Tugas 5. CPU

on 20141203

Gambar 1. Prosesor

Central Processing Unit (CPU) merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat lunak. Istilah lain, pemroses/prosesor (processor), 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 menajadi aspek penting dalam penerapan CPU.

A. KOMPONEN CPU

Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu :
1. Unit Kontrol yang mampu mengatur jalannya program. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan menentukan jenis intruksi tersebut.

2. 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 digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya.

3. ALU unit ini yang bertugas untuk melakukan operasi aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. 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 seperti, sama dengan (=), kurang dari (<), lebih besar dari (>), dll.

4. CPU Interconnections adalah sisem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU yaitu, ALU, Unit Kontrol dan Register-Register serta dengan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya seperti memori utama, piranti masukan/keluaran.

B. CARA KERJA CPU

Gambar 2. Central Processing Unit

Saat data dan/atau instruksi dimasukkan ke processing-devices, pertama sekali diletakkan di MAA (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 Akumulator.

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.

C. 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 tombol, 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 (MAA), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada MAA 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 MAA. 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.

D. SISTEM BUS

BUS sistem terdiri dari sejumlah bus yang berlainan yang menyediakan jalan antara dua buah komponen yang menghubungkan komponen-kompoen utama komputer (CPU, Memori. I/O). Sistem bus adalah penghubunga bagis keseluruhan komponen-komponen dalam menjalankan tugasnya.

Gambar 3. Skema Interkoneksi ke BUS

 Sruktur Sistem BUS

1. Saluran data
Saluran data memberikan lintasan bagi perpindahan data antara dua modul sistem. Lebar bus data perupakan faktor penting dalam menentukan kinerja sistem secara keseluruhan.

2. Saluran Alamat
Saluran alamat digunakan untuk menandakan sumber atau tujuan data pada bus data.

3. Saluran Kontrol
Saluran kontrol digunakan untuk mengontrol akses ke saluran alamat dan penggunaan data.

 
Beberapa BUS utama dalam sistem komputer modern adalah sebagai berikut :

1. Bus Processor. Bus ini merupakan bus tercepat dalam sistem dan menjadi bus inti dalam chipset dan motherboard. Bus ini utamanya digunakan oleh prosesor untuk meneruskan informasi dari prosesor ke chace atau memori utama ke chipset kontrolir memori (Northbridge, MCH, atau SPP). Bus ini juga terbagi atas beberapa macam, yakni Front-Side Bus, HyperTransport bus, dan beberapa bus lainnya. Sistem komputer selain Intel x86 mungkin memiliki bus-nya sendiri-sendiri. Bus ini berjalan pada kecepatan 100 MHz, 133 MHz, 200 MHz, 266 MHz, 400 MHz, 533 MHz, 800 MHz, 1000 MHz atau 1066 MHz. Umumnya, bus ini memiliki lebar lajur 64-bit, sehingga setiap detaknya ia mampu mentransfer 8 byte.

2. Bus AGP (Accelerated Graphic Port). Bus ini merupakan bus yang didesain secara spesifik untuk kartu grafis. Bus ini berjalan pada kecepatan 66 MHz (mode AGP 1x), 133 MHz (mode AGP 2x), atau 533 MHz (mode AGP 8x) pada lebar jalur 32-bit, sehingga bandwidth maksimum yang dapat diraih adalah 2133 MByte/s. Umumnya, bus ini terkoneksi ke chipset pengatur memori (Northbridge, Intel Memory Controller Hub, atau NVIDIA nForce SPP). Sebuah sistem hanya dapat menampung satu buah bus AGP. Mulai tahun 2005, saat PCI Express mulai marak digunakan, bus AGP ditinggalkan.

3. Bus PCI (Peripherals Component Interconnect). Bus PCI tidak tergantung prosesor dan berfungsi sebagai bus peripheral. Bus ini memiliki kinerja tinggi untuk sistem I/O berkecepatan tinggi. Bus ini berjalan pada kecepatan 33 MHz dengan lebar lajur 32-bit. Bus ini ditemukan pada hampir semua komputer PC yang beredar, dari mulai prosesor Intel 486 karena memang banyak kartu yang menggunakan bus ini, bahkan hingga saat ini. Bus ini dikontrol oleh chipset pengatur memori (northbridge, Intel MCH) atau Southbridge (Intel ICH, atau NVIDIA nForce MCP).

4. Bus PCI Express (Peripherals Component Interconnect Express)
5. Bus PCI-X
6. Bus ISA (Industry Standard Architecture)
7. Bus EISA (Extended Industry Standard Architecute)
8. Bus MCA (Micro Channel Architecture)

9. Bus SCSI (Small Computer System Interface). Bus ini diperkenalkan oleh Macintosh pada tahun 1984. SCSI merupakan antarmuka standar untuk drive CD-ROM, peralatan audio, harddisk, dan perangkat penyimpanan eksternal berukuran besar.

10. Bus USB (Universal Serial Bus). Bus ini dikembangkan oleh tujuh vendor komputer, yaitu Compaq, DEC, IBM, Intel, Microsoft, NEC, dan Northern Telecom. Bus ini ditujukan bagi perangkat yang memiliki kecepatan rendah seperti keyboard, mouse, dan printer karena tidak akan efisien jika perangkat yang berkecepatan rendah dipasang pada bus berkecepatan tinggi seperti PCI.


SUMBER :

Tugas 4. ARSITEKTUR SET INSTRUKSI

Set Instruksi (bahasa Inggris: Instruction Set, atau Instruction Set Architecture (ISA)) didefinisikan sebagai suatu aspek dalam arsitektur komputer yang dapat dilihat oleh para pemrogram. Secara umum, ISA ini mencakup jenis data yang didukung, jenis instruksi yang dipakai, jenis register, mode pengalamatan, arsitektur memori, penanganan interupsi, eksepsi, dan operasi I/O eksternalnya (jika ada).

ISA merupakan sebuah spesifikasi dari Pullman semua kode-kode biner (opcode) yang diimplementasikan dalam bentuk aslinya (native form) dalam sebuah desain prosesor tertentu. Kumpulan opcode tersebut, umumnya disebut sebagai bahasa mesin (machine language) untuk ISA yang bersangkutan. ISA yang populer digunakan adalah set instruksi untuk chip Intel x86, IA-64, IBM PowerPC, Motorola 68000, Sun SPARC, DEC Alpha, dan lain-lain.

ELEMEN - ELEMEN DARI SET INSTRUKSI

a. Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan.
b. Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan.
c. Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan.
d. Next Instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.


FORMAT INSTRUKSI

Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi.

Contoh suatu Format Instruksi adalah sbb :

Ilustrasi Format Instruksi Sederhana
(Stallings, W. 1990, hal. 294)






JENIS - JENIS INSTRUKSI

1. Data Processing / Pengolahan Data : instruksi-instruksi aritmetika dan logika. Instruksi aritmetika memiliki kemampuan untuk mengolahdata numeric, sedangkan instruksi logika beroperasi pada bit-bit word sebagai bit bukan sebagai bilangan. Operasi-operasi tersebut dilakukan terutama untuk data di register CPU.

2. Data Storage / Penyimpanan Data : instruksi-instruksi memori. Instruksi-instruksi memori diperlukan untuk memindah data yang terdapat di memori dan register.

3. Data Movement / Perpindahan Data : instruksi I/O. Instruksi-instruksi I/O diperlukan untuk memindahkan program dan data ke dalam memori dan mengembalikan hasil komputansi kepada pengguna.

4. Control / Kontrol : instruksi pemeriksaan dan percabangan. Instruksi-instruksi kontrol digunakan untuk memeriksa nilai data, status komputansi dan mencabangkan ke set instruksi lain.

TEKNIK PENGALAMATAN

Metode pengalamatan merupakan aspek dari set instruksi arsitektur disebagian unit pengolah pusat (CPU) desain yang didefinisikan dalam set instruksi arsitektur dan menentukan bagaimana bahasa mesin petunjuk dalam arsitektur untuk mengidentifikasi operan dari setiap instruksi. Sebuah mode pengalamatan menentukan bagaimana menghitung alamat memori yang efektif dari operand dengan menggunakan informasi yang diadakan di register dan / atau konstanta yang terkandung dalam instruksi mesin atau di tempat lain.

Jenis-jenis metode pengalamatan diantaranya :

1. Immediate Addressing Mode



2. Register Addressing Mode



3. Direct Addressing Mode



4. Indirect Addressing Mode


R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Destination Address
MOV A,#30h   ; salin immediate data 30h ke Akumulator
MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0
MOV @R0,A   ; salin the data in A ke alamat di R0

R0 atau R1 digunakan untuk menunjukkan Source Address
MOV R0,#7Fh   ; salin immediate data 7Fh ke register R0
MOV @R0,#30h  ; salin immediate data 30 ke alamat di R0
MOV A,@R0   ; salin isi dari alamat di R0 ke Akumulator


*NB : klik gambar untuk melihat lebih jelas*


DESAIN SET INSTRUKSI

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya :

1. Kelengkapan set instruksi
2. Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
3. Kompatibilitas :
- Source code compatibility
- Object code compatibility

Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut :

a. Operation Repertoire, berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan dan berapa sulit operasinya.
b. Data Types, tipe / jenis data yang dapat diolah.
c. Instruction Format, panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
d. Register, banyaknya register yang dapat digunakan.
e. Addressing, mode pengalamatan untuk operand.


SUMBER :
Catatan Kuliah. 
http://id.wikipedia.org/wiki/Set_instruksi
http://www.scribd.com/doc/34681874/2-Set-Instruksi
http://fachrulryper.blogspot.com/2012/11/arsitektur-set-instruksi-dan-cpu.html

Tugas 3. STRUKTUR DASAR KOMPUTER & ORGANISASI KOMPUTER

on 20141111
A. STRUKTUR DASAR KOMPUTER

Struktur adalah susunan yang menggambarkan hubungan antar komponen dalam sebuah sistem.

Struktur internal komputer memiliki 4 komponen struktur utama antara lain :
1. Central Processing Unit (CPU), merupakan pengontrol operasi komputer dan membentuk fungsi-fungsi pengolah datanya. CPU secara sederhana disebut sebagai processor.
2. Main Memory, berfungsi untuk menyimpan data.
3. I/O (Input/Output), piranti yang berfungsi untuk memindahkan data antara komputer dengan lingkungan luarnya.
4. System Interconnection, beberapa mekanisme komunikasi antara CPU, main memory dan I/O.

Gambar 1. Diagram Struktur Dasar Komputer


1. Central Processing Unit (CPU)

Komponen-komponen struktur utamanya adalah :
a. Control Unit, mengontrol operasi CPU dan mengontrol komputer.
b. Arithmetic and Logic Unit, membentuk fungsi-fungsi pengolahan data komputer.
c. Register, sebagai penyimpanan internal bagi CPU.
d. CPU Interconnection, sejumlah mekanisme komunikasi antara control unit, ALU dan registers.

Gambar 2. Diagram CPU


2. Control Unit (CU)

Gambar 3. Diagram Control Unit

B. ORGANISASI KOMPUTER

Organisasi Komputer mempelajari bagian yang terkait dengan unit-unit operasional komputer dan hubungan antara komponen sistem komputer, seperti teknologi hardware, sinyal kontrol, interface, teknologi memori. 

Organisasi dasar dari sebuah komputer dapat ditunjukkan pada blok diagram di bawah ini :

Gambar 4. Blok Diagram Organisasi Komputer


Keterangan :
CPU mengendalikan urutan dari semua pertukaran informasi dalam komputer dan dengan dunia luar melalui unit I/O. Sedangkan unit memori terdiri dari sejumlah besar lokasi yang menyimpan program dan data yang sedang aktif digunakan CPU. Ketiga unit tersebut dihubungkan dengan berbagai macam bus.

Bus adalah sekelompok kawat atau sebuah jalur fisik yang berfungsi menghubungkan register-register dengan unit-unit fungsional yang berhubungan dengan tiap-tiap modul. Informasi saling dipertukarkan di antara modul dengan melalui bus.


SUMBER :
Organisasi Komputer.pdf by Oky Dwi Nurhayati, ST., MT
Organisasi & Arsitektur Komputer by Yulisdin Mukhlis, ST., MT

Tugas 2. ARSITEKTUR KOMPUTER

on 20141029
Arsitektur adalah segala hal yang memungkinkan bagi programer untuk dimanipulasi : set intruksi, jumlah bit untuk representasi data, mekanisme I/O, teknik pengalamatan.

Komputer adalah sebuah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar. Interaksi dengan dunia luar dilakukan melalui perangkat peripheral dan saluran komunikasi.

Dalam bidang teknik komputer, arsitektur komputer adalah konsep perencanaan dan struktur pengoperasian dasar dari suatu sistem komputer.

Arsitektur komputer ini merupakan rencana cetak-biru dan deskripsi fungsional dari kebutuhan bagian perangkat keras yang didesain (kecepatan proses dan sistem interkoneksinya). Dalam hal ini, implementasi perencanaan dari masing-masing bagian akan lebih difokuskan terutama mengenai bagaimana CPU akan bekerja dan mengenai cara pengaksesan data dan alamat dari dan ke memori cache, RAM, ROM, cakram keras, dll.

Beberapa contoh arsitektur komputer ini adalah arsitektur von Neumann, CISC, RISC, Blue Gene, dll.

Arsitektur komputer juga dapat didefinisikan dan dikategorikan sebagai ilmu dan sekaligus seni mengenai cara interkoneksi komponen-komponen perangkat keras untuk dapat menciptakan sebuah komputer yang memenuhi kebutuhan fungsional, kinerja dan terget biayanya.

Tingkatan Dalam Arsitektur Komputer

Ada sejumlah tingkatan dalam konstruksi dan organisasi sitem komputer. Perbedaan paling sederhana diantara tingkatan tersebut adalah perbedaan antara hardware dan software.

1. Tingkatan Dasar Arsitektur Komputer
Pada tingkatan ini hardware sebagai tingkatan komputer yang paling bawah dan dasar, di mana pada hardware ini 'layer' software ditambahkan. Software tersebut berada di atas hardware, menggunakannya dan mengontrolnya. Hardware ini mendukung software dengan memberikan atau menyediakan operasi yang diperlukan software.


2. Multilayered Machine
Tingkatan dasar arsitektur komputer kemudian dikembangkan dengan memandang sistem komputer keseluruhan sebagai 'multilayered machine' yang terdiri dari beberapa layer software di atas beberapa layer hardware.

Berikut tingkatan layer tersebut :


Keterangan :
1. Physical Device Layer
merupakan komponen elektrik dan elektronik yang sangat penting.
2. Digital Logic Layer
Elemen pada tingkatan ini dapat menyimpan, memanipulasi dan mentransmisi data dalam bentuk representasi biner sederhana.
3. Microprogrammed Layer
Menginterprestasikan instruksi bahasa mesin dari layer mesin dan secara langsung menyebabkan elemen logika digital nenjalankan operasi yang dikehendaki. Maka sebenarnya ia adalah prosesor inner yang sangat mendasar dan dikendalikan oleh set intruksi program kontrol primitifnya sendiri yang disangga dalam ROM innernya sendiri. Instruksi program ini disebut mikrokode dan program kontrolnya disebut mikroprogram.
4. Machine Layer
Adalah tingkatan yang paling bawah di mana program dapat dituliskan dan memang hanya instruksi bahasa mesin yang dapat diinterprestasikan secara langsung oleh hardware.
5. Operating System Layer
Mengontrol cara yang dilakukan oleh semua software dalam menggunakan hardware yang mendasari (underlying)dan juga menyembunyikan kompleksitas hardware dari software lain dengan cara memberikan fasilitasnya sendiri yang memungkinkan software menggunakan hardware tersebut secara lebih mudah.
6. Higher Order Software Layer
Mencakup semua program dalam bahasa selain bahasa mesin yang memerlukan penerjemahkan program seperti itu akan mengandalkan pada fasilitas sistem operasi yang mendasari maupun instruksi-instruksi mesin mereka sendiri.
7. Aplications Layer
Adalah bahasa komputer seperti yang dilihat oleh end-user.


Terdapat empat struktur utama arsitektur komputer modern :
1. Central Prosesing Unit (CPU), berfungsi sebagai pengontrol operasi komputer dan pusat pengolahan fungsi-fungsi komputer.
2. Memori Utama, berfungsi sebagai penyimpan data.
3. I/O, berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.
4. System Interconnection, merupakan sistem yang menghubungkan CPU, memori utama dan I/O.

Struktur Utama Arsitektur Komputer


Central Processing Unit (CPU)
CPU terdiri dari dua bagian utama, yaitu unit kendali (control unit) dan unit aritmatika dan logika (arithmathic logic unit). Di samping dua bagian utama tersebut, CPU mempunyai beberapa simpanan yang berukuran kecil yang disebut register.

Control Unit (CU)
Tugas dari control unit adalah :
1. mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output
2. mengambil instruksi-instruksi dari main memory
3. mengambil data dari main memory kalau diperlukan oleh proses
4. mengirim instruksi ke arithmetic and logic unit bila perhitungan aritmatik atau perbandingan logika serta mengawasi kerja aritmetik dan logika
5. menyimpan hasil proses ke main memory.

Arithmetic and Logic Unit (ALU)
Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan aritmatik atau matematika yang terjadi sesuai dengan instruksi program. ALU melakukan operasi aritmatik dengan dasar pertambahan, sedang operasi aritmatik yang lainnya seperti pengurangan, perkalian dan pemabgian dilakukan dengan dasar penjumlahan. Sehingga sirkuit elektronik di ALU yang digunakan untuk melaksanakan operasi aritmatik ini disebut adder.

Tugas lain ALU adalah melakukan keputusan dari operasi logika sesuai dengan instruksi program. Operasi logika meliputi perbandingan dua buah elemen logika dengan menggunakan operator logika, yaitu =, <>, <, >, <+, >=.

Memori
Memori adalah bagian dari komputer tempat program-program dan data-data disimpan. Memori dibedakan menjadi 2 yaitu :
1. Memori Internal, yaitu register yang terdapat di dalam prosesor, cache memori dan memori utama berada di luar prosesor.
2. Memori Eksternal, yaitu memori yang diakses prosesor melalui piranti I/O seperti disket dan hardisk.

Modul I/O
Merupakan peralatan antarmuka (interface) bagi sistem bus atau switch sentral dan mengontrol satu atau lebih perangkat peripheral. Modul I/O memiliki dua buah fungsi utama, yaitu :
1. Sebagai piranti antarmuka ke CPU dan memori melalui bus sistem.
2. Sebagai piranti antarmuka dengan peralatan peripheral lainnya dengan menggunakan link data tertentu.


SUMBER :
Arsitektur Komputer.pdf