3. central prosesing unit

Central Processing Unit

Universitas Indonesia TimurProgram S1 Teknik InformatikaFIKOM

Pertemuan ini menjelaskan:• Perkembangan Arsitektur CPU• Siklus pemrosesan instruksi dalam CPU• Teknik Pengalamatan• Proses Interupsi dalam CPU• Paralel Instruksi dan Paralel Processor• Arah dan Perkambangan Desain

Komputer Modern

Struktur Komputer

komputer

CPUMain

Memory

SystemInterkoneksi

IO

ControlUnit

ALU

Internal CPU Bus

Register

SquencingLogic

Control UnitRegister &Decodes

ControlMemory

Arsitektur Mesin Babbage 1

Unit Input

Unit Pengolah

Unit Output

Unit Penyimpan

Komponen Mesin Babbage• Input : membaca instruksi dan data

dari kartu berlubang• Penyimpanan : Memuat 1000 word,

masing2 terdiri dari 50 digit desimal. Menyimpan operand perhitungan

• Pengolah : memproses data berdasarkan instruksi dari kartu berlubang

• Output :Terdiri dari output tercatat dan tercetak

Von Neumann (1952)• Ahli matematika (AS)• Pencetus pertama mesin stored

program• Menggunakan konsep binary

Arsitektur mesin Neumann

Main Memory

Input/OutputEquipment

Aritmatic Logic

Control Unit

Komponen Mesin Neumann• Unit Input : Membaca data dan instruksi

yang diberikan• Main Memory : terdiri dari 4096 word,

masing2 memuat 40 bit binner• Aritmetic Logic : bagian yang berfungsi

sebagai unit pemroses• Control Unit : Pengendali kerja antar

komponen• Menampilkan hasil pengolahan data yang

dilakukan ALU

Arsitektur Mesin Komputer Modern

Main Memory

Input/OutputEquipment

ControlUnit

Register

regalamat

regaritmatik

reg…………

Kendali I/OEquipment ALU

Bagian CPU• Register : Alat penyimpanan kecil, punya

kecepatan akses tinggi, digunakan menyimpan data dan instruksi yang sedang diproses.

• ALU : Melakukan semua perhitungan aritmatika dan keputusan operasi logika

• Kontrol Unit : mengatur dan mengendalikan semua peralatan yang ada dalam sistem komputer.

• I/O interconection : sistem koneksi penghubung antar komponen internal CPU dengan bus eksternal di luar CPU

Jenis-jenis register• Instruction Register (IR) : menyimpan

instruksi yang sedang diproses• Program Counter (PC) menyipan

alamat lokasi dari memory utama yang berisi instruksi yang akan diproses

• General Purpose Register, memiliki kegunaan umum yang berhubungan dengan data yang akan diproses

Daftar RegisterSimbol Register

Banyak Bit

Nama Register

Kegunaan

DR 16 Data Register Menyimpan operand (data)AR 12 Address Register Menyimpan alamat memoriAC 16 Accumulator Register PemrosesIR 16 Instrustion Register Menyimpan kode instruksiPC 12 Program Counter Menyimpan alamat instruksiTR 16 Temporary Register Menyimpan data sementaraINPR 8 Input Register Menyimpan karakter inputOUTR 8 Output Register Menyimpan karakter output

Contoh Arsitektur 8086

Data Register

Ah ALBh BLCh CLDh DL

AxBxCxDx

KontrolLogika

Antrian Instruksi

ALU

SPBPSIDIIP

CSSSDSES

Alamat/Data

Kontrol

20 pin

16 pin

Penunjuk Segmen

Unit Kontrol dan Register Kerja• Kelompok data :Menyimpan operand

dan hasil operasi• Kelompok Pointer (penunjuk):terdiri

dari register basis dan indeks serta PC dan stack pointer

• Kelompok Segmen : Register dengan fungsi khusus

Kelompok Data• Terdiri dari 4 register aritmatika Ax,

Bx, Cx, Dx.• Berfugsi menyimpan operand dan

hasil operasi• Fungsi khusus:

- Bx : register basis penghitung alamat- Cx : register pencacah- Dx : register menyimpan alamat I/O selama mengoperasikan I/O tsb.

Kelompok Penunjuk• IP & SP : Register pencacah (program

counter)• BP : register basis yang digunakan

mengakse stak• BI & SI : register yang digunakan

untuk indeks

Segmen • Code Segmet (CS) dan Stack

Segment (SS), pengalamatan stack dengan menjumlahkan isi regster IP, SP dengan register CS dan SS

• Data Segment (DS)• Extra Segment (ES)

Berbagai Aktivitas (1) • Instruction Address Calculation (IAC)

proses kalkulasi alamat instruksi berikutnya yang akan dieksekusi

• Instruction Fetch (IF), membaca/mengambil instruksi dari lokasi memori ke CPU

• Instruction Operation Decoding (IOD), menganalisa instruksi untuk menentukan jenis operasi yang akan dibentuk dan operand yang akan digunakan

Berbagai Aktivitas (1)• Operand Address Calculation (OAC),

menentukan alamat operand• Operand Fetch (OF), mengambil operand

dari memory atau dari modul I/O• Data Operation (DO) proses membentuk

operasi yang diperintahkan dalam instruksi

• Operand Store (OS), proses menyimpan hasil eksekusi dalam memory.

Interupsi• Mekanisme penghentian atau

pengalihan pengolahan instruksi dalam CPU.

• Bertujuan mengatur eksekusi routine instruksi agar efektif dan efisien atara CPU, I/O, maupun memori

Sinyal Interupsi• Program : dibangkitkan dengan

beberapa kondisi pada hasil program• Timer :membangkitkan pewaktuan

dalam prosesor• I/O : dibangkitkan oleh modul I/O

sehubungan pemberitahuan kondisi error

• Hardware failure: dibangkitkan oleh kegagalan daya atau kesalahan paritas memory

Prinsip Desain Prosesor• Memaksimalkan kecepata dimana

instruksi dikeluarkan• Memperbanyak instruksi yang secara

langsung dapat dijalankan hardware untuk mempercepat kinerja

• Instruksi mudah dikodekan• Hanya instruksi LOAD dan STORE

yang diakses ke memory• Menyiapkan banyak register

Multi Processor

CPU CPU CPU CPUSharedMemory

Multi Komputer

CPU CPU CPU CPU

CPU CPU CPU CPU

Sekian……