Materi tentang Central Processing Unit (CPU)

Mungkin Kita kadang bertanya, bagaimanakah komputer dapat mengolah suatu data dengan sangat cepat dan juga tepat? 

Jawabannya, seperti halnya manusia, komputer mempunyai “otak”, yaitu yang disebut CPU (Central Processing Unit). CPU merupakan sebuah unit proses yang paling utama dalam sebuah perangkat komputer.

Agar tidak lagi salah dalam mengartikan tentang CPU, pada makalah ini akan disajikan informasi yang lebih rinci mengenai CPU pada komputer. Selain itu, dijelaskan juga mengenai komponen-komponen CPU serta bagaimana proses kerja CPU itu pada komputer.

Berikut ini terdapat beberapa Komponen CPU, terdiri atas :

Unit kontrol yang mengatur jalannya program. Komponen ini tentu ada di semua CPU. CPU bertugas mengontrol komputer sehingga sinkronisasi yang terjadi antara komponen bekerja dalam menjalankan fungsi operasi. termasuk tanggung jawab unit kontrol ialah mengambil perintah, instruksi dari memori utama dan menentukan jenis instruksi.

Jika ada instruksi untuk Aritmatika atau perbandingan logika, unit kontrol akan mengirim instruksi ke ALU. Hasil pengolahan data dibawa oleh unit kendali ke memori utama untuk disimpan, dan waktu akan disajikan ke alat output. Dengan demikian tugas dari unit kendali ini adalah :

Register adalah perangkat penyimpanan kecil yang memiliki akses ke kecepatan yang cukup tinggi, yang digunakan untuk menyimpan data dan / atau instruksi yang sedang diproses. Memori ini bersifat sementara, biasanya digunakan untuk menyimpan data saat diolah atau data untuk diproses lebih lanjut.

Dengan analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai memori dalam otak ketika kita melakukan pengolahan manual, sehingga otak dapat diibaratkan sebagai CPU, yang berisi kenangan, unit kontrol yang mengatur semua aktivitas tubuh dan memiliki tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.

Unit ALU (Arithmetic-Logic Unit) berfungsi untuk melakukan Operasi Aritmetika dan operasi logika berdasar instruksi yang ditentukan. ALU sering disebut bahasa mesin dikarenakan pada bagian ini ALU terdiri dari dua bagian, Arithmetika satuan dan Boolean unit Logika, yang masing-masing memiliki spesifikasi pekerjaan sendiri.

Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua Perhitungan Aritmatika yang terjadi sesuai dengan perintah program. ALU melakukan semua Operasi Aritmatika dengan dasar penjumlahan sehingga Sirkuit Elektronik yang digunakan disebut adder.

Interkoneksi yang CPU dan bus sistem koneksi yang menghubungkan komponen internal CPU, yaitu ALU, unit kontrol dan register dan juga dengan bus-bus eksternal CPU yang menghubungkan dengan sistem lainnya, seperti memori utama, perangkat input / output.

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 system lainnya. Seperti memori utama, piranti masukkan/keluaran.

Fungsi CPU seperti Kalkulator, hanya jauh lebih kuat pengolahan daya CPU. Fungsi utama dari CPU adalah melakukan operasi aritmatika dan logika pada data yang diambil dari memori atau dari informasi yang dimasukkan melalui beberapa perangkat keras, seperti keyboard, scanner, tuas kontrol, dan mouse. CPU dikontrol menggunakan sekumpulan instruksi perangkat lunak komputer.

Perangkat lunak tersebut dapat dijalankan oleh CPU untuk membaca dari media penyimpanan, seperti hard disk, disket, CD, atau tape recorder. Instruksi tersebut kemudian disimpan terlebih dahulu di memori fisik (MAA), yang setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut alamat memori. Selanjutnya, CPU dapat mengakses data pada MAA untuk menentukan alamat data yang diinginkan.

Ketika program dieksekusi, data mengalir dari RAM ke sebuah unit yang disebut dengan bus, yang menghubungkan CPU dengan MAA. Data tersebut kemudian diterjemahkan menggunakan proses yang disebut sebagai unit pendekoder instruksi yang bisa menerjemahkan instruksi.

Data kemudian pergi ke aritmatika dan logika Unit (ALU) yang melakukan kalkulasi dan perbandingan. Data dapat disimpan sementara oleh ALU dalam sebuah lokasi memori yang disebut register yang dapat diambil dengan cepat untuk diolah.

ALU dapat melakukan operasi tertentu, termasuk penambahan, perkalian, pengurangan, pengujian kondisi data dalam register, untuk mengirimkan hasil pengolahan kembali ke memori fisik, media penyimpan, atau mendaftar jika akan memproses pengolahan lagi. Selama proses ini terjadi, sebuah unit dalam CPU yang disebut program counter akan memantau instruksi berhasil dieksekusi sehingga instruksi dapat dieksekusi dengan urutan yang benar dan tepat.

Ketika data/instruksi dimasukkan ke processing-perangkat, pertama kali ditempatkan pada MAA (melalui input-storage). Jika dalam bentuk instruksi disimpan oleh Control Unit di Program-storage yang, tetapi merupakan bentuk data yang disimpan dalam Working-storage).

Jika register siap untuk menerima pelaksanaan pekerjaan, maka Control Unit akan mengambil instruksi dari Program-storage untuk ditampungkan ke Instruction Register, sedangkan alamat memori yang berisi instruksi yang disimpan dalam program counter. Sedangkan data diambil oleh Control Unit Kerja-storage untuk ditampung di register tujuan umum (dalam hal ini di Operand-daftar).

Jika pengerjaan yang dilakukan oleh instruksi yang aritmatika dan logika, ALU akan mengambil alih operasi yang harus dilakukan berdasarkan set instruksi. Hasilnya disimpan dalam akumulator. Jika hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di akumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage.

Jika pembangunan secara keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil pengolahan Kerja penyimpanan untuk ditampung ke Output-storage. Kemudian nanti output-Storage, hasil pengolahan akan ditampilkan ke perangkat output.

Instruksi pemrosesan dalam CPU dibagi menjadi dua tahap, Tahap-I disebut Instruction Fetch, sedangkan Tahap-II disebut Instruction Execute. Tahap-I berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit mengambil data dan / atau instruksi dari main-memory ke register, sedangkan Tahap-II berisikan pemrosesan CPU dimana Control Unit memberikan data dan / atau instruksi dari register ke main-memory untuk ditampung di MAA, setelah Instruction Fetch dilakukan dengan. Waktu di panggung-I ditambah waktu di panggung-II disebut waktu siklus mesin (waktu siklus mesin).

Program counter dalam CPU umumnya bergerak secara berurutan. Namun, beberapa petunjuk di CPU, disebut instruksi melompat, memungkinkan CPU untuk mengakses instruksi yang tidak dalam rangka. Ini disebut bercabang petunjuk (percabangan instruksi). Cabang instruksi tersebut dapat cabang bersyarat (memiliki kondisi tertentu) atau non-kondisional.

Sebuah cabang dari non-kondisional selalu berpindah ke sebuah instruksi baru yang berada di luar aliran instruksi, sementara sebuah cabang bersyarat akan memeriksa hasil pertama operasi sebelumnya untuk melihat apakah cabang instruksi akan dijalankan atau tidak. Data yang diuji untuk percabangan instruksi disimpan di lokasi yang disebut bendera.

Kebanyakan CPU dapat menangani dua jenis bilangan, yaitu fixed-point dan floating-point. Nomor fixed-point memiliki nilai digit spesifik untuk satu titik desimal. Itu tidak membatasi rentang nilai yang mungkin untuk angka-angka ini, tetapi ini akan dihitung oleh CPU lebih cepat.

Sementara itu, Angka Floating-Point adalah angka dinyatakan dalam notasi ilmiah, di mana nomor diwakili sebagai angka desimal yang dikalikan dengan pangkat 10 (Seperti 3,14 x 10⁵⁷). Notasi ilmiah seperti ini merupakan cara yang singkat untuk mengekspresikan bilangan yang sangat besar atau angka yang sangat kecil, dan juga memungkinkan mencapai nilai sangat banyak sebelum dan sesudah titik desimal.

Angka-angka ini umumnya digunakan untuk mewakili grafik dan karya Ilmiah, tetapi proses Aritmatika pada angka floating-point jauh lebih rumit dan dapat diselesaikan dalam waktu yang lebih lama oleh CPU karena mungkin dapat menggunakan beberapa siklus CPU tingkat.

Beberapa komputer menggunakan Prosesor sendiri untuk menghitung bilangan floating-point yang disebut FPU (juga dikenal sebagai matematika co-processor) yang dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat perhitungan angka floating-point. FPU saat ini standar dalam banyak komputer karena kebanyakan aplikasi yang saat ini beroperasi menggunakan Angka Floating-Point.