Materi 5.ORGANISASI PROCESSOR, REGISTER, dan SIKLUS INTRUKSI yang meliputi FETCHING, DECODING , dan EKSEKUTIF

ORGANISASI PROCESSOR, REGISTER, dan SIKLUS INTRUKSI yang meliputi FETCHING, DECODING , dan EKSEKUTIF

Dalam sistem komputer, bagian CPU (Central Processing Unit) merupakan komponen terpenting dalam menjalankan tugas suatu sistem komputer. CPU memiliki fungsi sebagai komponen utama dalam pengolahan data dengan berdasarkan perintah-perintah yang diterimanya.

Komponen Utama CPU

Dalam mewujudkan fungsi dan tugasnya, CPU tersusun atas beberapa komponen, yaitu Arithmetic  and Logic  Unit  (ALU), Control Unit, Registers, dan CPU Interconnections.

Gambar Komponen internal CPU

·                      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.

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.

Pengolahan instruksi  dalam CPU  terdiri  dari  dua  langkah, yaitu :  operasi pembacaan instruksi  (fetch)  dan operasi  pelaksanaan instruksi  (execute). Siklus  instruksi  yang terdiri dari siklus fetch dan siklus eksekusi.

Siklus instruksi dasar

Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori. Terdapat register  dalam  CPU  yang  berfungsi  mengawasi  dan menghitung  instruksi  selanjutnya, yang  disebutProgram Counter (PC). PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi. 

Siklus Fetch – Eksekusi 

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.

Diagram siklus instruksi

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. Perhatikan gambar diagram siklus instruksi di atas .

·                     Instruction Addess  Calculation (IAC), yaitu mengkalkulasi  atau menentukan alamat  instruksi berikutnya  yang  akan dieksekusi.

·                     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  terjadi  pada  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.

Organisasi dan Arsitektur Komputer

Pada dasarnya komputer  adalah sebuah perangkat  elektronik yang secara cepat menerima informasi masukan digital dan mengolah informasi tersebut menurut seperangkat instruksi yang tersimpan dalam  komputer  tersebut  dan menghasilkan keluaran informasi  yang  dihasilkan setelah diolah.  Daftar perintah tersebut dinamakan program komputer dan unit penyimpanannya adalah memori komputer.

Komputer  terdiri  dari  lima  bagian utama  yang memiliki  fungsi  masing-masing. Bagian-bagian   tersebut  yaitu,   masukan, memori, aritmetika  dan logika, keluaran dan kontrol seperti pada gambar di bawah ini.

Organisasi  dan Arsitektur Komputer

Organisasi  Komputer adalah bagian yang  terkait  erat  dengan unit–unit  operasional  dan interkoneksi  antar  komponen penyusun sistem  komputer  dalam  merealisasikan aspek arsitekturalnya. Contoh aspek  organisasional  adalah teknologi  hardware, perangkat  antarmuka, teknologi memori, sistem memori, dan sinyal–sinyal kontrol.

Organisasi sebuah computer dapat berubah mengikuti dan menyesuaikan perkembangan teknologi. Sehingga pada setiap komputer tidak selalu memiliki organisasi yang sama.

Sedangkan Arsitektur Komputer meruapakan gaya konstruksi dari komponen-komponen sistem komputer. Walaupun elemen-elemen dasar komputer pada hakekatnya sama atau hampir semuanya komputer digital, namun terdapat variasi dalam konstruksinya yang merefleksikan cara penggunaan komputer yang berbeda.

Arsitektur  Komputer  lebih cenderung  pada  kajian atribut–atribut  sistem  komputer  yang terkait dengan seorang programmer. Contohnya, set instruksi, aritmetika yang digunakan, teknik pengalamatan, mekanisme I/O.

Sebagai  contoh apakah suatu komputer  perlu memiliki  instruksi  pengalamatan pada memori merupakan masalah rancangan arsitektural. Apakah instruksi pengalamatan tersebut akan diimplementasikan  secara  langsung  ataukah melalui  mekanisme  cache  adalah kajian organisasional.

Struktur Komputer

Komputer adalah sebuah sistem yang berinteraksi dengan cara tertentu dengan dunia luar. Interaksi  dengan dunia  luar  dilakukan melalui  perangkat  peripheral  dan saluran komunikasi.  Pada system komputer terdapat empat struktur utama:

1.             Central  Processing Unit  (CPU), berfungsi  sebagai  pengontrol  operasi  komputer  dan pusat  pengolahan fungsi  – fungsi  komputer. Kesepakatan, CPU  cukup disebut  sebagai processor (prosesor).

2.              Memori Utama, berfungsi sebagai penyimpan data.

3.             I/O, berfungsi memindahkan data ke lingkungan luar atau perangkat lainnya.

4.             System  Interconnection, merupakan sistem  yang  menghubungkan CPU, memori  utama dan I/O.

 SIKLUS MESIN

Langkah-langkah yang dilakukan oleh prosesor komputer untuk setiap instruksi bahasa mesin yang diterima. Siklus mesin adalah proses siklus 4 yang meliputi :

1.     Fetch
Mendapatkan instruksi dari Main Memory, Instruksi berikutnya diambil dari alamat memori yang tersimpan saat ini dalam Kontra Program (PC), dan disimpan dalam Instruksi mendaftar (IR). Pada akhir operasi fetch, poin PC ke instruksi berikutnya yang akan dibaca pada siklus berikutnya.

2.     Decode
menerjemahkannya ke dalam perintah komputer, Decode menafsirkan instruksi. Selama siklus ini instruksi di dalam IR (instruksi pendaftaran) akan diterjemahkan.

3.     Execute
Sebenarnya proses perintah, Fase eksekusi akan di pulsa clock berikutnya.  Jika instruksi memiliki alamat tidak langsung , alamat efektif dibaca dari memori utama, dan setiap data yang dibutuhkan diambil dari memori utama untuk diolah dan kemudian ditempatkan ke dalam register data (Jam Pulse: T _3). Jika instruksi ini langsung, tidak ada yang dilakukan pada pulsa clock. Jika ini adalah instruksi I / O atau instruksi Register, operasi dilakukan (dijalankan) di Pulse jam.

Store
menulis hasilnya ke Memori Utama