Makalah CPU

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.


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.


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


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


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.


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.


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


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 (=),


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.


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.


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


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.


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).


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.


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.


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


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.


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


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.


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,


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.


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


http://www.google.co.id/

Makalah CPU

Documents

Transcript of Makalah CPU