Unit Pemroses Sentral
Unit Pemroses Sentral (UPS) (
bahasa
Inggris:
Central Processing Unit;
CPU), merujuk
kepada
perangkat keras komputer
yang memahami dan melaksanakan
perintah dan
data dari
perangkat lunak. Istilah lain,
pemroses/prosesor (
processor), 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.
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 bertugas mengontrol komputer sehingga
terjadi sinkronisasi kerja antarkomponen 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 masukan (input) dan keluaran (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.
- Menyimpan
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 digunakan 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
diibaratkan 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, yaitu unit arithmetika dan
unit logika boolean yang masing-masing memiliki spesifikasi tugas
tersendiri. Tugas utama dari ALU adalah melakukan semua perhitungan
aritmatika 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 MAA (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 Akumulator. 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 tombol,
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 (MAA), yang mana
setiap instruksi akan diberi alamat unik yang disebut
alamat memori.
Selanjutnya, CPU dapat mengakses data-data pada MAA 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 MAA. 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.
Percabangan instruksi
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 MAA, 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.
Bilangan yang dapat ditangani
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 10
57).
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.
Referensi
Pranala luar
Perancang CPU
Informasi lain