Organisasi Komputer Diagram blok CPU,ALU,CLU Register dan penerapannya pada CPU

Kuliah Organisasi Sistem Komputer

DIAGRAM BLOG CPU

Sebuah komputer moderen/digital dengan program yang tersimpan di dalamnya merupakan sebuah system yang memanipulasi dan memproses informasi menurut kumpulan instruksi yang diberikan.

Hardware yang dipakai untu membuat modul seperti :

1. Register
2. Elemen aritmatika dan logika
3. Unit pengendali
4. Unit memori
5. Unit masukan/keluaran (I/O)

Komputer dapat dibagi menjadi 3 bagian utama, yaitu :

1.      Unit pengolahan pusat (CPU)

2.      Unit masukan/keluaran (I/O)

3.      Unit memori

Gambar diatas merupakan Organisasi dasar dari sebuah computer.

Konsep Bus

Bus adalah merupakan kawat atau sebuah jalur fisik yang berfungsi menghubungkan register-register dengan unit-unit fungsional yang berhubungan dengan tiap-tiap modul.

pada gambar diatas merupakan cara pemrosesan suatu data melalui control BUS.CPU akan membaca ke memori selanjutnya data dari CPU akan dikirim lalu diroses ke input/output.apabila memerlukan operasi aritmatika maka data kembali dimasukan ke ALU untuk diproses dan disinkronasikan lalu dikirim kembali ke CPU.

Unit kontrol

CPU bertugas mengontrol komputer sehingga terjadi sinkronisasi kerja antar komponen dalam menjalankan fungsi-fungsi operasinya. termasuk dalam tanggung jawab unit kontrol adalah mengambil intruksi-intruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut.

tugas dari unit kendali ini adalah:

•Mengatur dan mengendalikan alat-alat input dan output.

•Mengambil instruksi-instruksi dari memori utama

•Mengambil data dari memori utama (jika diperlukan) untuk diproses.

•Mengirim instruksi ke ALU bila ada perhitungan aritmatika atau perbandingan logika serta mengawasi kerja dari ALU.

•Menyimpan hasil proses ke memori utama.

ARITHMATIC LOGIC UNIT

unit  yang  bertugas  untuk  melakukan  operasi  aritmetika  dan  operasi logika  berdasar  instruksi  yang  ditentukan.  ALU  sering  di  sebut  mesin bahasa  karena  bagian  ini  ALU  terdiri  dari  dua  bagian,  yaitu  unit arithmetika  dan  unit  logika  Boolean.

Ø  Tugas  utama  dari  ALU  adalah  melakukan semua perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi  program.  ALU  melakukan  semua  operasi  aritmatika  dengan dasar penjumlahan sehingga sirkuit elektronik yang digunakan disebut adder.

Ø  Tugas lain dari ALU adalah melakukan keputusan dari suatu operasi logika sesuai  dengan  instruksi  program. 

Ø  Melakukan perhitungan aritmatika (matematika) yang terjadi sesuai dengan instruksi program

Ø  Membantu Control Unit saat melakukan perhitungan aritmatika (ADD, SUB) dan logika (AND, OR, XOR, SHL, SHR)

Bagian dari komputer yang menggenerasi signal yang mengontrol operasi komputer.

Berikut  tugas Control Unit adalah mengontrol sisklus Mesin Von Neumann :

Ø  Menjemput instruksi berikutnya yang akan dijalankan dari memori, menempatkannya dalam register instruksi (IR) dan  menambahkan (Increment) PC untuk menunjukkan atau mengarahkan ke instruksi beikutnya yang ada dalam memori,

Ø  Mendekode dan menjalankan instruksi yang baru saja dijemput.

Ø  Unit kontrol menghasilkan signal kontrol yang mengatur komputer. Untuk komputer yang sangat sederhana,unit control ini bisa mengirim microorder,yakni signal individual yang dikirimkan melalui jalur kontrol dedicated,untuk mengontrol komponen dan peralatan individual.

Ø  Yang lebih umum  dilakukan oleh unit control adalah menghasilkan set mikroorder secara serempak dari pada microorder individual.set mikrooder yang dihasilkan oleh unit kontrol pada sekali saat disebut microinstruction.

Operasi Mikro

Operasi Mikro untuk kendali logika ( Control Logic Unit ) bertugas untuk mengatur seluruh aktifitas perangkat keras di dalam komputer dan juga untuk memindahkan data antar register. cara untuk melakukan operasi mikro tersebut dengan menggunakan bahasa transfer register / Register Transfer Language (RTL).

Berikut cara menggunakan Bahasa RTL :

·             

                 

Artinya isi register A1 dan A2 dijumlahkan dengan menggunakan sirkuit adder biner dan hasil jumlahnya ditransfer ke register A3.

Namum apabila dilakukan pengulangan penjumlahan akan menyebabkan overflow dan untuk menampung overflow tersebut digunakan register 1-bit yaitu V sebagai register overflow serta pelengkap A3.

CLU bertugas untuk :

1. Memberi suatu instruksi dari memori

2. Memberi kode pada instruksi untuk menentukan operasi mana yang akan dilaksanakan

3. Menentukan sumber dan tujuan data di dalam perpindahan data

4. Mengeksekusi operasi yang dikerjakan

            Setelah menginterpretasi kode biner suatu instruksi, CLU menghasilkan serangkaian perintah kendali, yang disebut sebagai instruksi mikro (microinstruction ) atau operasi mikro.

          Instruksi mikro merupakan operasi primitif tingkat rendah yang bertindak secara langsung pada sirkuit logika suatu komputer dan mengatur fungsi-fungsi sebagai berikut :

1. Membuka/menutup gerbang ( gate ) dari sebuah register ke sebuah bus

2. Mentransfer data sepanjang bus

3. Memberi inisial sinyal-sinyal kendali seperti READ, WRITE, SHIFT, CLEAR dan      SET

4. Mengirimkan sinyal-sinyal waktu

5. Menunggu sejumlah periode waktu tertentu

6. Menguji bit-bit tertentu dalam sebuah register

Perancangan CLU

Terdapat 2 pendekatan dalam perancangan CLU, yaitu :

        1. Hardwired atau Random Logic

       Sejumlah gerbang ( gate ), counter dan register saling dihubungkan untuk menghasilkan sinyal-sinyal kendali. Setiap rancangan memerlukan sekelompok peranti 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.

    Microinstruction decoder menghasilkan dan mengeluarkan mikroorder di dasarkan  pada mikrointruksi dan op code intruksi yang akan di jalankan .yang terakhir sequncer menyinkronasikan aktivitas dari komponen unit kontrol.squencer adalah bagian inti (jantung) dari unit control.

Register

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 di gunakan untuk menyimpan data saat di olah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. Register umumnya diukur dengan satuan bit yang dapat ditampung olehnya, seperti "register 8-bit", "register 16-bit", "register 32-bit", atau "register 64-bit" dan lain-lain.

Kategori dalam register :

1.      register yang terlihat pemakai,

Register-register tipe ini terlihat oleh pemakai (pemrogram), pemrogram dapat memeriksa dan beberapa instruksi dapat digunakan untuk mengisi (memodifikasi) isi register tipe ini. Register tipe ini terdiri dari dua jenis, yaitu:
1. Data Register : Digunakan untuk menyimpan angka-angka dalam bilangan bulat (integer)

2. Addres Register : Digunakan untuk menyimpan alamat-alamat memori dan juga untuk    mengakses memori.

2.      register untuk kendali status.

Beragam register tipe ini digunakan untuk mengendalikan operasi pemroses. Kebanyakan tidak terlihat oleh pemakai. Sebagiannya dapat diakses dengan instruksi mesin yang dieksekusi dalam mode kontrol atau kernel sistem operasi.

Register untuk kendali status antara lain:

- register untuk alamat dan buffer (address and buffer register)

- register untuk eksekusi intruksi (instruction execution register)

- register untuk informasi status (status information register)

SIC (SIMPLIFIED INSTRUCTIONAL COMPUTER)

Komputer yang didasarkan pada SIC ini merupakan komputer yang termasuk dalam perancangan arsitektur yang sangat sederhana dan komputer ini dipersembahkan oleh BECK (1985).

Struktur Mesin SIC terdiri dari :

1. CPU
2. Unit memori
3. Minimal satu unit prinati I/O

Penggunaan register-register pada SIC 

1. Register A = register yang digunakan untuk proses perhitungan
2. Register X = register yang digunakan untuk mode pengalamatan berindex
3. Register PC = register  yang menyimpan alamat instruksi berikutnya
4. Register L = register yang menyimpan alamat asal sebelum melakukan subroutines
5. Register IR = register  yang menyimpan instruksi yang sedang dikerjakan
6. Register MBR = register yang digunakan untuk proses masukan atau keluaran data dari memori
7. Register MAR = register yang menyimpan alamat memori untuk proses pembacaan atau penulisan
8. SW = register yang berisi informasi status relatif terhadap instruksi sebelumnya
9. C = register yang membangkitkan signal waktu t0, t1, t2, t3
10. INT = register yang menentukan apakah signal interrupt telah diterima
11. F = register yang digunakan dalam proses”siklus fetch’
12. E = register khusus yang digunakan dalam proses “siklus eksekusi’
13. S = register yang akan mengaktifkan register C

Cara Kerja CPU

Saat  data  dan/atau  instruksi  dimasukkan  ke  processing-devices,  pertama  sekali diletakkan di RAM (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 Accumulator. Apabila hasil  pengolahan  telah  selesai,  maka  Control  Unit  akan  mengambil  hasil pengolahan  di  Accumulator  untuk  ditampung  kembali  ke  Working-storage.  Selanjutnya di tamping di Output-storage dan ditampilkan ke output-devices.

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  ketik,pemindai,  tuas  kontrol,  maupun  tetikus. CPU dapat mengakses data-data pada RAM 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 RAM. Data kemudian didekode dengan menggunakan unit proses yang disebut sebagai pendekoder  instruksi yang sanggup menerjemahkan instruksi . 

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. memantau instruksi yang sukses dijalankan supaya instruksi tersebut dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan sesuai.