Struktur CPU

Komponen Utama CPU
CPU  merupakan  komponen  terpenting  dari  sistem  komputer.  CPU  adalah  komponen pengolah data berdasarkan instruksi – instruksi yang diberikan kepadanya. Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen sebagai bagian dari struktur CPU. CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu :

• Arithmetic  and  Logic  Unit  (ALU),  bertugas  membentuk  fungsi  –  fungsi  pengolahan  data komputer.  ALU  sering  disebut  mesin  bahasa  (machine  language)  karena  bagian  ini mengerjakan instruksi  –  instruksi  bahasa  mesin  yang  diberikan  padanya.  Seperti  istilahnya, ALU  terdiri  dari dua  bagian,  yaitu  unit  arithmetika  dan  unit  logika boolean,  yang  masing  – masing memiliki spesifikasi tugas tersendiri. 
• Control Unit, bertugas mengontrol operasi CPU dan secara keselurahan mengontrol komputer sehingga  terjadi  sinkronisasi  kerja  antar  komponen  dalam  menjalankan  fungsi  –  fungsi operasinya.  Termasuk  dalam  tanggung  jawab  unit  kontrol  adalah  mengambil  instruksi  – instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi tersebut. 
• Registers, adalah media penyimpan internal CPU yang digunakan saat proses pengolahan data. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah ataupun data untuk pengolahan selanjutnya. 
• CPU Interconnections, adalah sistem koneksi dan bus yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register – register dan juga dengan bus – bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, piranti masukan/keluaran. 

Komponen internal CPU

Fungsi CPU

Fungsi CPU adalah penjalankan program – program yang disimpan dalam memori utama dengan  cara  mengambil  instruksi  –  instruksi,  menguji  instruksi  tersebut  dan  mengeksekusinya satu persatu sesuai alur perintah. Untuk memahami fungsi CPU dan caranya berinteraksi dengan komponen lain, perlu ditinjau lebih jauh proses eksekusi program. Pandangan paling sederhana proses eksekusi program adalah  dengan  mengambil  pengolahan  instruksi  yang  terdiri  dari  dua  langkah,  yaitu  :  operasi pembacaan  instruksi  (fetch)  dan  operasi  pelaksanaan  instruksi  (execute).

Siklus Instruksi Dasar

Siklus Fetch - Instruksi

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksidari memori. Terdapat register  dalam CPU  yang  berfungsi  mengawasi  dan  menghitung  instruksi  selanjutnya,  yang disebut  Program Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. Instruksi  –  instruksi  yang dibaca  akan  dibuat  dalam  register  instruksi  (IR).  Instruksi  – instruksi ini dalam bentuk kode – kode binner yang dapat diinterpretasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan. Aksi – aksi ini dikelompokkan menjadi empat katagori, yaitu :  

• CPU – Memori, perpindahan data dari CPU ke memori dan sebaliknya. 
• CPU –I/O, perpindahan data dari CPU ke modul I/O dan sebaliknya. 
• Pengolahan Data, CPU membentuk sejumlah operasi aritmatika dan logika terhadap data. 
• Kontrol,  merupakan  instruksi  untuk  pengontrolan  fungsi  atau  kerja.  Misalnya  instruksi pengubahan urusan eksekusi. 

Perlu diketahui bahwa siklus eksekusi untuk suatu instruksi dapat melibatkan lebih dari sebuah referensi ke memori. Disamping itu juga, suatu instruksi dapat menentukan suatu operasi I/O. 

Diagram Siklus Instruksi

Penjelasan gambar :

• Instruction  Addess  Calculation  (IAC),  yaitu  mengkalkulasi  atau  menentukan  alamat  instruksi berikutnya yang akan dieksekusi. Biasanya melibatkan penambahan bilangan tetap ke alamat instruksi sebelumnya. Misalnya, bila panjang setiap instruksi 16 bit  padahal memori memiliki panjang 8 bit, maka tambahkan 2 ke alamat sebelumnya. 
• Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau pengambil instruksi dari lokasi memorinya ke CPU. 
• Instruction  Operation  Decoding  (IOD),  yaitu  menganalisa  instruksi  untuk  menentukan  jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan. 
• Operand  Address  Calculation  (OAC),  yaitu  menentukan  alamat  operand,  hal  ini  dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori. 
• Operand Fetch (OF), adalah mengambil operand dari memori atau dari modul I/O. 
• Data Operation (DO), yaitu membentuk operasi yang diperintahkan dalam instruksi. 
• Operand store (OS), yaitu menyimpan hasil eksekusi ke dalam memori. 

Fungsi Interrupt

Fungsi  interupsi  adalah  mekanisme  penghentian  atau  pengalihan  pengolahan  instruksi dalam  CPU kepada  routine  interupsi.  Hampir  semua  modul  (memori  dan  I/O)  memiliki mekanisme yang dapat menginterupsi kerja CPU. Tujuan interupsi secara umum untuk menejemen pengeksekusian routine instruksi agar efektif  dan  efisien  antar  CPU  dan  modul  –  modul  I/O  maupun  memori.  Setiap  komponen 

komputer  dapat  menjalankan  tugasnya  secara  bersamaan,  tetapi  kendali  terletak  pada  CPU disamping itu  kecepatan  eksekusi  masing  –  masing  modul  berbeda  sehingga  dengan  adanya fungsi interupsi ini dapat sebagai sinkronisasi kerja antar modul.

Macam – macam kelas sinyal interupsi : 

• Program,  yaitu  interupsi  yang  dibangkitkan  dengan  beberapa  kondisi yang terjadipada hasil eksekusi program. Contohnya: arimatika overflow, pembagian nol, oparasi ilegal. 
• Timer, adalah interupsi yang dibangkitkan pewaktuan dalam prosesor. Sinyal ini memungkinkan sistem operasi menjalankan fungsi tertentu secara reguler. 
• I/O, sinyal interupsi yang dibangkitkan oleh modul I/O sehubungan pemberitahuan kondisi error dan penyelesaian suatu operasi. 
• Hardware  failure,  adalah  interupsi  yang  dibangkitkan  oleh  kegagalan  daya  atau  kesalahan paritas memori. 

Dengan  adanya  mekanisme  interupsi,  prosesor  dapat  digunakan  untuk  mengeksekusi instruksi – instruksi lain. Saat suatu modul telah selesai menjalankan tugasnya dan siap menerima tugas berikutnya maka modul ini akan mengirimkan permintaan interupsi ke prosesor. Kemudian prosesor  akan  menghentikan eksekusi  yang  dijalankannya  untuk  menghandel  routine  interupsi. 

Setelah program interupsi selesai maka prosesor akan melanjutkan eksekusi programnya kembali. Saat sinyal  interupsi  diterima  prosesor  ada  dua  kemungkinan  tindakan,  yaitu  interupsi diterima/ditangguhkan  dan  interupsi  ditolak.  Apabila  interupsi  ditangguhkan,  prosesor  akan melakukan hal – hal dibawah ini : 

1. Prosesor  menangguhkan  eksekusi  program  yang  dijalankan  dan  menyimpan  konteksnya. Tindakan ini adalah menyimpan alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi dan data lain yang relevan. 
2. Prosesor menyetel program counter (PC) ke alamat awal routine interrupt handler. 

Siklus eksekusi instruksi dengan interrupt

Untuk  sistem  operasi  yang  kompleks  sangat  dimungkinkan  adanya  interupsi  ganda (multiple interrupt). Misalnya suatu komputer akan menerima permintaan interupsi saat proses pencetakan  dengan  printer  selesai,  disamping  itu  dimungkinkan  dari  saluran  komunikasi  akan mengirimkan permintaan interupsi setiap kali data tiba. Dalam hal ini prosesor harus menangani interupsi ganda. 

2 pendekatan untuk menangani interupsi ganda :

1. Menolak atau tidak mengizinkan interupsi lain saat suatu interupsi ditangani prosesor. Kemudian setelah  prosesor  selesai  menangani  suatu  interupsi  maka  interupsi  lain  baru  di  tangani. Pendekatan ini disebut  pengolahan interupsi berurutan / sekuensial. Pendekatan ini cukup baik dan sederhana karena interupsi ditangani dalam ututan yang cukup ketat. Kelemahan pendekatan ini  adalah  metode  ini  tidak  memperhitungkan  prioritas  interupsi.
2. Mendefinisikan  prioritas  bagi  interupsi  dan  interrupt handler  mengizinkan interupsi berprioritas lebih tinggi ditangani terlebih dahulu. Pedekatan ini disebut pengolahan interupsi bersarang.