A.
CPU
Unit Pengolah Pusat
(UPP) (bahasa Inggris:
CPU, singkatan dari Central Processing Unit), merujuk kepada perangkat keras komputer yang memahami dan melaksanakan perintah dan data
dari perangkat lunak.
Istilah lain, prosesor (pengolah data), sering digunakan untuk menyebut
CPU. 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.
B.
Komponen
CPU
Diagram
blok sederhana sebuah CPU.
Komponen CPU terbagi menjadi
beberapa macam, yaitu sebagai berikut.
- Unit kontrol yang mampu mengatur jalannya program. Komponen ini sudah pasti terdapat dalam semua CPU.CPU bertu gas 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. 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 serta mengawasi kerja dari ALU. • Menyi
mpan
hasil proses ke memori utama.
- 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. Secara analogi, register ini dapat diibaratkan sebagai ingatan di otak bila kita melakukan pengolahan data secara manual, sehingga otak dapat diib aratkan sebagai CPU, yang berisi ingatan-ingatan, satuan kendali yang mengatur seluruh kegiatan tubuh dan mempunyai tempat untuk melakukan perhitungan dan perbandingan logika.
- ALU unit 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, ya itu unit arithmetika 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 digu nakan 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 adal ah 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.
C.
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.
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.
Pemrosesan instruksi dalam CPU dibagi atas 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 menghantarkan data dan/atau instruksi dari
register ke main-memory untuk ditampung di RAM, setelah Instruction Fetch
dilakukan. Waktu pada tahap-I ditambah dengan waktu pada tahap-II disebut waktu
siklus mesin (machine cycles time).
Penghitung
program dalam CPU umumnya bergerak secara berurutan. Walaupun demikian, beberapa
instruksi dalam CPU, yang disebut dengan instruksi lompatan, mengizinkan
CPU mengakses instruksi yang terletak bukan pada urutannya. Hal ini disebut
juga percabangan instruksi (branching instruction). Cabang-cabang
instruksi tersebut dapat berupa cabang yang bersifat kondisional (memiliki
syarat tertentu) atau non-kondisional. Sebuah cabang yang bersifat
non-kondisional selalu berpindah ke sebuah instruksi baru yang berada di luar
aliran instruksi, sementara sebuah cabang yang bersifat kondisional akan
menguji terlebih dahulu hasil dari operasi sebelumnya untuk melihat apakah
cabang instruksi tersebut akan dieksekusi atau tidak. Data yang diuji untuk
percabangan instruksi disimpan pada lokasi yang disebut dengan flag.
Kebanyakan CPU dapat menangani dua jenis bilangan, yaitu fixed-point
dan floating-point.
Bilangan fixed-point memiliki nilai digit spesifik pada salah satu titik
desimalnya. Hal ini memang membatasi jangkauan nilai yang mungkin untuk
angka-angka tersebut, tetapi hal ini justru dapat dihitung oleh CPU secara
lebih cepat. Sementara itu, bilangan floating-point merupakan bilangan
yang diekspresikan dalam notasi ilmiah, di mana sebuah angka direpresentasikan
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 bilangan yang sangat kecil, dan juga mengizinkan
jangkauan nilai yang sangat jauh sebelum dan sesudah titik desimalnya. Bilangan
ini umumnya digunakan dalam merepresentasikan grafik dan kerja ilmiah, tetapi
proses aritmatika terhadap bilangan floating-point jauh lebih rumit dan
dapat diselesaikan dalam waktu yang lebih lama oleh CPU karena mungkin dapat
menggunakan beberapa siklus detak CPU. Beberapa komputer menggunakan sebuah
prosesor sendiri untuk menghitung bilangan floating-point yang disebut
dengan FPU (disebut juga math co-processor)
yang dapat bekerja secara paralel dengan CPU untuk mempercepat penghitungan
bilangan floating-point. FPU saat ini menjadi
standar dalam banyak komputer karena
kebanyakan aplikasi saat ini banyak beroperasi menggunakan bilangan floating-point.