Struktur dan Fungsi Prosesor (William Stalling)

Download Document Lengkap (Ada Gambarx) --> [DOWNLOAD] via 4shared.com

“STRUKTUR DAN FUNGSI PROSESSOR”

12.1 Organisasi Komputer

Agar lebih mudah memahami tentang organisasi komputer maka ada baiknya kita mengetahui komponen utama dari prosessor beserta fungsinya, yaitu :

1.      Fetch instruction : prosessor membaca instruksi dari memori (register, cache, main memory)

2.      Interpret instruction : instruksi diterjemahkan untuk menentukan aksi yang harus dilakukan

3.      Fetch data : eksekusi dan instruksi mungkin membutuhkan data dari memori/modul I/O

Dalam melakukan hal-hal diatas, terlihat bahwaprosesor membutuhkan internal memori untuk menyimpan sementara instruksi dan data selama proses berjalan.

Pada gambar di bawah, terlihat struktur prosesor. Komponen utama prosesor terhubung oleh sistem bus. Pada saat proses,  ALU (Arithmatic Logic Unit) berfungsi sebagai penghitung dan pemroses data, CU (Control Unit) berfungsi sebagai pengatur data masuk dan keluar dari CPU, sedangkan yang berfungsi sebagai internal memori disebut register memory.

12.2 Organisasi Register

Sebuah prosesor terdiri dari sejumlah register yang merupakan memori berkecepatan paling tinggi dan berukuran lebih kecil daripada memori utama. Register didalam prosesor mempunyai dua fungsi, sebagai berikut :

·         User-visible register : memungkinkan bahasa mesin dapat mengurangi resensi memori utama dengan mengoptimalkan penggunaan register.

·         Control dan status register : digunakan oleh prosesor untuk mengontrol operasi prosesor dan mengontrol eksekusi program.

User-visible register

User –visible register dapat direferensikan dengan menggunakan bahasa mesin yang dieksekusi oleh prosesor selain yang umumnya dapat dipakai oleh seluruh program, termasuk program aplikasi dan program sistem. Jenis register yang umumnya tersedia adalah register data, alamat, dan kode kondisi.

Data register dapat di-assign ke beraneka ragam fungsi oleh pemrogram. Pada keadaan tertentu bersifat serbaguna dan dapat digunakan sembarang instruksi mesin yang melakukan operasi data itu. Namun, sering kali terdapat keterbatasan. Misalnya, mungkin saja terdapat register yang didedikasikan untuk operasi floating-point.

Address register berisi alamat data dan instruksi yang terdapat didalam memori utama, atau register itu berisi bagian alamat yang digunakan didalam perhitungan alamat lengkap. Register ini dapat saja berbentuk serbaguna, atau dapat juga ditunjukkan untuk mode pengalamatan tertentu. Berikut ini beberapa contoh.

·         Indeks register (pengalamatan terindeks) adalah mode pengalamatan biasa yang dipakai untuk mendapatakan alamat efektifnya melibatkan penambahan suatu indeks terhadap nilai basis.

·         Segment pointer (pengalamatan tersegmentasi), memori dibagi menjadi segmentasi yang memiliki blok-blok word yang panjangnya tidak tetap. 

·         Stack pointer, apabila terdapat pengalamatan user-visible stack, terdapat sebuah register yang diperuntukkan untuk menunjukkan kebagian atas stack. Ini memungkinkan penggunaan instruksi yang tidak mengandung field alamat, seperti push dan pop.

Control Register dan Status Register

Bermacam-macam register yang digunakan untuk mengontrol operasi prosesor. Pada sebagian besar mesin, sebagian besar register tersebut bersifat tidak visible terhadap pengguna. Bebrapa register dapat diakses oleh instruksi-instruksi mesin yang dieksekusi dalam mode sistem operasi. Tentu saja, mesin yang berbeda akan memiliki organisasi register yang berlainan dan akan memakai terminology yang berbeda pula. Disamping register-register MAR (Memory Address Register), MBR(Memory Buffer Register), I/O AR, I/O BR, terdapat register-register yang penting bagi eksekusi instruksi seperti dibawah ini.

·         Program Counter (PC) : berisi alamat instruksi yang akan diambil

·         Instruction Register (IR) : Berisi instruksi terkahir yang digunakan

12.3.         Siklus Instruksi

Adapun cara kerja CPU ialah ketika data serta atau instruksi dimasukkan ke processing devices, pertama sekali diletakkan di MAA(melalui Input-storage), yakni apabila berbentuk instruksi ditampung oleh Control Unit diProgram-storage, namun apabila berbentuk data ditampung diWorking-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 aritmatika dan logika, maka ALU akan mengambil alih operasi untuk mengerjakan berdasar instruksi yang ditetapkan. Hasilnya ditampung pada akumulator. Apabila hasil pengolahan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil hasil pengolahan di akumulator untuk ditampung kembali ke Working-storage. Jika pengerjaan keseluruhan telah selesai, maka Control Unit akan mengambil kembali hasil pengolahan dari Working-storage untuk ditampung ke Output-storage. Lalu selanjutnya dari Output-storage, hasil pengolahan akan ditampilkan kepada output-devices.

Siklus Instruksi terdiri atas siklus fetch dan siklus eksekusi.

Siklus Fetch:

·       Pada setiap siklus instruksi, CPU awalnya akan membaca instruksi dari memori.

·        Terdapat register dalam CPU yang berfungsi mengawasi dan menghitung instruksi selanjutnya, yang disebut dengan Program Counter (PC).

·      PC akan menambah satu hitungannya setiap kali CPU membaca instruksi.

·      Instruksi-instruksi yang dibaca akan dibuat dalam register instruksi (IR).

·        Instruksi-instruksi ini dalam bentuk kode-kode biner yang dapat di interprestasikan oleh CPU kemudian dilakukan aksi yang diperlukan.

Siklus Tidak Langsung

- Setelah siklus fetch, siklus berikutnya adalah mengambil operand sumber.

- Dengan asumsi format intruksi satu alamat, dimana pengalamatan langsung dan tak langsung diijinkan.

- Apabila operasi tersebut menspesifikasi alamat tak langsung, maka siklus tak langsung harus mendahului siklus eksekusi. Contoh aliran data tak langsung dalam operasi mikro

t1 : MAR c (IRaddress)

t2 : MBR c (memory)

t3 : Iraddress c (MBRaddress)

            Siklus Eksekusi

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

·  Instruction Fetch (IF), yaitu membaca atau mengambil 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.

·   Operator Address Calculation (OAC), yaitu menentukan alamat operand, hal ini dilakukan apabila melibatkan referensi operand pada memori.

·    Operand Fetch (OF), 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.

Aksi CPU

·  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.