memory dan sudah
berada di IR. Control unit di CPU mengartikan instruksi tersebut, menentukan, dan
Makalah Central Processing Unit (CPU) 19
mengerjakan operasi apa yang harus dilakukan. Operasi ini dapat berupa fetch data dari
main memory, mengirim instruksi ke ALU untuk melakukan operasi aritmatika atau
logika dan menyimpan hasil pengolahan kembali ke main memory.
Bila operasi yang dilakukan membutuhkan data maka data tersebut harus difetch dari
main memory yang dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut :
1. Alamat dari main memory tempat dari data tersebut berada yang ditunjukkan
oleh operand alamat diletakkan di MAR dan dikirimkan ke main memory
lewat address bus.
2. Control unit mengirimkan sinyal permintaan read isi dari alamat memory
tersebut ke main memory melalui control bus.
3. Control unit menunggu sinyal jawaban dari main memory bahwa data yang
diminta telah dikirimkan dan sebagai hasilnya main memory mengirimkan
data tersebut ke MDR melalui data bus.
4. Data yang sudah berada di MDR dikirim oleh control unit ke operand register.
Data yang sudah ada di operand register tersebut siap untuk diolah oleh ALU
dan bila hasil pengolahan data akan disimpan kembali di main memory maka dapat
dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Alamat dari main memory tempat data akan dsimpan yang ditunjukkan oleh
operand alamat diletakkan di MAR dan dikirimkan ke main memory melalui
address bus .
2. Data hasil pengolahan yang berada di AC dipindahkan ke MDR.
3. Control unit mengirimkan sinyal permintaan write ke alamat memory tersebut
ke main memory melalui control bus.
4. Control unit menunggu sinyal balik jawaban dari main memory malalui
control bus bahwa penyimpanan data telah dilakukan.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 20
c. Cycle Time
Waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan tahap pertama yaitu instruction
fetch disebut dengan instruction time. Waktu yang dibutuhkan untuk menyelasaikan
tahap kedua yaitu instruction execute disebut dengan execution time. Tahap pertama
dan kedua secara keseluruhan disebut machine cycle dan waktu yang dibutuhkan tahap
pertama dan kedua disebut cycle time. Setelah kedua tahap siklus dilaksanakan untuk
sebuah instruksi maka siklus akan diulangi untuk instruksi berikutnya sampai instruksi
yang terakhir,
Makalah Central Processing Unit (CPU) 21
BAB III
KESIMPULAN
1. Sebuah komputer digital terdiri dari dari system prosesor (CPU), memory, dan
Input/Output yang saling berhubungan. Ketiga elemen tersebut dihubungkan oleh suatu
jalur yang disebut dengan bus.
2. Pada komputer ada dua memori yaitu main memory dan secondary
memory. Main mamory contohnya adalah ROM (Read Only Memory) dan RAM
(Random Access Memory). Ada beberapa jenis ROM yaitu PROM, EPROM, dan
EEPROM. Contoh dari RAM adalah SRAM, DRAM, SDRAM, DDR1, DDR2,
dan lain-lain.
3. Bagian utama dari CPU adalah control unit, Arithmatic and Logic Unit
(ALU), dan register. Control unit bertugas mengatur dan mengendalikan semua
device yang ada pada system komputer. ALU bertugas melakukan semua
perhitungan aritmatika dan perbandingan logika. Sedangkan register digunakan
untuk menyimpan data dan instruksi yang akan diproses oleh CPU.
4. Bus adalah suatu sirkuit yang merupakan jalur yang menghubungkan
antara ketiga bagian utama komputer. Ada tiga bus dalam komputer yaitu data
bus, address bus, dan control bus. Data bus adalah bus yang digunakan untuk jalur
transportasi data dan instruksi. Address bus adalah bus yang digunakan untuk
jalur transportasi alamat di main memory untuk data dan instruksi yang akan
diambil atau disimpan. Control bus adalah bus yang digunakan untuk
mengirimkan sinyal sebagai pemberitahuan akan dikirimkan suatu informasi atau
telah diterimanya informasi yang dikirimkan dari satu device ke device yang lain.
Makalah Central Processing Unit (CPU) 22
DAFTAR PUSTAKA
Teguh Wahyono, (2007). Pengantar Organisasi Komputer. Gaya Media : Yogyakarta
Tanenbaum, Andrew S.(2001). Organisasi Komputer Terstruktur. Salemba Teknika :
Jakarta.
Suyanto, M. (2005). Pengantar Teknologi Informasi untuk Bisnis. Penerbit Andi :
Yogjakarta.
www.google.co.id
Makalah Central Processing Unit (CPU) 23