CPU, singkatan dari Central Processing Unit adalah perangkat keras
komputer yang berfungsi untuk menerima dan melaksanakan perintah dan
data dari perangkat lunak. Prosesor sering digunakan untuk menyebut CPU
pada umumnya. 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 menjadi aspek penting dalam penerapan CPU.
Pin mikroprosesor Intel 80486DX2.
Komponen CPU terbagi menjadi beberapa macam, yaitu sebagai berikut:
Unit kontrol (Control Unit)
Unit
kontrol ini adalah bagian dari prosesor yang mampu mengatur jalannya
program. Komponen ini terdapat dalam semua CPU. 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. Bila ada instruksi untuk
perhitungan aritmatika atau perbandingan logika, maka unit kendali akan
mengirim instruksi tersebut ke ALU (Aritmathic Logic Unit). Hasil dari
pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama lagi untuk
disimpan, dan pada saatnya akan disajikan ke alat output. Dengan
demikian 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.
• Mengawasi kerja dari ALU.
• Menyimpan hasil proses ke memori utama.
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. jika dianalogikan, register ini dapat diibaratkan sebagai
ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual,
sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi
ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan
mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
ALU
ALU
merupakan bagian dari CPU 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 aritmatika dan unit logika boolean yang masing-masing
memiliki spesifikasi tugas tersendiri. 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.
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,
yaitu sama dengan (=), tidak sama dengan (¹ ), kurang dari (<),
kurang atau sama dengan (£ ), lebih besar dari (>), dan lebih besar
atau sama dengan (³ ).
* 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.
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. 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.
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 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 (RAM), yang mana setiap instruksi akan diberi alamat unik
yang disebut alamat memori. Selanjutnya, 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 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.
SUMBER:
http://missnuroxfordutomo.blogspot.com/2011/04/pengertian-cpu-dan-fungsinya.html
Set instruksi (instruction set) adalah sekumpulan lengkap
instruksi yang dapat di mengerti oleh sebuah CPU, set instruksi sering
juga disebut sebagai bahasa mesin (machine code), karna aslinya juga
berbentuk biner kemudian dimengerti sebagai bahasa assembly, untuk
konsumsi manusia (programmer), biasanya digunakan representasi yang
lebih mudah dimengerti oleh manusia.
Sebuah instruksi terdiri dari sebuah opcode, biasanya bersama dengan
beberapa informasi tambahan seperti darimana asal operand-operand dan
kemana hasil-hasil akan ditempatkan. Subyek umum untuk menspesifikasikan
di mana operand-operand berada (yaitu, alamat-alamatnya) disebut
pengalamatan
Pada beberapa mesin, semua instruksi memiliki panjang yang sama, pada
mesin-mesin yang lain mungkin terdapat banyak panjang berbeda.
Instruksi-instruksi mungkin lebih pendek dari, memiliki panjang yang
sama seperti, atau lebih panjang dari panjang word. Membuat semua
instruksi memiliki panjang yang sama lebih muda dilakukan dan membuat
pengkodean lebih mudah tetapi sering memboroskan ruang, karena semua
instruksi dengan demikian harus sama panjang seperti instruksi yang
paling panjang.
Di dalam sebuah instruksi terdapat beberapa elemen-elemen instruksi:
- Operation code (op code)
- Source operand reference
- Result operand reference
- Xext instruction preference
Format instruksi (biner):
Missal instruksi dengan 2 alamat operand : ADD A,B A dan B adalah suatu alamat register.
Beberapa simbolik instruksi:
ADD : Add (jumlahkan)
SUB : Subtract (Kurangkan)
MPY/MUL : Multiply (Kalikan)
DIV : Divide (Bagi)
LOAD : Load data dari register/memory
STOR : Simpan data ke register/memory
MOVE : pindahkan data dari satu tempat ke tempat lain
SHR : shift kanan data
SHL : shift kiri data .dan lain-lain
Cakupan jenis instruksi:
Data processing : Aritmetik (ADD, SUB, dsb); Logic (AND, OR, NOT, SHR, dsb); konversidata
Data storage (memory) : Transfer data (STOR, LOAD, MOVE, dsb)
Data movement : Input dan Output ke modul I/O
Program flow control : JUMP, HALT, dsb.
Bentuk instruksi:
- Format instruksi 3 alamat
Mempunyai bentuk umum seperti : [OPCODE][AH],[AO1],[AO2]. Terdiri
dari satu alamt hasil, dan dua alamat operand, misal SUB Y,A,B Yang
mempunyai arti dalam bentuk algoritmik : Y := A – B dan arti dalam
bentuk penjelasan : kurangkan isi reg a dengan isi reg B, kemudian
simpan hasilnya di reg Y. bentuk bentuk pada format ini tidak umum
digunakan di dalam computer, tetapi tidak dimungkinkan ada pengunaanya,
dalam peongoprasianya banyak register sekaligus dan program lebih
pendek.
Contoh:
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
SUB Y, A, B Y := A – B
MPY T, D, E T := D × E
ADD T, T, C T := T + C
DIV Y, Y, T Y:= Y / T
Memerlukan 4 operasi
- Format instruksi 2 alamat
Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AH],[AO]. Terdiri dari satu alamat
hasil merangkap operand, satu alamat operand, missal : SUB Y,B yang
mempunyai arti dalam algoritmik : Y:= Y – B dan arti dalam bentuk
penjelasan : kurangkan isi reg Y dengan isi reg B, kemudian simpan
hasillnya di reg Y. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer
sekarang, untuk mengoprasikan lebih sedikit register, tapi panjang
program tidak bertambah terlalu banyak.
Contoh :
A, B, C, D, E, T, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
MOVE Y, A Y := A
SUB Y, B Y := Y – B
MOVE T, D T := D
MPY T, E T := T × E
ADD T, C T := T + C
DIV Y, T Y:= Y / T
Memerlukan 6 operasi
- Format instruksi 1 alamat
Mempunyai bentuk umum : [OPCODE][AO]. Terdiri dari satu alamat
operand, hasil disimpan di accumulator, missal : SUB B yang mempunyai
arti dalam algoritmik : AC:= AC – B dan arti dalam bentuk penjelasan :
kurangkan isi Acc dengan isi reg B, kemudian simpan hasillnya di reg
Acc. bentuk bentuk format ini masih digunakan di computer jaman dahulu,
untuk mengoprasikan di perlukan satu register, tapi panjang program
semakin bertambah.
Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
LOAD D AC := D
MPY E AC := AC × E
ADD C AC := AC + C
STOR Y Y := AC
LOAD A AC := A
SUB B AC := AC – B
DIV Y AC := AC / Y
STOR Y Y := AC
Memerlukan 8 operasi
- Format instruksi 0 alamat
Mempunyai bentuk umum :
[OPCODE]. Terdiri dari semua alamat operand implicit, disimpan dalam
bentuk stack. Operasi yang biasanya membutuhkan 2 operand, akan
mengambil isi stack paling atas dan dibawahnya missal : SUB yang
mempunyai arti dalam algoritmik : S[top]:=S[top-1]-S[top] dan arti dalam
bentuk penjelasan : kurangkan isi stack no2 dari atas dengan isi stack
paling atas, kemudian simpan hasilnya di stack paling atas, untuk
mengoprasikan ada beberapa instruksi khusus stack PUSH dan POP.
Contoh :
A, B, C, D, E, Y adalah register
Program: Y = (A – B) / ( C + D × E)
PUSH A S[top] := A
PUSH B S[top] := B
SUB S[top] := A – B
PUSH C S[top] := C
PUSH D S[top] := D
PUSH E S[top] := E
MPY S[top] := D × E
ADD S[top] := C + S[top]
DIV S[top] := (A – B) /S[top]
POP Y Out := S[top]
Memerlukan 10 operasi
Set instruksi pada CISC:
Berikut ini merupakan karakteristik set instruksi yang digunakan pada beberapa computer yang memiliki arsitektur CISC
Perbandingan set instruksi
Beberapa computer CISC (Complex Instruction Set Computer) menggunakan
cara implist dalam menentukan mode addressing pada setiap set
instruksinya. Penentuan mode addressing dengan cara implicit memiliki
arti bahwa pada set instruksi tidak di ada bagian yang menyatakan tipe
dari mode addressing yang digunakan, deklarasi dari mode addressing itu
berada menyatu dengan opcode. Lain hal nya dengan cara imsplisit, cara
eksplisit sengaja menyediakan tempat pada set instruksi untuk
mendeklarasikan tipe mode addressing. Pada cara eksplisit deklarasi
opcode dan mode addressing berada terpisah.
Data pada tempat deklarasi mode addressing diperoleh dari logaritma
basis dua jumlah mode addressing. Jika deklarasi mode addressing
dilakukan secara implicit akan menghemat tempat dalam set instruksi
paling tidak satu bit untuk IBM 3090 dan 6 bit untuk MC68040. Perubahan
satu bit pada set instruksi akan memberikan jangkauan alamat memori
lebih luas mengingat range memori dinyatakan oleh bilangan berpangkat
dua.
ELEMEN-ELEMEN DARI INSTRUKSI MESIN (SET INSTRUKSI)
* Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan
* Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan
* Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan
* Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil
(fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.
Source dan result operands dapat berupa salah satu diantara tiga jenis
berikut ini:
- Main or Virtual Memory
- CPU Register
- I/O Device
DESAIN SET INSTRUKSI
Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:
- Kelengkapan set instruksi
- Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)
- Kompatibilitas : – Source code compatibility – Object code Compatibility
Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:
- Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya
- Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dsb.
- Register: Banyaknya register yang dapat digunakan 4.Addressing: Mode pengalamatan untuk operand
FORMAT INSTRUKSI
* Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan
elemen dalam instruksi tersebut. Layout dari suatu instruksi sering
disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).
OPCODE OPERAND REFERENCE OPERAND REFERENCE JENIS-JENIS OPERAND
* Addresses (akan dibahas pada addressing modes)
* Numbers : – Integer or fixed point – Floating point – Decimal (BCD)
* Characters : – ASCII – EBCDIC
* Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1
JENIS INSTRUKSI
* Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions
* Data storage: Memory instructions
* Data Movement: I/O instructions
* Control: Test and branch instructions
TRANSFER DATA
* Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.
* Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.
* Menetapkan panjang data yang dipindahkan.
* Menetapkan mode pengalamatan.
* Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :
a. Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.
b. Apabila memori dilibatkan :
1. Menetapkan alamat memori.
2. Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.
3. Mengawali pembacaan / penulisan memori
Operasi set instruksi untuk transfer data :
* MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan
* STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.
* LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.
* EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.
* CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.
* SET : memindahkan word 1 ke tujuan.
* PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.
* POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber
ARITHMETIC
Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :
- Transfer data sebelum atau sesudah.
- Melakukan fungsi dalam ALU.
- Menset kode-kode kondisi dan flag.
Operasi set instruksi untuk arithmetic :
1. ADD : penjumlahan 5. ABSOLUTE
2. SUBTRACT : pengurangan 6. NEGATIVE
3. MULTIPLY : perkalian 7. DECREMENT
4. DIVIDE : pembagian 8. INCREMENT
Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal. LOGICAL
* Tindakan CPU sama dengan arithmetic
* Operasi set instruksi untuk operasi logical :
1. AND, OR, NOT, EXOR
2. COMPARE : melakukan perbandingan logika.
3. TEST : menguji kondisi tertentu.
4. SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.
5. ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.
CONVERSI
Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical.
* Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.
* Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.
* Operasi set instruksi untuk conversi :
1. TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.
2. CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.
INPUT / OUPUT
* Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :
1. Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.
2. Mengawali perintah ke modul I/O
* Operasi set instruksi Input / Ouput :
1. INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan
2. OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O
3. START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O
4. TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan TRANSFER CONTROL
* Tindakan CPU untuk transfer control : Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.
* Operasi set instruksi untuk transfer control :
1. JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.
2. JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu dan memuat PC dengan
alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.
3. JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.
4. RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.
5. EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi
6. SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi berikutnya.
7. SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan
8. HALT : menghentikan eksekusi program.
9. WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi
10. NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.
CONTROL SYSTEM
* Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam keadaan khusus
tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program yang berada dalam area
khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi. * Contoh : membaca atau
mengubah register kontrol.
JUMLAH ALAMAT (NUMBER OF ADDRESSES)
* Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur
prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam
setiap instruksinya.
* Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :
1. Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)
2. Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)
3. Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)
4. Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)
Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan
1. O – Address Instruction
2. 1 – Addreess Instruction.
3. N – Address Instruction
4. M + N – Address Instruction
Macam-macam instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register
1. Memori To Register Instruction
2. Memori To Memori Instruction
3. Register To Register Instruction
ADDRESSING MODES
Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalamatan) yang paling umum:
* Immediate
* Direct
* Indirect
* Register
* Register Indirect
* Displacement
* Stack
Sumber :
http://imahmaulana.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-pengalamatan.html
http://kecoa-coklat.blogspot.com/2012/11/set-instruksi_6354.html
http://jovanangga.blogspot.com/2012/11/set-instruksi-dan-teknik-pengalamatan.html
https://ekofitriyanto.wordpress.com/2013/10/30/177/
